甘蔗制糖的工藝流程是怎樣的
甘蔗制糖的工藝流程是怎樣的
甘蔗特性、蔗汁的化學(xué)成分及性質(zhì)，對(duì)制糖工藝影響甚大，是選擇生產(chǎn)方法及工藝條件的依據(jù)。下面跟著學(xué)習(xí)啦小編一起來(lái)看看甘蔗制糖的工藝流程是怎樣的。
甘蔗制糖工藝流程之提汁
從甘蔗提取蔗汁的方法有壓榨法與滲出法。壓榨法是對(duì)甘蔗通過(guò)預(yù)處理和壓榨設(shè)備與滲浸系統(tǒng)相配合提取蔗汁的方法。滲出法是甘蔗經(jīng)預(yù)處理破碎，通過(guò)滲出設(shè)備和采用一定的流汁系統(tǒng)，蔗料經(jīng)水和稀糖汁淋滲，使甘蔗糖分不斷被浸瀝而洗出的方法。
甘蔗壓榨法
壓榨提汁原理主要是將甘蔗斬切成絲狀與片狀的蔗料，入壓榨機(jī)，使充滿(mǎn)蔗汁的甘蔗細(xì)胞的細(xì)胞壁受到壓榨機(jī)輥和油壓的壓力而破裂，蔗料被壓縮，細(xì)胞被壓扁的同時(shí)排出蔗汁;借助于滲浸系統(tǒng)將從壓榨機(jī)排出、開(kāi)始膨脹的蔗渣進(jìn)行加水或稀汁滲浸，以稀釋細(xì)胞內(nèi)的糖分，提取更多的蔗汁。
蔗料相繼通過(guò)幾座三輥壓榨機(jī)被多次壓榨。在蔗料進(jìn)入末座壓榨機(jī)之前加水滲浸。加入的水稱(chēng)滲浸水，一般用量為甘蔗量的15~25%。從末座榨出的汁稱(chēng)末座榨出汁，它隨即被泵入前一座壓榨機(jī)作為滲浸液，滲浸進(jìn)入該座壓榨機(jī)的蔗料，所榨出的稀汁再作前一座壓榨機(jī)的滲浸液，如此直至第二座壓榨機(jī)，這就是糖廠普遍使用的復(fù)式滲浸法。由第一座及第二座壓榨機(jī)壓出的汁合并成混合汁，送清凈處理。從末座壓榨機(jī)排出的蔗料稱(chēng)為蔗渣。蔗渣中水分為45~50%，糖分1~4%，纖維分45~52%，可溶性固體物1.5~6%。蔗渣送鍋爐作燃料，或另作其他工業(yè)原料。衡量提汁方法的提糖效率用糖分抽出率，其定義為從甘蔗中已被提取的蔗糖對(duì)甘蔗中蔗糖的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。甘蔗糖廠糖分抽出率在92~97%之間。
壓榨提汁主要設(shè)備包括切蔗機(jī)、壓榨機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置、滲浸系統(tǒng)及相應(yīng)的輸送設(shè)備。切蔗機(jī)由蔗刀及驅(qū)動(dòng)裝置組成。壓榨機(jī)由 3個(gè)輥?zhàn)蛹皺C(jī)架構(gòu)成。三輥壓榨機(jī)的輥被裝嵌成三角形，視其所處位置分別稱(chēng)為頂輥、前輥和后輥。頂輥與前、后輥間有一定的間隙。3個(gè)輥的軸端帶有傳動(dòng)齒，由原動(dòng)機(jī)如電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)或蒸汽機(jī)經(jīng)減速裝置驅(qū)動(dòng)頂輥，從而使3個(gè)榨輥以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
甘蔗糖廠生產(chǎn)能力，以糖廠每日壓榨甘蔗噸數(shù)來(lái)表示。處理甘蔗的能力與壓榨機(jī)座數(shù)、甘蔗破碎度、壓榨輥直徑與長(zhǎng)度、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速、甘蔗纖維分和對(duì)糖分抽出的要求等因素有關(guān)。通常，糖廠采用4~6座壓榨機(jī)組成一壓榨機(jī)列。亦有采用2列、3列，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。
蔗汁的化學(xué)成分，隨甘蔗的化學(xué)成分、甘蔗收獲后存放時(shí)間和環(huán)境等不同而變化。表1 [蔗汁成分]為蔗汁化學(xué)成分。
80年代后期以來(lái)，甘蔗提汁技術(shù)一方面傾向于加強(qiáng)甘蔗預(yù)處理，使破碎度提高到70~80%;注重采用高位入料槽，或者采用壓力入料輥(又稱(chēng)齒狀入料輥)兩個(gè)與傳統(tǒng)的三輥壓榨機(jī)組成五輥壓榨機(jī)，以強(qiáng)化壓榨機(jī)的入料，并進(jìn)行預(yù)壓縮，從而提高壓榨機(jī)生產(chǎn)能力;另方面在滲浸工藝上，又在復(fù)式滲浸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用壓榨機(jī)出來(lái)的稀汁的大部分回流本座壓榨機(jī)，使在不增加滲浸水量的前提下增加滲浸液量，使蔗渣含液量達(dá)到飽和，呈飽和滲浸，充分滲浸與稀釋蔗料的殘留糖分，達(dá)到進(jìn)一步提高糖分抽出的目的。
壓榨法耗用鋼材與電力較多，但它具有的處理甘蔗能力適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)管理方便和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，使之迄今仍是甘蔗提汁的主要方法。
甘蔗滲出法
甘蔗滲出法的基本原理是利用甘蔗細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞壁之間有一層細(xì)胞質(zhì)膜，對(duì)細(xì)胞外面的物質(zhì)能起選擇吸收的滲透作用。因此，可以應(yīng)用固―液萃取的浸瀝操作，通過(guò)洗滌、稀釋、浸透和擴(kuò)散作用把甘蔗中蔗糖分子轉(zhuǎn)移于滲出汁中，達(dá)到提取糖分的目的。
甘蔗滲出法提汁工藝主要包括甘蔗預(yù)處理、糖分滲出和濕蔗渣脫水。滲出工藝又可分成兩類(lèi):一類(lèi)是蔗絲滲出，甘蔗經(jīng)預(yù)處理成蔗絲后進(jìn)入滲出器，經(jīng)滲出水和稀汁滲浸得滲出汁;一類(lèi)是蔗渣滲出，是甘蔗預(yù)處理后的蔗絲先經(jīng)一臺(tái)壓榨機(jī)，榨取相當(dāng)于甘蔗含糖的60~80%的原蔗汁后，再進(jìn)入滲出器作進(jìn)一步的滲出提汁，壓榨出原蔗汁與滲出汁合并成混合汁送清凈處理。從滲出器出來(lái)的蔗料稱(chēng)濕蔗渣，水分約85%，入脫水設(shè)備脫水，將水分降至50%以下，送鍋爐作燃料或作其他工業(yè)原料。脫水設(shè)備所得稀汁稱(chēng)脫水汁，通常經(jīng)加入磷酸、石灰和加熱等化學(xué)、物理方法清凈處理，清汁導(dǎo)回滲出器以助萃取和多回收糖分。滲出法糖分抽出率與壓榨法大體相同。
甘蔗預(yù)處理工藝要求的甘蔗破碎度，對(duì)蔗渣滲出法為75~80%，對(duì)蔗絲滲出法達(dá)到85~90%，蔗絲幼細(xì)、片狀，蔗屑不應(yīng)過(guò)多，以利于更有效地滲出甘蔗糖分。預(yù)處理設(shè)備常用撕裂機(jī)或重錘式撕裂機(jī)，切蔗機(jī)或其組合設(shè)備。脫水設(shè)備多用三輥壓榨機(jī)。滲出器有多種形式，主要有Silver型、BMA型、De Smet型、DdS型和Saturne型等。不同形式的滲出器各具特點(diǎn)，但工藝效果大致相同。各種滲出器都具有使蔗料連續(xù)向前移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)推前的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件、分級(jí)滲淋系統(tǒng)。預(yù)處理的蔗料送入滲出器的一端，在另一端加入約甘蔗量25%的滲出水，以滲淋萃取糖分，并從此端排出濕蔗渣。借助多級(jí)滲淋系統(tǒng)，使蔗料與萃取液經(jīng)受多級(jí)逆流滲濾，滲出汁自入蔗料端排出。滲淋系統(tǒng)級(jí)數(shù)，蔗絲滲出用12~18級(jí)，滲出時(shí)間20~35分鐘;蔗渣滲出用8~12級(jí)，滲出時(shí)間16~26分鐘。滲出溫度是通過(guò)加熱滲淋稀汁，使維持滲出器內(nèi)熱裂區(qū)滲出汁溫度在80~90℃，最終滲出汁溫度在50~65℃。影響滲出糖分抽出效率的主要因素，是甘蔗破碎度、滲出溫度、時(shí)間和滲出水加入量。滲出器生產(chǎn)能力主要取決于它的規(guī)范尺寸和流過(guò)蔗料層的蔗汁流速。而影響蔗汁流過(guò)蔗料層速度的因素是甘蔗質(zhì)量、預(yù)處理破碎度、蔗料層厚度、脫水汁質(zhì)量和滲出溫度。
滲出提汁法具有省鋼材、省動(dòng)力、省投資、省維修費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。但技術(shù)管理要求較高，耗用蒸汽較多。
甘蔗制糖工藝流程之清凈
借助清凈劑和加熱所起的化學(xué)和物理化學(xué)作用，并通過(guò)固液分離方法，盡可能除去混合汁中影響蔗糖結(jié)晶的各種非糖物質(zhì)，獲得色值較低、清晰、較純凈的清凈汁。
甘蔗制糖方法是以清凈過(guò)程中使用的主要清凈劑來(lái)命名。各產(chǎn)糖國(guó)家用甘蔗生產(chǎn)白砂糖、粗糖的通用清凈方法主要有亞硫酸法、石灰法和碳酸法。
亞硫酸法 采用石灰和二氧化硫?yàn)橹饕鍍魟??；旌现?jīng)預(yù)灰(圖2[ 亞硫酸法工藝流程])、一次加熱、硫熏中和、二次加熱后入沉降器，分離出清凈汁和泥汁泥汁經(jīng)過(guò)濾得濾清汁，它與清凈汁混合再經(jīng)加熱、多效蒸發(fā)成糖漿，再經(jīng)糖漿硫熏得清糖漿作結(jié)晶原料。
亞硫酸法工藝原理主要是利用亞硫酸離子與鈣離子反應(yīng)生成亞硫酸鈣粒子，吸附蔗汁中的色素;加熱凝聚膠體物質(zhì)與加速沉降;調(diào)節(jié)中和pH值而達(dá)到某些非糖物的凝聚點(diǎn)而生成沉淀等化學(xué)和物理化學(xué)的作用以達(dá)到清凈的目的。預(yù)灰與一次加熱對(duì)蔗汁中微生物的繁殖亦會(huì)起到抑制的作用。
亞硫酸具還原性，是一種漂白劑。它把色素暫時(shí)還原成無(wú)色物質(zhì)，當(dāng)與空氣長(zhǎng)期接觸又會(huì)漸漸呈色。這就是亞硫酸法制得的白砂糖放置時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)變黃的原因之一。
蔗糖在酸性條件下會(huì)水解成葡萄糖與果糖等分子混合物，稱(chēng)為轉(zhuǎn)化糖。由于其具還原性，制糖工業(yè)又稱(chēng)之為還原糖。還原糖在酸性溶液中穩(wěn)定，在堿性溶液中當(dāng)溫度較高時(shí)則迅速分解，生成有機(jī)酸如己糖二酸、葡萄糖酸等及深色的絡(luò)合物。這些物質(zhì)不易除去。深色的絡(luò)合物還影響產(chǎn)品色值。糖漿硫熏控制調(diào)節(jié)其pH值，是為了防止結(jié)晶時(shí)還原糖分解，增加色值，并利用亞硫酸的漂白作用降低色值和粘度。
硫熏中和過(guò)程的二氧化硫是借燃硫爐燃燒硫磺時(shí)生成。氣態(tài)二氧化硫由類(lèi)似水噴射式真空抽吸器的多噴嘴立式管道硫熏中和器抽入。在管道內(nèi)與作噴射的蔗汁充分接觸，反應(yīng)生成亞硫酸。同時(shí)，在該器尾管及儲(chǔ)汁箱分幾點(diǎn)加入石灰與之中和，從而完成硫熏中和工藝過(guò)程。
加熱設(shè)備大多采用多程列管式加熱器。泥汁過(guò)濾普遍采用轉(zhuǎn)鼓式真空吸濾機(jī)，亦有采用通用的板框式壓濾機(jī)。帶攪拌連續(xù)沉降器(又稱(chēng)Dorr式沉降器)是沉降分離設(shè)備之一。它以隔板分成4或5層，頂層為凝聚層，底層為泥汁增濃層，中間幾層為沉降層。清凈汁主要從各沉降層放出。泥汁借助于該器中心軸慢慢帶動(dòng)它的泥汁耙，使之流向底層而放出，達(dá)到沉降分離的目的。
在亞硫酸法流程中，通常還用磷酸作輔助清凈劑。它與石灰作用形成絮凝狀的沉淀。它對(duì)部分非糖物和色素具有較強(qiáng)的吸附作用。制糖工業(yè)界普遍認(rèn)為，混合汁中含有效五氧化二磷300~400ppm，清凈可獲良好的效果。
2002-2012年，糖廠廣泛使用一種能起絮凝作用的人工合成的聚合電解質(zhì)，又稱(chēng)絮凝劑。它是一類(lèi)高分子化合物。常用的有聚丙烯酰胺，分子量在200萬(wàn)到2000萬(wàn)左右。它的用量極少，幾個(gè)ppm便足以促使粒子聚成粗大的絮狀團(tuán)粒，加速沉降及過(guò)濾。
在亞硫酸法流程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用絮凝劑，利用蔗汁在堿性條件下能大量析出膠體、色素和部分無(wú)機(jī)鹽，采用以氣浮分離技術(shù)先使凝聚的粒子上浮而除去大部分非糖物，然后將它的堿性清汁用磷酸中和后入沉降器的新工藝。所得清凈汁的色值比原亞硫酸法降低30~40%，從而提高白砂糖質(zhì)量。利用氣浮分離技術(shù)，對(duì)亞硫酸法糖漿進(jìn)行清凈處理，同樣可達(dá)到改善糖漿質(zhì)量，提高白砂糖質(zhì)量的目的。
石灰法 以石灰為主要清凈劑。將混合汁預(yù)灰至pH6.4，加熱至60℃，然后加灰中和至pH7.6~8.0，再加熱至100~102℃，入沉降器分離出清凈汁與泥汁。泥汁過(guò)濾得濾清汁與清凈汁混合，經(jīng)多效蒸發(fā)得糖漿以供結(jié)晶用。
石灰法流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，只靠加灰中和蔗汁生成較少量的沉淀物與加熱的凝聚作用，清凈過(guò)程除去的非糖物和色素較少，適用于生產(chǎn)粗糖。
碳酸法 以石灰和二氧化碳為主要清凈劑的蔗汁清凈法。其工藝流程(圖3[碳酸法工藝流程])為:混合汁經(jīng)一次加熱、預(yù)灰，然后在加入過(guò)量的石灰乳的同時(shí)通入二氧化碳進(jìn)行一次碳酸飽充，使產(chǎn)生大量鈣鹽沉淀，隨即加熱、過(guò)濾得一碳清汁，再經(jīng)第二次碳酸飽充，然后加熱、過(guò)濾，得二碳清汁，又經(jīng)硫熏、加熱、蒸發(fā)成糖漿。然后進(jìn)行硫漂使pH降至5.8~6.4，供結(jié)晶之用。
碳酸法工藝原理主要是利用一碳飽充過(guò)程反應(yīng)生成的大量碳酸鈣粒子對(duì)膠體、色素及其他非糖分的良好吸附作用，達(dá)到降低色值和提高清汁純度的目的但由于蔗汁含還原糖較多，為了避免在高溫，強(qiáng)堿條件下分解，一碳加石灰量為蔗汁的1.5~2.0%，一碳適宜的pH為10.5~11，相當(dāng)于0.03~0.05克CaO/100ml的飽充堿度。隨后的二碳飽充控制pH為8.0~8.4二碳飽充是通過(guò)進(jìn)入CO，盡可能完全地沉淀溶解在一碳清汁中的石灰和鈣鹽，并吸附部分雜質(zhì)和色素，進(jìn)一步提高清凈汁的質(zhì)量。
二碳清汁通入SO,是使清汁在接近中性的條件下蒸發(fā)成糖漿，以避免還原糖的破壞而增加色值，同時(shí)糖漿粘度也得到降低。這一工藝作用不能以在二碳飽充時(shí)通入過(guò)量的CO來(lái)達(dá)到，因?yàn)檫@樣會(huì)增加鈣鹽含量和影響清凈效果。
碳酸法糖廠均備有石灰窯，石灰石在窯中煅燒產(chǎn)生的CO和CaO供該法生產(chǎn)工藝所需。
碳酸法的清凈效果優(yōu)于亞硫酸法，產(chǎn)品質(zhì)量較好。但清凈耗用物料較多，成本較高，且濾泥處理比較困難。碳酸法工藝流程比亞硫酸法復(fù)雜，操作技術(shù)要求較高。
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