梁益宙

（中成進(jìn)出口股份有限公司，北京100011）

1 前言

“壓榨法”和“滲出法”是目前甘蔗糖廠使用最多的提汁方法。哪一種方法更好，一直以來都是人們爭議的焦點。目前國內(nèi)糖廠在壓榨提汁工序中基本都是使用“大型榨機(jī)組——機(jī)械壓榨法”進(jìn)行提取混合汁，但是隨著近幾年來中國在國內(nèi)外新建糖廠數(shù)量的增加，選擇使用“滲出器——噴淋滲出法”糖廠的數(shù)量比例不斷增多。這讓很多人也重新審視和反思“滲出法”與“壓榨法”的利弊。本文通過對目前常見的幾種滲出器使用現(xiàn)狀分析，指出滲出器存在的利弊，特別地針對移動篩板床式滲出器應(yīng)用過程存在的問題，提出了多項措施來提高滲出器的抽出率以及安全運行穩(wěn)定性，通過不斷的改造，技術(shù)革新，讓滲出器更適應(yīng)當(dāng)前的使用環(huán)境，更能滿足客戶的需求，其運用前景將會更加的廣闊。

2 糖廠滲出器的使用現(xiàn)狀

滲出法經(jīng)過上百年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟。雖然國內(nèi)很少糖廠使用“滲出法”來提汁，但不可否認(rèn)的是，從綜合性能比較來看，“滲出法”現(xiàn)在基本上可以跟“壓榨法”持平。比較常見的滲出器主要有下面幾種。

2.1 浸泡式滲出器

浸泡式滲出器是將甘蔗蔗料完全浸泡在熱水或者混合汁中，通過利用攪拌器將蔗料進(jìn)行翻滾攪拌、碾壓，讓甘蔗糖分充分溶解進(jìn)水中；洗滌過的蔗料則通過耙齒機(jī)提升到另一級容器；反復(fù)幾級的洗滌，最終將蔗糖分充分釋放，從而達(dá)到提汁目的的一種方法。浸泡式滲出法目前在古巴和澳大利亞使用得比較多。浸泡式滲出法是滲出器最開始成型并得到大力推廣的第一代產(chǎn)品，目前一些比較老的廠仍有使用。這種滲出器的優(yōu)點和缺點比較明顯，優(yōu)點是抽出率比較高，糖分能充分浸泡后得到回收；缺點是占地面積大，處理量少，耗用水量大，混合汁錘度偏低，后序工段需耗用較多的蒸汽來進(jìn)行蒸發(fā)和濃縮，而且蒸發(fā)過程色值增加較快，純度降低。所以此類浸泡式滲出器慢慢的不再推廣。

2.2 移動鏈條式噴淋滲出器

移動鏈條式噴淋滲出器，也叫固定篩板床式滲出器。該滲出器內(nèi)的篩板是固定不動的，蔗料的移動主要依靠安裝在滲出器篩板平面上的鏈條的移動來推動蔗料往前走。近幾年隨著大型撕解機(jī)的使用，甘蔗破碎效果的提高，翻料機(jī)等生產(chǎn)工具的改革和進(jìn)步，這就可能讓噴淋式代替浸泡式。蔗料在泵送來的混合汁的往復(fù)噴淋下，洗滌的次數(shù)比浸泡式更加頻繁；翻料機(jī)對蔗層的來回翻動，讓滲濾汁可以充分洗滌蔗層，糖分抽出的效率高。單獨依靠傳動鏈條來推動蔗料層，雖然減輕了篩板的重量，但是也增大了摩擦力，動力并不減少。此種滲出器比較適應(yīng)于蔗料含泥多的滲出處理，且混合汁蔗渣糠較多。

2.3 移動篩板床式噴淋滲出器

移動篩板床式噴淋滲出器，即分塊式環(huán)形篩板是活動的，每一塊篩板固定在橫梁上面，橫梁兩端與傳動鏈節(jié)固定連接。每一塊篩板的寬度跟鏈節(jié)的長度相同，篩板的長度跟滲出器兩傳動鏈的間距相同，當(dāng)鏈節(jié)向前移動時，篩板跟著在滲出器內(nèi)做平面移動。蔗料從入料口布料槽落到篩板上后，經(jīng)過多次滲透作用后，將蔗料中的糖分滲出熱水中得到混合汁。滲出器一般分為11～13級噴淋，蔗料和滲透的熱水運動方向相反。蔗料出口端開始加入的熱水或者脫水車間壓榨出來的混合汁，開始計為第1級噴淋，得到的滲濾汁泵往蔗料入口端前一級噴淋，即第2級噴淋，再次得到的滲濾汁為2次噴淋汁……依此類推。第11～13級的噴淋混合汁泵送到列管式加熱器，并返回到滲出器內(nèi)的燙汁箱；燙汁箱內(nèi)的混合汁有兩級加熱，燙汁箱也相應(yīng)的設(shè)置有二級，第二次加熱后的混合汁送到最高處的滾筒篩，將混合汁內(nèi)混雜的蔗渣蔗糠過濾后，過濾汁進(jìn)入混合汁箱，并泵去原糖車間。滲出器內(nèi)部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)翻料機(jī)，對蔗料進(jìn)行翻料。圖1為埃塞俄比亞OMO-KURAZ3－12000TCD糖廠的滲出器外形圖。

圖1 移動篩板床式滲出器外形結(jié)構(gòu)圖

以上三種形式的滲出器中，應(yīng)用較為廣泛的為固定篩板鏈條式噴淋滲出器，其次為移動篩板床式噴淋滲出器，都各有優(yōu)缺點。本文主要針對移動篩板床式滲出器使用過程存在的問題，提出多項改造措施。

3 移動篩板床式滲出器使用過程中存在的問題及解決措施

3.1 滲出器出料不均

對于打散機(jī)能直接刮到的截面位置，蔗料出料是均勻的；但是對于打散機(jī)打不到的蔗料，即積存在篩板面上的蔗料，那么就很容易造成出料不均的問題。使用移動鏈條式滲出器出料還算略好，但是使用移動篩板式滲出器出料卻非常不均勻。因為整塊篩板在出料端位置開始旋轉(zhuǎn)掉頭，蔗料潮濕成團(tuán)，很難均勻的分散往下掉落，蔗料會像“蔗餅”成團(tuán)結(jié)塊往下掉，而且篩板平面上的蔗料被打散機(jī)打中的體積并不相同，留在篩板上的蔗料會“先低，后高，再低”，呈冠狀形狀，截面放樣圖如圖2所示，其中1250mm指篩板長度。

所以留存在篩板上的蔗料，在卸料端進(jìn)入輸送皮帶時就時多時少，影響均衡生產(chǎn)。按照OMO-KURAZ3－12000TCD糖廠項目滲出器轉(zhuǎn)鼓式出料打散機(jī)的尺寸計算如下。

存積截面面積為0.173m2，即每塊寬度為1.25米，長度為12.38米的篩板上堆積蔗料容積為2.142m3，容重按0.45噸/m3（壓實料）計，則重量為963.9kg。

按2018/2019年榨季第三次性能測試時的線速37米/小時計，滲出器篩板積料瞬時掉料量周期時間為29.6次/小 時，蔗 料 容 積 總 量＝963.9×29.6＝28531.44kg/小時＝28.53噸/小時。

圖2 轉(zhuǎn)鼓打散機(jī)與篩板卸料的放樣截面圖

滲出器出料皮帶輸送機(jī)的帶速為V＝0.4～1.5m/s，按通常運行速度1.25m/s計，滲出器出料篩板積料瞬時掉料長度為12.38米。處理完這一塊篩板上的積存蔗料需要的時間＝12.38/1.25＝9.904s。

脫水榨機(jī)相當(dāng)于要增加瞬時負(fù)荷＝963.9/9.904＝97.32kg/s，即350.352噸/小時。

圖3 鏈板式輸送機(jī)的卸料導(dǎo)流板安裝示意圖

由此可知，均勻榨蔗時，按工廠滿負(fù)荷12000噸/天的榨量即最多是500噸/小時，卻由于滲出器卸料不均勻，榨量會有可能突然變動±350.352噸/小時。這個數(shù)量無論是皮帶輸送機(jī)或者脫水榨機(jī)都是較難通過的。解決此問題有以下兩種方式。

方法一是將打散機(jī)前移一定距離。但是如果要徹底消除此現(xiàn)象需要將打散機(jī)的中心線后移至篩板還沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)掉頭動作之前。因為滲出器總體尺寸及承重要求的限制，這移動的長度要求并不是所有已安裝好的滲出器都能做到，而且往前移動的位置過多，那么轉(zhuǎn)鼓卸料打散機(jī)拋出來的蔗料也可能會重新掉下并積在已經(jīng)過了打散機(jī)中心線的篩板面上，所以此方法并不是最佳的方法。

方法二是安裝卸料導(dǎo)流板，如圖3所示。導(dǎo)流板的作用一是壓住篩板上的蔗料，防止蔗料瞬間掉下，這樣出料會更加均勻一些；二是可以讓轉(zhuǎn)鼓卸料打散機(jī)拋出來的蔗料均勻?qū)Я骱?，才落到皮帶或者折料板上；三是防止轉(zhuǎn)鼓卸料打散機(jī)拋出來的蔗料堆積在已經(jīng)移出轉(zhuǎn)鼓打散機(jī)中心線外的篩板上。導(dǎo)流板并不是成塊板，而是分割成小塊的鋼板，要求導(dǎo)流板的長度大于篩板的長度。滲出器的篩板長度為1250mm，所以制作的導(dǎo)流板寬度500mm，長度1300mm。導(dǎo)流板是靠自身的重量掛在支撐軸上，是活動的。導(dǎo)流板如果重量太重，則存留在篩板上的蔗料出來的壓力有可能頂不開導(dǎo)流板，就會從導(dǎo)流板上方逆向出來，與打散機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反，嚴(yán)重的可能會壓斷導(dǎo)流板的支撐軸。導(dǎo)流板如果重量太輕了，也容易發(fā)生反轉(zhuǎn)，被打散機(jī)打中。支撐軸使用φ159的鋼管加固，和圓鋼吊住，防止導(dǎo)流板前后和水平的位移變動。

3.2 滲出器蔗料表層“積水”

滲出器的“積水”問題一直是使用滲出器時最難處理的問題。所謂的“積水”，就是指滲出器在運行的過程當(dāng)中，由于滲透噴淋水不能在短時間內(nèi)完全穿透滲濾蔗料層，因而在蔗料的最表層形成一個個“小池塘”的積水現(xiàn)象。

3.2.1 造成“積水”的主要原因

經(jīng)過榨季生產(chǎn)實踐經(jīng)驗判斷，造成“積水”的主要原因有以下幾個。

3.2.1.1泥砂含量的影響

滲出器蔗料表層“積水”最大的原因是泥砂含量的影響。當(dāng)甘蔗中夾帶有較多的泥塊，這些泥塊經(jīng)過蔗刀機(jī)后變成碎泥塊，進(jìn)入滲出器后很快就變成泥漿。當(dāng)泥漿跟著混合汁泵去滲濾時，這些固體顆粒就附在蔗料的最上層位置。過多的泥漿很快就會將蔗料的滲濾通道堵塞，滲濾功能被大大減弱。有時候滲濾效果差，混合汁就泵送不及時，整個滲出器的蔗料層會完全浮起來，嚴(yán)重的會頂?shù)綁毫λ?，難以進(jìn)行滲濾。甘蔗含泥砂的情況在國內(nèi)較少，因為國內(nèi)很多是人工砍蔗，甘蔗含雜少，所以國內(nèi)使用滲出器來提汁有很大的優(yōu)勢。但是在國外，特別是非洲國家，基本都是采用火燒甘蔗，機(jī)械抓蔗裝車。工人司機(jī)責(zé)任心不夠，石頭、泥塊、蔗根、蔗須葉等夾帶較多。

最佳的方法是，增設(shè)甘蔗水洗系統(tǒng)，多層次多角度噴洗甘蔗。如果能推廣使用機(jī)械收割，將甘蔗砍成短節(jié)的形式，配合使用滾筒式除泥系統(tǒng)，就能將這些泥砂清除得比較徹底。但是對于很多使用滲出器的糖廠，現(xiàn)有的條件往往并不具備改變砍蔗方式、增加新的滾筒除泥機(jī)這些大的改動。只能考慮新建甘蔗水洗泵系統(tǒng)、清水沉砂池、泥砂抓斗吊場等設(shè)施，而且國內(nèi)并非火燒蔗，所以利用甘蔗水洗泵系統(tǒng)進(jìn)行清洗就能達(dá)到很好的效果。

另外，可以在滲出器的燙汁箱底部制作獨立的沉泥斗排泥箱。一般滲出器都是將汁箱的最底端直接接到泵的入口，這樣汁箱就沒有死角，所有的混合汁統(tǒng)一泵送去往復(fù)滲濾。但是經(jīng)過實踐使用，發(fā)現(xiàn)滲出器的第二級燙汁箱的泥塊會非常的多。因為第一跨蔗料剛剛受到混合汁的滲淋，當(dāng)蔗料開始進(jìn)入到滲出器的時候，這些泥塊就很快掉到汁箱底部。大部份的泥塊跟篩板的孔洞直徑差不多，數(shù)量大的時候非常容易堵塞泵入口。使用初期只是要求加強(qiáng)對料斗和篩板的沖洗，同時在料斗下方安裝了兩個視鏡，如果料斗堵塞或積聚，則使用料斗的兩個視鏡，用手推動蔗渣，保障了泵的正常運行。但是泥塊在后續(xù)的滲出過程中危害很大，造成滲濾困難，降低混合汁純度。篩板多次清洗，則泥巴會較多的送至沉淀池，影響沉淀池的沉降。所以綜合考慮，可在汁箱底部設(shè)置一個除泥的隔層，將這些泥汁獨立泵送是非常有必要的。

3.2.1.2蔗料的粗細(xì)

蔗料的粗細(xì)是導(dǎo)致滲出器“積水”問題的第二大原因。甘蔗被撕解機(jī)處理得太粗，不利于滲濾，同時影響脫水榨機(jī)的壓榨和入轆，直接影響甘蔗糖分的抽出。蔗料太細(xì)，也會影響到滲出器的滲濾，這是因為細(xì)小的顆粒非常容易堵塞滲出器蔗層中的過濾孔通道，所以蔗料的粗細(xì)需要一個平衡點。經(jīng)驗表明，最佳的蔗料形狀應(yīng)是蔗絲狀，既不會成塊狀，也不會成粉狀，可提高抽出率。通過對比，安裝三臺普通式的撕解機(jī)比用一臺重錘撕解機(jī)加兩臺預(yù)斬機(jī)方案好，國內(nèi)一般也是采用此布局，成熟穩(wěn)定。OMOKURAZ3糖廠甘蔗預(yù)處理是采用兩臺預(yù)斬機(jī)，加一臺大型重錘撕解機(jī)來進(jìn)行撕裂甘蔗。經(jīng)過實際使用發(fā)現(xiàn)，重錘撕解機(jī)出來的蔗料容易形成兩極分化，就是成塊狀和粉狀的都很多，這樣的效果并不是最理想的效果。初步分析原因，應(yīng)該是重錘撕解機(jī)的錘頭比較粗，尺寸一般是45～50mm，設(shè)計的尺寸大、耐磨損。而一般的撕解機(jī)的刀只有20～25mm。當(dāng)?shù)兜暮穸刃∮诟收岬闹睆綍r，比較容易將甘蔗劈開撕裂。但是當(dāng)重錘撕解機(jī)的錘頭比甘蔗的直徑還大的情況下，要么將甘蔗錘成扁塊狀，要么成粉碎狀，所以國內(nèi)三臺撕解機(jī)的布局目前基本上已成為各個廠所倡導(dǎo)。中國在國外投資新建的廠還習(xí)慣性參照國外“滲出器+重錘撕解機(jī)+預(yù)斬機(jī)（或者理平機(jī)）”的模式，其實并不合適。再有重錘撕解機(jī)的啟動功率大，對電網(wǎng)的有功功率要求高，所以每次啟動重錘撕解機(jī)都會對汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)造成很大的沖擊。

3.2.1.3溫度的影響

溫度對滲出器“積水”的原因鮮為人知。因為從這個方面獲取到的相關(guān)數(shù)據(jù)較少。蔗料溫度高，纖維很快就變得比較柔軟，這會使原本過濾性能很好的蔗料層坍塌成“蔗餅”狀，導(dǎo)致蔗層的氣密性增強(qiáng)，滲透的效果會變差，影響滲濾從而形成“積水塘”。但是根據(jù)溫度對物理分子運動速率影響的原理，溫度越高，蔗料中的糖分溶解進(jìn)水的速度也會越快，可以把纖維里面的糖分很好的釋放出來，在相同抽出率的情況下，滲出器的過料速度就可以提高。所以滲出器的溫度需要平衡好，建議85～90℃，只要沒有發(fā)生“積水”現(xiàn)象，那么溫度就可以考慮取上限值。

3.2.1.4 pH值的控制

pH值對滲出器的影響有兩個方面：一是影響混合汁的質(zhì)量；二是影響滲出器的壽命。即是抽出率和安全率的平衡關(guān)系。pH值過小，對滲出器造成腐蝕，也加速了蔗汁中糖分的轉(zhuǎn)化，細(xì)菌的繁殖。為了保護(hù)滲出器不受液體腐蝕，石灰乳的添加保持pH值大于6，小于7?；炇也蓸拥味▽嶒灡砻?，一般火燒蔗蔗汁pH值在6.8～7.6時就開始發(fā)生較快的絮凝。所以如果將pH值調(diào)整得太高，石灰中和有機(jī)酸和其他有機(jī)質(zhì)的反應(yīng)會加快，將會導(dǎo)致蔗汁發(fā)生膠體絮凝沉淀作用，絮凝作用產(chǎn)生的膠體會包裹微小的顆粒如蔗糠，進(jìn)而堵塞蔗料層的滲濾通道，顯著降低滲濾效果，增加蔗料表層形成“積水”的風(fēng)險，直接影響蔗汁回收，同時增加了溢流的風(fēng)險。所以當(dāng)pH值低于5.6時，增大腐蝕的風(fēng)險；高于7.6時，蔗汁發(fā)生了絮凝作用。因此，建議pH值適宜控制在6.0～6.5之間，不宜超過6.8。由于滲出器的過料時間長，所以石灰乳適宜分段添加，至少分成二段。第一段添加的最佳位置是位于壓力水鼓前，且在最后一列翻料機(jī)后，在這個位置添加的pH值控制在6.2～6.5；第二段添加石灰乳的位置在混合汁泵進(jìn)燙汁箱前，pH值控制在6.5～6.8。