一种多晶冰糖的煮糖工艺及其系统
阅读说明：本技术 一种多晶冰糖的煮糖工艺及其系统 (Sugar boiling process and system for polycrystalline rock sugar ) 是由 贺湘 姚志敏 谭玉炼 许林 韦丽雅 于 2021-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种多晶冰糖的煮糖工艺及其系统,涉及制糖技术领域。该系统包括：换热器,该换热器的糖浆入口通过管道与溶糖间连通；煮糖罐,该煮糖罐的糖浆入口通过管道与换热器的糖浆出口连通,煮糖罐还设有用于排出糖浆的糖浆出口,煮糖罐的二次蒸汽出口通过管道与换热器的蒸汽入口连通；冷凝器,该冷凝器的气体入口通过管道与换热器的气体出口连通,冷凝器的液体出口通过管道与工艺热水箱连通；以及汽水分离器,该汽水分离器连通冷凝器的汽水混合物出口和汽凝水收集箱。该系统通过回收利用多晶冰糖煮糖过程产生的二次蒸汽,利用其热能加热糖浆和工艺冷水,而二次蒸汽通过两次热交换后,其本身也被冷凝成汽凝水,可作为工艺热水得到回收。(The invention relates to a sugar boiling process and a sugar boiling system for polycrystalline rock sugar, and relates to the technical field of sugar production. The system comprises: the syrup inlet of the heat exchanger is communicated with the sugar dissolving chamber through a pipeline; the sugar boiling tank is provided with a syrup outlet for discharging syrup, and a secondary steam outlet of the sugar boiling tank is communicated with the steam inlet of the heat exchanger through a pipeline; a gas inlet of the condenser is communicated with a gas outlet of the heat exchanger through a pipeline, and a liquid outlet of the condenser is communicated with the process hot water tank through a pipeline; and the steam-water separator is communicated with the steam-water mixture outlet of the condenser and the steam condensate collecting box. The system utilizes the heat energy of the secondary steam generated in the process of boiling the polycrystalline rock sugar to heat the syrup and the process cold water by recycling the secondary steam, and the secondary steam is condensed into steam condensate water after twice heat exchange and can be recycled as process hot water.)
技术领域
本发明涉及制糖技术领域，特别是涉及一种多晶冰糖的煮糖工艺及其系统。
背景技术
冰糖是白砂糖的结晶再制品，晶莹如冰，品质纯正。目前市面上在售的冰糖主要包括单晶冰糖、多晶冰糖、冰片糖，以及根据客户需求制作成的其他冰糖品种，如咖啡冰糖、黑糖、冰糖粉等。而多晶冰糖又称老冰糖、土冰糖、冰块糖等，是用传统工艺生产得到的不规则晶体状冰糖。
冰糖可直接食用，也可以用来烹羹炖菜或制作甜点，著名的“冰糖湘莲”是八大菜系中的湘菜珍馐；另外还有如“冰糖雪梨”、“冰糖燕窝”等滋补品。冰糖还可用于高级食品甜味剂，配制药品浸渍酒类和滋补佐药等，广泛用于食品和保健行业作为高档补品和保健品。
此外，中医认为，冰糖味甘、性平，入肺、脾经，有补中益气和润肺的功效；冰糖养阴生津，润肺止咳，对肺燥咳嗽、干咳无痰、咯痰带血都有很好的辅助治疗作用；用于肺燥、肺虚、风寒劳累所致的咳喘、小儿疟疾、噤口痢、口疮、风火牙痛，有很强的药理作用。
我国冰糖主要消费区分布在华东、京津、华中、华南和东北地区，其中华东和京津地区的消费量最大。从国际市场来说，冰糖也是极具中国特色的传统产品，目前国内的冰糖系列产品约有40％出口。冰糖凭借其独有的保健功能会在食糖市场中占据越来越大的份额，具有广阔的发展前景。
而从冰糖生产来看，之前绝大部分停留在小作坊生产，导致质量不稳定，卫生情况欠佳。随着食品卫生要求的日益严格以及市场需求量增大，陆续出现了具一定规模的冰糖厂，如义乌市帝奥食品有限公司、大连佐源食品有限公司、山东省临沂市泰沂食品有限责任公司、河北宝利食品有限公司、天津开发区兰德食品有限公司、广西柳州市金柳食品加工厂、广西来宾食品有限责任公司、佛山市西豪江糖制品有限公司、东莞市东糖中轻糖业有限公司、江门南字食品有限公司等。
然而与白砂糖和单晶冰糖生产线不同的是，多晶冰糖生产具有周期性，具有典型的间歇生产特性。因此，目前国内多晶冰糖厂生产工艺一直比较落后，自动化程度低，能耗非常高。对比较先进的精制糖生产吨糖耗汽指标0.8-1.0，多晶冰糖生产吨糖耗汽指标可达1.2以上。在全球提倡节能降耗的背景下，尤其2020年9月，中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，这直接对国内现代企业的节能降耗提出了更高的要求。因此，对于能耗高的企业，加强生产管理，改进设备和工艺，降低能耗，将势在必行。
多晶冰糖的生产过程中，耗汽最大的设备是多晶煮糖罐，主要用于糖浆浓缩。对于浓缩后产生的二次蒸汽，传统的多晶冰糖厂都是经抽风机后直接排放(如图1所示)，这无疑是极大的浪费，严重背离了国家节能减排的初衷。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种多晶冰糖的煮糖系统，该系统通过回收利用多晶冰糖煮糖过程产生的二次蒸汽，利用其热能加热糖浆和工艺冷水，而二次蒸汽通过两次热交换后，其本身也被冷凝成汽凝水，可作为工艺热水得到回收，实现二次蒸汽的回收利用。
为了达到上述目的，本发明提供了一种多晶冰糖的煮糖系统，该煮糖系统包括：
换热器，该换热器的糖浆入口通过管道与溶糖间连通；
煮糖罐，该煮糖罐的糖浆入口通过管道与所述换热器的糖浆出口连通，所述煮糖罐还设有用于排出糖浆的糖浆出口，所述煮糖罐的二次蒸汽出口通过管道与所述换热器的蒸汽入口连通；
冷凝器，该冷凝器的气体入口通过管道与所述换热器的气体出口连通，所述冷凝器的液体出口通过管道与工艺热水箱连通；以及
汽水分离器，该汽水分离器连通所述冷凝器的汽水混合物出口和汽凝水收集箱。
本发明人在研究过程中发现，多晶冰糖生产耗汽最大的设备是多晶煮糖罐，煮糖的常规工艺中，在罐内采用0.6-0.8MPa的蒸汽将50℃左右、糖锤度为64-68°Bx的糖浆，加热至沸点(约115-120℃)，再进一步浓缩至78-82°Bx。根据物料平衡和热量平衡计算，在上述煮糖过程中产生的二次蒸汽量即为糖浆浓缩前后的蒸发水量，温度为115-120℃，蕴含极为可观的能量。而传统的多晶冰糖厂将此二次蒸汽直接抽走排放，无疑是极大的浪费。基于此，本发明人通过引入换热器、冷凝器、汽水分离器，改进传统工艺，将此二次蒸汽进行回收再利用。通过换热器、冷凝器在煮糖系统中形成阶段性的热交换，通过换热器进行第一次热交换，二次蒸汽被作为热源使用，使进入煮糖罐前的糖浆由约50℃加热至约100-110℃甚至沸点，高温或沸点入料，又进一步减少了煮糖罐中的0.6-0.8MPa高压蒸汽的使用；通过冷凝器进行第二次热交换，工艺冷水被加热至70℃左右去工艺热水箱作为工艺热水使用；而二次蒸汽经过两次热交换后，形成第二汽水混合物，经过汽水分离器进行汽水分离，最终分离出来的混合气体(主要为不凝气)被排出，汽凝水在重力作用下流入汽凝水收集箱。以上系统不仅回收了二次蒸汽的热量，又产生了较多的工艺热水供生产使用，使冰糖厂节约用汽的同时又达到了节约用水的目的。
在其中一个实施例中，所述煮糖罐还设有用于送入蒸汽的蒸汽入口，所述冷凝器还设有用于送入工艺冷水的液体入口。
在其中一个实施例中，所述汽水分离器为管道汽水分离器，所述管道汽水分离器包括：
管体，该管体内具有用于汽水分离的管腔，所述管体上设有汽水混合物入口、液体出口、气体出口，所述汽水混合物入口通过管道与所述冷凝器的汽水混合物出口连通，所述液体出口通过管道与所述汽凝水收集箱连通，所述气体出口用于排出混合气体；以及
隔板，该隔板内设于所述管腔中，用于隔开汽水混合物和混合气体；
其中，所述液体出口低于所述气体出口。
在其中一个实施例中，所述管道汽水分离器由DN400的管道制成。
在其中一个实施例中，所述汽水分离器还装有用于观察汽水分离情况的视镜。
采用上述视镜，使操作者便于观察汽水分离器内的汽水分离情况。
在其中一个实施例中，所述视镜为DN150视镜。
在其中一个实施例中，所述管道汽水分离器的气体出口还连有向上的排放管。
采用上述排放管，能使混合气体在通过较长管道排放的过程中，自然遇冷，使混合气体中夹带的少量蒸汽被冷凝，形成冷凝水，回流至汽水分离器，实现进一步的蒸汽回收利用。
本发明还提供了一种多晶冰糖的煮糖工艺，采用所述煮糖系统，包括以下步骤：
糖浆浓缩：将第二糖浆在所述煮糖罐中进行浓缩，得到浓缩糖浆和二次蒸汽；
第一热交换：将上述糖浆浓缩产生的二次蒸汽通过所述换热器的蒸汽入口送入换热器，所述二次蒸汽与由溶糖间产生的第一糖浆进行第一热交换，使所述第一糖浆的温度升高形成第二糖浆，所述二次蒸汽的温度降低形成第一汽水混合物，并将所述第二糖浆通过所述煮糖罐的糖浆入口送入所述煮糖罐，进行糖浆浓缩；
第二热交换：将所述第一汽水混合物通过所述冷凝器的气体入口送入冷凝器，与工艺冷水进行第二热交换，使所述工艺冷水的温度升高形成工艺热水，所述第一汽水混合物的温度降低并冷凝形成第二汽水混合物；
汽水分离：将所述第二汽水混合物送入汽水分离器进行汽水分离，形成混合气体和汽凝水，排出所述混合气体，所述汽凝水流入汽凝水收集箱；
所述二次蒸汽的温度为115-120℃。
采用上述工艺，在煮糖工艺中形成两次热交换，利用二次蒸汽的热能，通过第一热交换，将进入煮糖罐前的糖浆加热至接近沸点，再通过第二热交换，将工艺冷水加热至65-75℃用作工艺热水，而二次蒸汽通过两次热交换后，其本身也被冷凝成汽凝水，可作为工艺热水得到回收利用。而进入煮糖罐前的糖浆，通过第一热交换，被加热至接近沸点再进入煮糖罐，此过程减少了糖浆在煮糖罐内加热过程的耗汽量，后续只需将糖浆进一步浓缩即可。
在其中一个实施例中，所述第一热交换步骤中，所述第一糖浆的糖锤度为64-68°Bx，温度为45-55℃；所述第一汽水混合物的温度为105-115℃；所述第二糖浆的糖锤度为64-68°Bx，温度为100-110℃。
在其中一个实施例中，所述第一糖浆通过一级白砂糖溶解得到。
在其中一个实施例中，所述糖浆的浓缩步骤中，所述浓缩糖浆的糖锤度为78-82°Bx，温度为115-120℃；所述浓缩糖浆由糖浆出口排出。
在其中一个实施例中，所述第二热交换步骤中，所述工艺冷水的温度为25-35℃，所述工艺热水的温度为65-75℃，所述第二汽水混合物的温度为75-85℃。
在其中一个实施例中，所述汽水分离步骤中，所述混合气体在排出过程中，遇冷形成不凝气和冷凝水，所述冷凝水回流至所述汽水分离器；所述汽凝水的温度为75-85℃。
在其中一个实施例中，所述糖浆的浓缩步骤中，所述浓缩采用蒸汽加热的方式，所述煮糖罐内加热蒸汽压力为0.6-0.8MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明涉及一种多晶冰糖的煮糖工艺及其系统，该系统通过引入换热器、冷凝器、汽水分离器，在煮糖工艺中构建两次热交换，通过回收利用多晶冰糖煮糖过程产生的二次蒸汽，利用其热能加热糖浆和工艺冷水，而二次蒸汽通过两次热交换后，其本身也被冷凝成汽凝水，使二次蒸汽可作为工艺热水得到回收利用。根据物料衡算和热量衡算，采用本发明的煮糖工艺及其系统，同等规模的多晶冰糖厂的吨糖耗汽水平可降低至1.06以下，与传统工艺的吨糖耗汽1.2相比减少了近0.14，节能效果非常显著。同时产生了较多的工艺热水供生产使用，使冰糖厂节约用汽的同时又达到了节约用水的目的。
附图说明
图1为传统多晶冰糖煮糖工段工艺系统图(10t/h)；其中，1为煮糖罐、2为流量计、3为抽风机。
图2为实施例1中多晶冰糖煮糖工段工艺系统图(10t/h)；其中，10为换热器、20为煮糖罐、30为冷凝器、40为汽水分离器、50为汽凝水收集箱。
图3为实施例1中管道汽水分离器的结构图；其中，40为汽水分离器、41为汽水混合物入口、42为汽水分离器的液体出口、43为汽水分离器的气体出口、44为隔板、45为视镜。
图4为实施例1中管道汽水分离器的汽凝水出口端的横截面结构图；其中，40为汽水分离器、42为汽水分离器的液体出口。
图5为实施例1中管道汽水分离器气体出口端的横截面结构图；其中，40为汽水分离器、41为汽水混合物入口、43为汽水分离器的气体出口、44为隔板。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连通”另一个元件，它可以是直接连通到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
定义：
本发明所述的换热器：是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
冷凝器：指通过换热形式把气态蒸汽部分或全部冷凝成液态水的设备。
工艺冷水：生产中工艺所需的冷水。
工艺热水：生产中工艺所需的热水。
汽水分离器：指将气体和液体分离的设备。
汽凝水：指由蒸汽凝结成的水。
糖锤度：指糖浆中所含的可溶性固形物的百分率。
不凝气：在一定温度、压力条件下，不能在冷凝装置内液化的气体。
冷凝水：是指水蒸气(即气态水)经过冷凝过程形成的液态水。
吨糖耗汽：每生产1吨糖所消耗蒸汽的吨数。
多晶冰糖：指一种不规则晶体状冰糖。
来源：
本实施例所用材料和零件如无特殊说明，均为市售来源；实验方法如无特殊说明，均为本领域的常规实验方法。
实施例1
一种多晶冰糖的煮糖工艺及其系统。
1、构建所述煮糖系统。
该煮糖系统如图2所示，包括：
换热器10，该换热器10的糖浆入口通过管道与溶糖间连通；
煮糖罐20，该煮糖罐20的糖浆入口通过管道与所述换热器10的糖浆出口连通，所述煮糖罐20还设有用于排出糖浆的糖浆出口，所述煮糖罐20的二次蒸汽出口通过管道与所述换热器10的蒸汽入口连通，所述煮糖罐20还设有用于送入蒸汽的蒸汽入口；
冷凝器30，该冷凝器30的气体入口通过管道与所述换热器10的气体出口连通，所述冷凝器30的液体出口通过管道与工艺热水箱连通，所述冷凝器30还设有用于送入工艺冷水的液体入口；以及
汽水分离器40，该汽水分离器40连通所述冷凝器30的汽水混合物出口和汽凝水收集箱50。
所述汽水分离器40为管道汽水分离器，结构如图3所示，所述管道汽水分离器汽凝水出口端的横截面结构如图4所示，所述管道汽水分离器气体出口端的横截面结构如图5所示，所述管道汽水分离器包括：
管体，该管体内具有用于汽水分离的管腔，所述管体上设有汽水混合物入口41、液体出口42、气体出口43，所述汽水混合物入口41通过管道与所述冷凝器30的汽水混合物出口连通，所述液体出口42通过管道与所述汽凝水收集箱50连通，所述气体出口43用于排出混合气体；以及
隔板44，该隔板44内设于所述管腔中，用于隔开汽水混合物和混合气体；
其中，所述液体出口42低于所述气体出口43。
在本实施例中，所述管道汽水分离器的气体出口43还连有向上的排放管，所述排放管伸出屋顶。
在本实施例中，所述管道汽水分离器40由DN400的管道制成。
所述汽水分离器还装有视镜45。
在本实施例中，所述视镜为DN150视镜。
2、煮糖工艺的流程。
(1)糖浆浓缩：将温度为100-110℃，糖锤度为64-68°Bx的第二糖浆送入常压煮糖罐进一步浓缩，开启蒸汽阀，控制罐内加热蒸汽压力为0.6-0.8MPa，使糖浆加热沸腾升温至115-120℃，继续煮至糖浆达到78-82°Bx即达到浓缩要求，得到浓缩糖浆，进入下一个工段；煮糖浓缩过程中产生所述二次蒸汽，温度约为115-120℃；
(2)第一热交换：将糖浆浓缩产生的二次蒸汽送至板式换热器作为热源使用，将溶糖间产生的第一糖浆送入换热器，与所述二次蒸汽进行热交换，所述第一糖浆由约50℃加热至约100-110℃甚至沸点，得到温度为100-110℃，糖锤度为64-68°Bx的第二糖浆，而二次蒸汽在换热器中部分被冷凝成温度为约115℃的第一汽水混合物；
(3)第二热交换：所述第一汽水混合物进入板式冷凝器，与30℃的工艺冷水进行热交换，工艺冷水被加热至70℃左右，排入工艺热水箱作为工艺热水使用，所述第一汽水混合物被冷凝成80℃左右的第二汽水混合物；
(4)汽水分离：所述第二汽水混合物，经由汽水分离器进行汽水分离，将其中的混合气体排出，汽凝水则在重力作用下流入下面的汽凝水收集箱，所述汽凝水的温度为80℃左右，可作为工艺热水使用。
为进一步减少所述混合气体中少量夹带的蒸汽随着混合气体排走，将所述排放管加长伸出至屋顶，被夹带的少量蒸汽在排放管中遇冷被冷凝，向下流回至管道汽水分离器中。操作者可通过汽水分离器上的视镜来观察汽水分离情况。
实验例
检测实施例1的吨糖耗汽数值。
1、检测方法：采用全厂工艺物料衡算和热量衡算的方法，具体计算方法详见《甘蔗制糖原理与技术》第四分册第374页至414页，其计算原理或详见《化工原理》物料守恒和热量守恒章节。
2、结果显示：实施例1的煮糖工艺及其系统，能使多晶冰糖厂的吨糖耗汽水平降至1.06以下，与传统工艺的吨糖耗汽1.2相比，减少了近0.14，实施例1的节能效果非常明显。同时产生了较多的工艺热水供生产使用，使冰糖厂节约用汽的同时又达到了节约用水的目的。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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