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1、甘蔗制糖蔗汁蒸发工艺介绍蒸发工段是糖厂热工流程的核心，也是节能的中心环节。良好的蒸发系统类 似于一个蒸汽分配器，将较高温度的蒸汽转换成适合各工艺部门使用的蒸发汁汽, 而本身消耗热能不多。蒸发系统的合理热利用对糖厂来说是非常重要的。在蒸发过程中，糖汁会发生一系列的化学变化。如蔗糖的转化、焦化，还原 糖分解，积垢生成等。这些变化对糖浆的质量、糖分回收、蒸发的生产效能会产 生不良的影响，必须控制好这些变化。所以蒸发工段必须保证糖浆浓度，减少糖 分损失，减缓积垢的形成速度，提高热能的利用效率，提高蒸发效能。良好的蒸发系统应该是能够尽可能屡次地重复使用蒸汽，尽可能地减少进入 冷凝器的末效汁汽量。应该把握
2、好的关键是要提高糖浆浓度，以便缩短煮糖时间， 减少煮糖耗汽；充分利用蒸发罐汁汽，特别是后效罐的汁汽，将进入冷凝器的汁 汽量减到最低值；采用传热效能高的蒸发设备；充分回收和利用各种汽凝水（包 括加热和煮糖的汽凝水）中的热能。（一）蒸发方案糖厂糖汁浓缩采用的是多效蒸发系统，其工作原理：将几个蒸发罐串连组合 使用，各效压力和温度由前往后逐渐降低；当加热蒸汽从第一效加入，罐内糖汁 受热沸腾产生的二次蒸汽引入第二效做为加热蒸汽，二效产生的二次蒸汽再引入 第三效汽鼓，依次类推，末效二次蒸汽能利用的应尽量使用于物料的加热，多余 的汁汽进入水喷射冷凝器，如果无法使用那么全部进冷凝器。采用多效蒸发可以节约蒸汽，
3、效数越多，那么所需加热蒸汽量越少。然而，效 数过多是不经济的。以不抽取汁气为例，如果不考虑糖汁的自蒸发及热损失，采 用两效蒸发的蒸汽消耗量为单效蒸发的50%,三效的蒸发的蒸汽消耗那么为单效蒸 发的33%,效数越多，那么每增加一效罐所能增加的节能效益就越少，并且所增多 的设备所获得的效益增长缺乏以抵消设备投资和维护费用的增加。另外，效数的 增加会增加有效温差的损失，因为蒸发系统的总温差是一定的，效数的增加会使 每效罐所能分得的温差减小，这会降低蒸发罐的蒸发强度，使蒸发罐的传热系数 下降，因此糖厂一般采用35效的蒸发方案。目前糖厂所采用的多效蒸发方案有带浓缩罐的三效压力蒸发方案、四效真空 蒸发方案
4、和五效压力-真空蒸发方案。1 .带浓缩罐的三效压力蒸发方案这种方案就是在三效蒸发系统的后面再串上一个罐作为浓缩罐。在正常的生 产过程中，第三效罐的汁汽全部抽用而不进入浓缩罐。浓缩罐由喷射冷凝器抽真 空，离开第三效罐的糖浆进入浓缩罐内，通过自蒸发进一步浓缩，如果第三效的 汁汽有多余时，可进浓缩罐再利用口”。此种方案在设计和运行正常时，进入浓缩 罐的汁汽很少，该罐主要起自蒸发作用，产生的汁汽量不多，进入冷凝器的汽量 较少，蒸发系统的热量损失比拟少。在生产波动时，带浓缩罐的三效压力蒸发方 案可变成四效蒸发，以增加系统的稳定性，此方案具有一定的灵活性。由于各效罐的汁汽温度较高可以全面地抽取汁汽去加热和
5、煮糖。但第一效罐 的汁汽温度会到达130c以上，糖汁易发生焦化，加深糖汁色值，影响白砂糖质 量。各效温度高，糖分损失较大。为了适应大量抽汁汽的需要，要求的蒸发罐加 热面积大，设备投资比拟大，管理复杂。2 .四效真空蒸发方案四效真空蒸发按末效罐的真空度的高低分高真空四效蒸发和低真空四效蒸 发。以前，糖厂锅炉所产生的蒸汽压力低，而且使用蒸汽机为原动机，蒸汽机的 乏汽温度较低，阻碍汁汽的全面抽用，抽汁汽量较少，热利用较差，全厂的汽耗 较高口L但是，由于各效的温度较低，糖汁中的糖分损失及色值的增加均较少。由于糖厂热电站的更新，中压和次中压锅炉及其相应的汽轮发电机组的使用, 蒸汽机已被淘汰，高真空的四效
6、蒸发也随之逐步消失。汽轮机的乏汽温度较高， 可采用低真空的四效蒸发，其特点是末效汁汽的压力略小于大气压。四效罐的汁 汽温度会高一些，均可抽用，末效汁汽用于糖汁加热，多余的可进入冷凝器。由 于第四效罐出来的糖汁温度较高，同时也为了使系统的操作更为稳定，低真空的 四效蒸发可带上一个自蒸发浓缩罐而构成带浓缩罐的四效蒸发系统。由于汁汽温度较低，减少了抽用汁汽的可能性，增加全厂耗汽量，较多未效 汁汽会进入冷凝器。3 .五效压力-真空蒸发方案由于糖厂热力装置的改善，汽轮机乏汽温度较高，甘蔗糖厂多采用五效压力 -真空蒸发。这种方案的第一效加热蒸汽主要是绝对压力为0.30.4MPa的汽轮机 乏汽，前面两效是压
7、力蒸发，其汽汁可用于煮糖，系统的操作稳定性好，糖浆浓 度稳定，对生产波动性强，调节控制较易，热力综合利用较合理，技术成熟，从 长远来说较合算1。大中型糖厂多采用这一方案。几种蒸发方案的比拟及蒸发方案的选择：从热能利用方面看，带浓缩罐的三效压力蒸发方案由于采用较高温汽轮机废 汽作为加热蒸汽，各效均大量抽出额外蒸汽供加热和煮糖使用，通往冷凝器的汁 汽量较少，汽耗一般为4448%；四效真空蒸发由于补充使用一局部锅炉减压生 汽作为加热蒸汽，且各效温度较低，很少抽汁汽，蒸汽耗用量必然很高，一般为 60-75%；五效压力-真空蒸发虽然补充一局部生汽，但由于加热蒸汽多使用一次， 还可抽出局部汁汽供加热器或煮
8、糖罐使用，故汽耗较低，一般为5665%。所以， 汽耗量最少的是带浓缩罐三效压力蒸发方案。从对糖汁的影响方面看，带浓缩罐的三效压力蒸发方案全面抽用汁汽，糖浆 浓度较高，且各效罐内温度较高，糖分损失和色值的增加也较大。四效真空蒸发 方案蒸发罐内温度稍低，糖分损失和色值的增加较带浓缩罐的三效压力蒸发方案 小，又由于抽用汁汽量减少，糖浆浓度较带浓缩罐的三效压力蒸发方案低。而五 效压力-真空蒸发方案蒸发效次多，蒸发水分会相对多些，糖浆浓度较高，但由 于温度是介于前述两种方案之间，糖分损失和色值的增加不是很大。所以，糖浆 浓度最高的是五效压力-真空蒸发方案，糖分损失和色值的增加最多的是带浓缩 罐的三效压力
9、蒸发方案。从系统操作的稳定性方面看，带浓缩罐的三效压力蒸发由于大量抽取汁汽， 用汽波动大，波动对糖浆的浓度影响较大，对操作的要求比拟高。四效真空蒸发 方案的稳定性较带浓缩罐的三效压力蒸发方案好，但为了使系统的操作更为稳定, 低真空的四效蒸发需带上一个自蒸发浓缩罐而构成带浓缩罐的四效蒸发系统。五 效压力-真空蒸发方案系统的操作稳定性好，糖浆浓度稳定，对生产波动性强， 调节控制较易。所以，系统操作的稳定性最好的是五效压力-真空蒸发方案。从设备投资方面看，带浓缩罐的三效压力蒸发由于全面抽出额外蒸汽，蒸发 罐的总加热面积要大一些，热力装置要配备高压锅炉和汽轮机，管路的布置也比 较复杂，投资费用高。四效
10、真空蒸发抽出额外蒸汽不多，设备的规模最小，投资 及维护费用都相应减少。五效压力-真空蒸发比四效多一效，抽汽的效次及数量 都比四效多，设备规模及投资都比四效真空蒸发大。综上所述可以知道，带浓缩罐的三效压力蒸发糖浆色值太高不能保证产品的 质量，操作不能很好地控制从而影响产品的质量。四效真空蒸发与五效压力-真 空蒸发相比，虽然其在减少蔗糖转化和焦化的损失方面显示出一定的优势，但其 汁汽利用率低，热能浪费很大，热能的综合利用低。而五效压力真空蒸发热力方 案那么因其汁汽温度高，汁汽的利用率高，蒸发耗汽较低，符合节能的要求，糖浆 浓度稳定，化学变化少，且其操作稳定可靠，易调节控制，符合生产的平安先进 性要
11、求，技术也比拟成熟，是一种较完善的方案，所以本设计选用五效压力真空 蒸发方案。（二）排水方法甘蔗糖厂常用的排水方法有三种：柱式自蒸发、串罐排水和等压排水。1 .柱式自蒸发其原理是汽凝水进入自蒸发器，器顶所提供的汁汽其管路与下一效蒸发罐汽 鼓连接，由于两效间的压力差，汽凝水自行从蒸发罐排入自蒸发器底部，底部汽 凝水利用水柱压差造成的重度差而自行上升，上升过程水压降到水的沸点时即产 生自蒸发作用，到达回收汽凝水热量的目的，平衡箱顶的平衡管与自蒸发器的汁 汽相连接，汽凝水靠液位差从自蒸发器顶部流入平衡箱5。这种排水方法设备简单，正常生产时工作稳定，平安可靠，没有运动部件， 不需维修，能回收局部汽凝水
12、的热量。缺点是对生产波动适应性差，一般两效间 压差大于0.59MPa时不能阻汽而出现串汽现象；当榨量下降时，所需传热量减 少，所需传热温差也减少，使两效间压差减少，导致排水不良。2 .串罐排水其原理是利用连通器水柱高度平衡压差，使汽凝水以蒸发罐压差为动力一 效一效往后排，在这过程中，利用汽凝水的降压扩容而产生自蒸发作用，使前面 各效较多抽取汁汽后，后面各效的蒸发罐仍有较多的自蒸发汁汽补充，并有效地 回收了各效汽凝水的热量口 L这种排水方法的设备简单，投资少，能大量回收汽凝水的热量。但是容易产 生串汽，汽凝水在后面的罐内会占据局部加热面积而使传热面积减少。3 .等压排水其原理是当蒸发罐汽鼓与低于
13、其位置的等压箱连通时，两容器的汽压相同时, 靠液位差使汽凝水从高处流向低处，通过等压箱出水口的气动阀调节箱内的液位 高度，使汽不容易从汽鼓内串出，即使有少量蒸汽出来到等压箱，也可以从平衡 箱返回蒸发罐汽鼓，使汽水别离较平安。这种排水方法因各效排水压力差等于液位差，液封好，汽水别离较完全，蒸 汽利用次数多；而且排水速度快，传热面积全部被利用提高了传热效能；还可以 改善第一效和末效的热力状况，提高它们的传热效能；减少用汽的变动性，糖浆 浓度稳定；减少进入末效蒸汽量，从而减少进入冷凝器的损失。但是设备的安置 较复杂，操作较麻烦，要求较高的管理。综合以上的分析可知，等压排水优点多，适应能力强。因此，等压排水是目前糖 厂使用相当广泛。所以本设计排水系统选用等压排水方式。