甘蔗制糖蔗汁蒸發(fā)工藝介紹

甘蔗制糖蔗汁蒸發(fā)工藝介紹蒸發(fā)工段是糖廠熱工流程的核心，也是節(jié)能的中心環(huán)節(jié)。良好的蒸發(fā)系統(tǒng)類似于一個(gè)蒸汽分配器，將較高溫度的蒸汽轉(zhuǎn)換成適合各工藝部門使用的蒸發(fā)汁汽，而本身消耗熱能不多。蒸發(fā)系統(tǒng)的合理熱利用對糖廠來說是非常重要的。在蒸發(fā)過程中，糖汁會發(fā)生一系列的化學(xué)變化。如蔗糖的轉(zhuǎn)化、焦化，還原糖分解，積垢生成等。這些變化對糖漿的質(zhì)量、糖分回收、蒸發(fā)的生產(chǎn)效能會產(chǎn)生不良的影響，必須控制好這些變化。所以蒸發(fā)工段必須保證糖漿濃度，減少糖分損失，減緩積垢的形成速度，提高熱能的利用效率，提高蒸發(fā)效能。良好的蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)該是能夠盡可能多次地重復(fù)使用蒸汽，盡可能地減少進(jìn)入冷凝器的末效汁汽量。應(yīng)該把握好的關(guān)鍵是要提高糖漿濃度，以便縮短煮糖時(shí)間，減少煮糖耗汽；充分利用蒸發(fā)罐汁汽，特別是后效罐的汁汽，將進(jìn)入冷凝器的汁汽量減到最低值；采用傳熱效能高的蒸發(fā)設(shè)備；充分回收和利用各種汽凝水（包括加熱和煮糖的汽凝水）中的熱能。蒸發(fā)方案糖廠糖汁濃縮采用的是多效蒸發(fā)系統(tǒng)，其工作原理：將幾個(gè)蒸發(fā)罐串連組合使用，各效壓力和溫度由前往后逐漸降低；當(dāng)加熱蒸汽從第一效加入，罐內(nèi)糖汁受熱沸騰產(chǎn)生的二次蒸汽引入第二效做為加熱蒸汽，二效產(chǎn)生的二次蒸汽再引入第三效汽鼓，依次類推，末效二次蒸汽能利用的應(yīng)盡量使用于物料的加熱，多余的汁汽進(jìn)入水噴射冷凝器，如果無法使用則全部進(jìn)冷凝器。采用多效蒸發(fā)可以節(jié)約蒸汽，效數(shù)越多，則所需加熱蒸汽量越少。然而，效數(shù)過多是不經(jīng)濟(jì)的。以不抽取汁氣為例，如果不考慮糖汁的自蒸發(fā)及熱損失，采用兩效蒸發(fā)的蒸汽消耗量為單效蒸發(fā)的50%，三效的蒸發(fā)的蒸汽消耗則為單效蒸發(fā)的33%，效數(shù)越多，則每增加一效罐所能增加的節(jié)能效益就越少，并且所增多的設(shè)備所獲得的效益增長不足以抵消設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用的增加。另外，效數(shù)的增加會增加有效溫差的損失，因?yàn)檎舭l(fā)系統(tǒng)的總溫差是一定的，效數(shù)的增加會使每效罐所能分得的溫差減小，這會降低蒸發(fā)罐的蒸發(fā)強(qiáng)度，使蒸發(fā)罐的傳熱系數(shù)下降，因此糖廠一般采用3~5效的蒸發(fā)方案。目前糖廠所采用的多效蒸發(fā)方案有帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案、四效真空蒸發(fā)方案和五效壓力-真空蒸發(fā)方案。帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案這種方案就是在三效蒸發(fā)系統(tǒng)的后面再串上一個(gè)罐作為濃縮罐。在正常的生產(chǎn)過程中，第三效罐的汁汽全部抽用而不進(jìn)入濃縮罐。濃縮罐由噴射冷凝器抽真空，離開第三效罐的糖漿進(jìn)入濃縮罐內(nèi)，通過自蒸發(fā)進(jìn)一步濃縮，如果第三效的汁汽有多余時(shí)，可進(jìn)濃縮罐再利用[11]。此種方案在設(shè)計(jì)和運(yùn)行正常時(shí)，進(jìn)入濃縮罐的汁汽很少，該罐主要起自蒸發(fā)作用，產(chǎn)生的汁汽量不多，進(jìn)入冷凝器的汽量較少，蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量損失比較少。在生產(chǎn)波動時(shí)，帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案可變成四效蒸發(fā)，以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，此方案具有一定的靈活性。由于各效罐的汁汽溫度較高可以全面地抽取汁汽去加熱和煮糖。但第一效罐的汁汽溫度會達(dá)到130℃以上，糖汁易發(fā)生焦化，加深糖汁色值，影響白砂糖質(zhì)量。各效溫度高，糖分損失較大。為了適應(yīng)大量抽汁汽的需要，要求的蒸發(fā)罐加熱面積大，設(shè)備投資比較大，管理復(fù)雜。四效真空蒸發(fā)方案四效真空蒸發(fā)按末效罐的真空度的高低分高真空四效蒸發(fā)和低真空四效蒸發(fā)。以前，糖廠鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽壓力低，而且使用蒸汽機(jī)為原動機(jī)，蒸汽機(jī)的乏汽溫度較低，妨礙汁汽的全面抽用，抽汁汽量較少，熱利用較差，全廠的汽耗較高[11]。但是，由于各效的溫度較低，糖汁中的糖分損失及色值的增加均較少。由于糖廠熱電站的更新，中壓和次中壓鍋爐及其相應(yīng)的汽輪發(fā)電機(jī)組的使用，蒸汽機(jī)已被淘汰，高真空的四效蒸發(fā)也隨之逐步消失。汽輪機(jī)的乏汽溫度較高，可采用低真空的四效蒸發(fā)，其特點(diǎn)是末效汁汽的壓力略小于大氣壓。四效罐的汁汽溫度會高一些，均可抽用，末效汁汽用于糖汁加熱，多余的可進(jìn)入冷凝器。由于第四效罐出來的糖汁溫度較高，同時(shí)也為了使系統(tǒng)的操作更為穩(wěn)定，低真空的四效蒸發(fā)可帶上一個(gè)自蒸發(fā)濃縮罐而構(gòu)成帶濃縮罐的四效蒸發(fā)系統(tǒng)。由于汁汽溫度較低，減少了抽用汁汽的可能性，增加全廠耗汽量，較多未效汁汽會進(jìn)入冷凝器。五效壓力-真空蒸發(fā)方案由于糖廠熱力裝置的改善，汽輪機(jī)乏汽溫度較高，甘蔗糖廠多采用五效壓力-真空蒸發(fā)。這種方案的第一效加熱蒸汽主要是絕對壓力為0.3~0.4MPa的汽輪機(jī)乏汽，前面兩效是壓力蒸發(fā)，其汽汁可用于煮糖，系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性好，糖漿濃度穩(wěn)定，對生產(chǎn)波動性強(qiáng)，調(diào)節(jié)控制較易，熱力綜合利用較合理，技術(shù)成熟，從長遠(yuǎn)來說較合算[11]。大中型糖廠多采用這一方案。幾種蒸發(fā)方案的比較及蒸發(fā)方案的選擇：從熱能利用方面看，帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案由于采用較高溫汽輪機(jī)廢汽作為加熱蒸汽，各效均大量抽出額外蒸汽供加熱和煮糖使用，通往冷凝器的汁汽量較少，汽耗一般為44~48%；四效真空蒸發(fā)由于補(bǔ)充使用一部分鍋爐減壓生汽作為加熱蒸汽，且各效溫度較低，很少抽汁汽，蒸汽耗用量必然很高，一般為60~75%；五效壓力-真空蒸發(fā)雖然補(bǔ)充一部分生汽，但由于加熱蒸汽多使用一次，還可抽出部分汁汽供加熱器或煮糖罐使用，故汽耗較低，一般為56~65%。所以，汽耗量最少的是帶濃縮罐三效壓力蒸發(fā)方案。從對糖汁的影響方面看，帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案全面抽用汁汽，糖漿濃度較高，且各效罐內(nèi)溫度較高，糖分損失和色值的增加也較大。四效真空蒸發(fā)方案蒸發(fā)罐內(nèi)溫度稍低，糖分損失和色值的增加較帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案小，又由于抽用汁汽量減少，糖漿濃度較帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案低。而五效壓力-真空蒸發(fā)方案蒸發(fā)效次多，蒸發(fā)水分會相對多些，糖漿濃度較高，但由于溫度是介于前述兩種方案之間，糖分損失和色值的增加不是很大。所以，糖漿濃度最高的是五效壓力-真空蒸發(fā)方案，糖分損失和色值的增加最多的是帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案。從系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性方面看，帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)由于大量抽取汁汽，用汽波動大，波動對糖漿的濃度影響較大，對操作的要求比較高。四效真空蒸發(fā)方案的穩(wěn)定性較帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)方案好，但為了使系統(tǒng)的操作更為穩(wěn)定，低真空的四效蒸發(fā)需帶上一個(gè)自蒸發(fā)濃縮罐而構(gòu)成帶濃縮罐的四效蒸發(fā)系統(tǒng)。五效壓力-真空蒸發(fā)方案系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性好，糖漿濃度穩(wěn)定，對生產(chǎn)波動性強(qiáng)，調(diào)節(jié)控制較易。所以，系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性最好的是五效壓力-真空蒸發(fā)方案。從設(shè)備投資方面看，帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)由于全面抽出額外蒸汽，蒸發(fā)罐的總加熱面積要大一些，熱力裝置要配備高壓鍋爐和汽輪機(jī)，管路的布置也比較復(fù)雜，投資費(fèi)用高。四效真空蒸發(fā)抽出額外蒸汽不多，設(shè)備的規(guī)模最小，投資及維護(hù)費(fèi)用都相應(yīng)減少。五效壓力-真空蒸發(fā)比四效多一效，抽汽的效次及數(shù)量都比四效多，設(shè)備規(guī)模及投資都比四效真空蒸發(fā)大。綜上所述可以知道，帶濃縮罐的三效壓力蒸發(fā)糖漿色值太高不能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，操作不能很好地控制從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。四效真空蒸發(fā)與五效壓力-真空蒸發(fā)相比，雖然其在減少蔗糖轉(zhuǎn)化和焦化的損失方面顯示出一定的優(yōu)勢，但其汁汽利用率低，熱能浪費(fèi)很大，熱能的綜合利用低。而五效壓力真空蒸發(fā)熱力方案則因其汁汽溫度高，汁汽的利用率高，蒸發(fā)耗汽較低，符合節(jié)能的要求，糖漿濃度穩(wěn)定，化學(xué)變化少，且其操作穩(wěn)定可靠，易調(diào)節(jié)控制，符合生產(chǎn)的安全先進(jìn)性要求，技術(shù)也比較成熟，是一種較完善的方案，所以本設(shè)計(jì)選用五效壓力真空蒸發(fā)方案。排水方法甘蔗糖廠常用的排水方法有三種：柱式自蒸發(fā)、串罐排水和等壓排水。柱式自蒸發(fā)其原理是汽凝水進(jìn)入自蒸發(fā)器，器頂所收集的汁汽其管路與下一效蒸發(fā)罐汽鼓連接，由于兩效間的壓力差，汽凝水自行從蒸發(fā)罐排入自蒸發(fā)器底部，底部汽凝水利用水柱壓差造成的重度差而自行上升，上升過程水壓降到水的沸點(diǎn)時(shí)即產(chǎn)生自蒸發(fā)作用，達(dá)到回收汽凝水熱量的目的，平衡箱頂?shù)钠胶夤芘c自蒸發(fā)器的汁汽相連接，汽凝水靠液位差從自蒸發(fā)器頂部流入平衡箱[11]。這種排水方法設(shè)備簡單，正常生產(chǎn)時(shí)工作穩(wěn)定，安全可靠，沒有運(yùn)動部件，不需維修，能回收部分汽凝水的熱量。缺點(diǎn)是對生產(chǎn)波動適應(yīng)性差，一般兩效間壓差大于0.59MPa時(shí)不能阻汽而出現(xiàn)串汽現(xiàn)象；當(dāng)榨量下降時(shí)，所需傳熱量減少，所需傳熱溫差也減少，使兩效間壓差減少，導(dǎo)致排水不良。串罐排水其原理是利用連通器水柱高度平衡壓差，使汽凝水以蒸發(fā)罐壓差為動力一效一效往后排，在這過程中，利用汽凝水的降壓擴(kuò)容而產(chǎn)生自蒸發(fā)作用，使前面各效較多抽取汁汽后，后面各效的蒸發(fā)罐仍有較多的自蒸發(fā)汁汽補(bǔ)充，并有效地回收了各效汽凝水的熱量[11]。這種排水方法的設(shè)備簡單，投資少，能大量回收汽凝水的熱量。但是容易產(chǎn)生串汽，汽凝水在后面的罐內(nèi)會占據(jù)部分加熱面積而使傳熱面積減少。等壓排水其原理是當(dāng)蒸發(fā)罐汽鼓與低于其位置的等壓箱連通時(shí)，兩容器的汽壓相同時(shí)，靠液位差使汽凝水從高處流向低處，通過等壓箱出水口的氣動閥調(diào)節(jié)箱內(nèi)的液位高度，使汽不容易從汽鼓內(nèi)串出，即使有少量蒸汽出來到等壓箱，也可以從平衡箱返回蒸發(fā)罐汽鼓，使汽水分離較安全。這種排水方法因各效排水壓力差等于液位差，液封好，汽水