2013
采用亚硫酸法工艺的甘蔗制糖企业普遍使用沉 降器对中和汁进行澄清处理。中和汁沉淀物的沉降 过程相当复杂， 整个过程不是一个直线的等速过程， 沉降速度的确定对于沉降设备衡算和沉降器操作管 理具有重要的指导作用。各个厂由于工艺条件有所 不同，其使用的沉降器在处理中和汁的过程中，沉 降速度因而会有所差别，具体的数值大小可通过沉 降试验进行测定。沉降过程分为等速沉降和阻滞沉 降 2 个过程， 等速沉降过程大约在 1～4 min 内完成。 等速沉降也不是从一开始到结束就以恒定的速度进 行，同时由于此过程所形成的泥层还很稀薄，还不 能作为泥汁向下一道工序排放，因此这一过程的速 度不能象一些技术资料认为的那样作为沉降速度的 主要依据。沉降速度的确定必须综合考虑等速沉降 和阻滞沉降的整个过程。
在压榨车间采集一定量的混合汁（试验用 500 mL） ，结合制炼车间澄清工艺的技术指标制订出相 应的试验条件， 尽可能模拟在生产状态下工艺过程， 使试验结果具有较强的实践指导作用。
混合汁 → 加磷酸、加石灰乳预灰（化学反应： 2H3PO4+3Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+6H2O）→ 一次加热 → 硫熏中和（添加 H2SO3、石灰乳，化学反应： H2SO3+Ca(OH)2=CaSO3+2H2O） → 二次加热 → 添 加絮凝剂 → 沉降（每分钟记录一次泥层高度）
试验工艺控制指标见表 1。
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表 1 沉降试验工艺控制指标表 |
采用未处理过的混合汁。从压榨车间混合汁箱 上的混合汁管采集，每 30 s 采集一勺，聚成一桶， 搅拌均匀后取出 500 mL 进行试验。
320 pHmeter 酸度计，HJ3 恒温磁力搅拌器，秒 表，亚硫酸、石灰乳、磷酸、1/64 mol/L 的碘液。
量取 500 mL 采集回来的混合汁移至烧杯中作 为试验用样液，放到磁力搅拌器上搅拌，并插入酸 度计。
加入 10 倍稀释后的工业磷酸 3.26 mL（需要达 到的磷酸值为 450 ppm，不同的样液所需的磷酸量 不同） ， 同时滴加石灰乳调节其 pH 值到 6.80±0.02。
将预灰汁放到电炉中进行第一次加热至 63℃。
第一次加热后立即用移液管吸取 15.75 mL 预 先用 1/64 mol/L 碘液滴定过相对用量的亚硫酸，靠 近蔗汁液面滴入，同时滴加石灰乳调节其 PH 值到 7.0±0.02，若过量可以滴加几滴盐酸。
将中和汁放到电炉上进行二次加热至 100℃。
准备好秒表，第二次加热温度达到后，加入 0.1%的絮凝剂液 1.05 mL，充分搅拌并散气后把蔗 汁倒入 500 mL 量筒中后立刻按下秒表， 观察泥层的 沉降情况，每分钟记录一次泥层的高度。
将试验记录数据输入 Excel 表格中作 xy 散点 图，得出泥层沉降曲线图 1。
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图 1 泥层沉降曲线 |
在上述已做出在 Excel 表格内的 xy 散点图中插 入多项式趋势线，得出如下的拟合函数曲线图 2。
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图 2 拟合函数曲线 |
图中显示， 泥层沉降曲线拟合函数 y = 0.0263x4 - 0.9744x3 + 12.87x2 - 72.839x+233.8 的曲线图像与实验数据点高度吻合， 曲线决定系数R2达到0.9932， 拟合程度良好。
设泥层沉降瞬时速度为 u1，澄清汁上升瞬时速 度为 u2，则有 u2=-u1；
对拟合函数 y = 0.0263x4 - 0.9744x3 + 12.87x2 - 72.839x + 233.8 求导，得：
u1=dy/dx=0.1052x3-2.923x2+25.7x-72.839
u2 =-u1=-0.1052x3+2.923x2-25.74x+72.839
式中：x 的单位为 min，y 的单位为 mm，V 为 澄清汁上升平均速度（mm/min） ，t1——澄清速度计 算起始时间（min） ，t2——泥层高度变化终止时间 （min） 。
从试验观察可知，从计时开始大约 0.5 min 后， 泥层已初具雏形，泥汁与清汁分离界面清晰，此时 可作为澄清速度计算的起始时间，即 t1=0.5 min。
当沉降时间达到 13 min 后， 泥层高度已无明显 变化，这可从图中看出，即 t2=13 min。
将 t1=0.5、t2=13 代入上式可得：
由此可知，澄清汁上升速度为 10.24 mm/min。
在沉降器处理中和汁的过程中，澄清汁的上升 速度不是取决于等速沉降阶段，是等速沉降和阻滞 沉降的综合效果。通过沉降试验，借助 Excel 及微 积分等工具可以用严谨的方法求出澄清汁的上升速 度。
| [1] | 无锡轻工业学院，华南工学院.甘蔗制糖工艺学[M]. 北京：轻工业出版社，1983. |
| [2] | 沈参秋，李天义.蔗汁清净[M]. 北京：中国轻工业出版社，2001. |
| [3] | 张圣勤.高等数学[M]. 上海：复旦大学出版社，2007. |