糖廠的蒸發(fā)罐、加熱器的積垢多得確實(shí)驚人，為害也十分大。不少糖廠每天要通洗一個(gè)蒸發(fā)罐和一個(gè)加熱器，有些甚至更多；有些糖廠的煮糖罐也要經(jīng)常通洗。這些工作的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，使用壓力高達(dá)數(shù)百大氣壓的高壓水除垢，也是一件危險(xiǎn)的工作。一個(gè)大型糖廠每年用于處理積垢的費(fèi)用（包括化學(xué)藥劑）達(dá)數(shù)十萬(wàn)元。

　　

　　更重要的問(wèn)題是，大量的積垢顯著地降低了設(shè)備的傳熱性能，因而糖廠要用更大的設(shè)備和消耗更多的蒸汽，增大了設(shè)備的投資費(fèi)用和生產(chǎn)成本。現(xiàn)在，很多糖廠的蒸發(fā)罐的平均蒸發(fā)強(qiáng)度（每平方米加熱面積每小時(shí)蒸發(fā)的水量）只為20kg左右（或以下），而在50年代初，廣東順德、東莞、紫坭、揭陽(yáng)等糖廠、此值都在30～33kg之間，即現(xiàn)在比當(dāng)時(shí)降低了約1/3。另一方面，由于傳熱性能不良，蒸發(fā)罐要用更高的汽壓，和消耗更多的蒸汽。國(guó)外一般估計(jì)此值為3～5％（國(guó)內(nèi)糖廠積垢更多，此值會(huì)更大）。有些糖廠甚至因?yàn)榉e垢嚴(yán)重而被迫降低壓榨量，損失很大。

　　

　　幾十年的生產(chǎn)實(shí)踐反映了兩個(gè)主要的規(guī)律：

　　

　　1、 石灰法糖廠的積垢比較少，也比較容易通洗，亞硫酸法積垢多而堅(jiān)實(shí)。

　　

　　2、 亞硫酸法糖廠隨著蔗汁硫熏量升高，積垢量明顯增加，而且更難清除。國(guó)內(nèi)亞硫酸法糖廠早期用硫量對(duì)蔗比只為0.05～0.06%，而現(xiàn)在普遍提高到0.10～0.12%，增加了約一倍。雖然高硫熏可以制得較白的白糖，但用高壓水除垢，所需的水壓也由初期的約300氣壓提高到現(xiàn)在的800～1000氣壓！

　　

　　這兩個(gè)規(guī)律非常明顯，根本的原因到底在那里？下面就詳細(xì)分析討論。

　　

　　1、亞硫酸鈣沉淀作用與有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)

　　

　　按照亞硫酸法的一般原理，蔗汁吸收二氧化硫生成亞硫酸，它和加入的石灰－－氫氧化鈣反應(yīng)，兩者結(jié)合形成亞硫酸鈣沉淀，結(jié)合加熱產(chǎn)生的凝聚作用和沉淀物的吸附作用，可以除去蔗汁中原有的部分雜質(zhì)，從而提高蔗汁的質(zhì)量，以及白糖的質(zhì)量。

　　這個(gè)原理基本上是對(duì)的，但它相當(dāng)不完全。它沒(méi)有強(qiáng)調(diào)相關(guān)的幾種情況：

　　

　　1、亞硫酸和氫氧化鈣的反應(yīng)，受到多種因素的干擾，因此它們并沒(méi)有完全形成亞硫酸鈣沉淀出來(lái)，有部分亞硫酸和鈣鹽仍遺留在清汁中。糖廠清汁中的亞硫酸，折算成二氧化硫，一般達(dá)到100～300mg/l，不良情況下更多。而清汁中的鈣鹽，折算成氧化鈣，通常為600～700mg/l，不良情況下達(dá)到800mg/l。通常，混合汁含鈣量約400mg/l，石灰法清汁約500mg/l，對(duì)比起來(lái)，亞硫酸法清汁比它們高得多。眾所周知，如果鍋爐水硬度（鈣鎂鹽總量）較高，鍋爐就會(huì)嚴(yán)重積垢。清汁的硬度比鍋爐水高幾十倍，積垢嚴(yán)重是必然的。

　　

　　2、糖廠使用的石灰，除了含氧化鈣以外，還含有大量的雜質(zhì)：硅酸和鎂、鐵、鋁的氧化物（或碳酸鹽）等。它們加入蔗汁后，部分溶解進(jìn)入清汁中。這些物質(zhì)都會(huì)增加蒸發(fā)罐的積垢。蔗汁硫熏量越大，需要加入的石灰就越多，帶入的這些有害雜質(zhì)也越多。因此，高硫熏時(shí)的清汁總灰分遠(yuǎn)高于低硫熏或不硫熏的清汁。

　　

　　過(guò)去有人認(rèn)為，亞硫酸鈣的溶解度高于磷酸鈣和碳酸鈣，造成亞硫酸法的清汁含鈣量高。這種說(shuō)法很不全面。許多研究測(cè)定數(shù)據(jù)說(shuō)明，亞硫酸鈣在熱水和純糖液中的溶解度也是相當(dāng)?shù)偷?，不過(guò)20～50mg/l。亞硫酸法清汁中的實(shí)際殘留量要比它高很多倍！

　　我們對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了多年的研究，明確了這種情況的主要原因有如下幾點(diǎn)：

　　

　　1、亞硫酸離解不完全（部分hso3－未離解為so32－），形成了部分亞硫酸氫鈣，它可溶于水。這種情況與溶液ph值有密切關(guān)系，如果清汁ph值低于7.0，其中殘留的亞硫酸量會(huì)顯著增加；ph較高時(shí)亞硫酸離解比較充分（但也很難達(dá)到完全）。從這點(diǎn)來(lái)看，清汁ph值高些較好。但由于蔗汁中含有還原糖，它在高ph下會(huì)分解而產(chǎn)生多種不良影響，而且清汁ph高意味著要多加石灰，故實(shí)際所用的清汁ph值要全面考慮各種因素，一般情況下以7.2～7.3較好，決不應(yīng)該低于7.0。

　　

　　2、蔗汁中有多種物質(zhì)干擾亞硫酸和氫氧化鈣的反應(yīng)，增大了亞硫酸鈣溶解的數(shù)量。如鎂化合物、一些膠體物質(zhì)和一些酸性有機(jī)物（部分是高分子物質(zhì)），分別通過(guò)不同的物理化學(xué)方式產(chǎn)生這種作用。鎂主要是形成復(fù)鹽、膠體主要通過(guò)對(duì)微細(xì)粒子的保護(hù)作用，酸性有機(jī)物主要通過(guò)與鈣結(jié)合形成離解度低的絡(luò)合物，這些都導(dǎo)致溶液中溶解的亞硫酸和鈣化合物大大超過(guò)正常的溶解度。

　　

　　2、鎂化合物及其影響

　　

　　在自然界中，鎂和鈣常并存，它們的化合物的性質(zhì)亦有相近之處。例如在水中，它們一起成為“硬度”的主要成分，故時(shí)常通稱為鈣鎂鹽。

　　

　　不過(guò)，鎂鹽和鈣鹽的性質(zhì)還是有不少的差別，對(duì)制糖生產(chǎn)過(guò)程的影響有較大不同，而且有些影響相當(dāng)復(fù)雜，至今亦未能完全明確。主要的是：

　　

　　1、多種鎂鹽的溶解性高于鈣鹽。例如亞硫酸鈣和草酸鈣都難溶于水，而相應(yīng)的鎂鹽是可溶的。在清汁和糖漿中，鎂的含量通常和鈣接近，甚至略多于鈣，但在蒸發(fā)罐和煮糖罐積垢中，在糖漿和糖蜜的沉積物中，以及在白糖的灰分中，鎂的比例都比鈣低很多（相差5～10倍）。這方面有數(shù)十組的分析數(shù)據(jù)（包括國(guó)內(nèi)外和不同的生產(chǎn)工藝），都是如此，說(shuō)明這是共通性的。這是由于鎂化合物的溶解性較強(qiáng)而鈣化合物的溶解性較低造成的。

　　

　　2、溶液中存在鎂會(huì)增加難溶性鈣鹽的溶解度。例如在水中和純糖液中，磷酸和鈣鹽反應(yīng)后絕大部分沉淀，殘留在溶液中的磷酸是極少的。但在含有鎂鹽的溶液中，相應(yīng)條件下溶液中殘留的磷酸量增加數(shù)十倍。一般認(rèn)為這是由于鎂能夠和鈣鹽結(jié)合形成復(fù)鹽――磷酸鈣鎂，它的溶解度高于磷酸鈣。這是糖廠澄清過(guò)程磷酸沉淀不完全的一個(gè)重要原因。亞硫酸和鈣的反應(yīng)也受到鎂的類(lèi)似影響。

　　

　　3、蔗汁用石灰法或亞硫酸法澄清，清汁含鎂量總高于混合汁，通常高10～15％。增加的鎂肯定是由石灰?guī)氲?。天然石灰石中總含有或多或少的碳酸鎂，它在煅燒時(shí)形成氧化鎂。碳酸鎂和氧化鎂在中性下都溶解成為其他的鎂鹽，故在加入蔗汁中后會(huì)自然溶解，增加蔗汁的含鎂量。但另一方面，鎂鹽在ph9～10以上會(huì)形成氫氧化鎂或碳酸鎂沉淀，溶解度都比較低。因此，如果蔗汁用強(qiáng)堿性處理（例如碳酸法），汁中原有的鎂鹽可大部分沉淀，因而清汁含鎂量大幅度降低。在這種條件下甚至可以用碳酸鎂或氧化鎂作“輔助澄清劑”，據(jù)說(shuō)它們有較好的吸附膠體物質(zhì)的性能。但如果在中性下，就不適宜用這類(lèi)物質(zhì)。

　　

　　積垢多的糖廠，和澄清效果不好的糖廠，應(yīng)注意分析混合汁和清汁的鈣和鎂的含量，如果鎂含量偏高，或澄清階段顯著增加，就要細(xì)致檢查它的原因，找出問(wèn)題及時(shí)解決。

　　

　　3、關(guān)于石灰

　　

　　石灰是糖廠最基本的澄清劑，它的使用已經(jīng)有幾百年的歷史。它的價(jià)格便宜，是最便宜的化學(xué)劑了。它具有一些重要的效能：提供氫氧離子中和蔗汁的酸性，提供鈣離子與蔗汁中的磷酸及蛋白質(zhì)等結(jié)合形成沉淀物，和其他澄清劑結(jié)合形成鈣鹽沉淀，成為吸附劑、沉淀劑和助濾劑。

　　

　　蔗汁用石灰法處理，加灰量對(duì)甘蔗的比例不到0.1%。用亞硫酸法澄清，早期的加灰量對(duì)蔗比只約0.2%，但隨著硫熏量的不斷增加，現(xiàn)在已達(dá)到約0.3%。

　　

　　石灰通常是用石灰石煅燒制成。天然石灰石的品質(zhì)各地不同，廣西石灰石的質(zhì)量較好。石灰的質(zhì)量通常以其“有效氧化鈣”表示，好的可以達(dá)到80～90％，但有些地區(qū)只有70％左右（廣東相當(dāng)普遍）。這意味著，石灰中不是有效氧化鈣的成分達(dá)到10～30％。它們包括碳酸鈣、硅化合物、鎂、鐵、鋁的化合物等。石灰加水“消和”時(shí)，它們大部分分散成為細(xì)小的顆粒，懸混在石灰乳中，形成乳白色的液體。

　　

　　石灰乳加入蔗汁中后，氧化鈣微粒先和蔗糖反應(yīng)成為可溶性的蔗糖化鈣和產(chǎn)生酸堿之間的中和反應(yīng)，隨后再和各種陰離子物質(zhì)反應(yīng)，形成不溶性的鈣鹽沉淀和其他凝聚物。這些反應(yīng)，前者進(jìn)行得較快，后者則比較慢。例如，如果將硫熏加灰后的蔗汁立即過(guò)濾（不再加熱），則濾液中的亞硫酸量仍然很高，為原加入量的40～70％（各地各廠情況不同），說(shuō)明它們還未形成亞硫酸鈣沉淀；要再加熱到100℃左右，亞硫酸鈣沉淀才較完全。最先形成的蔗糖化鈣，在中性附近完全分解為蔗糖和鈣（鈣離子或形成其他鈣鹽），無(wú)不良反應(yīng)。

　　

　　石灰?guī)氲拇罅侩s質(zhì)，有部分保持不溶解狀態(tài)，進(jìn)入到濾泥中，但也有一部分被溶解進(jìn)入到清汁中。后者主要是鎂化合物和可溶性硅化合物。分析混合汁和清汁中的這些成分就可以明確地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。它們直接增加了清汁的灰分，鎂鹽還增大了鈣鹽溶解量，硅化合物則直接形成積垢。為害都很大。

　　

　　因此，糖廠應(yīng)該選用質(zhì)量最好的石灰，認(rèn)真監(jiān)測(cè)石灰的質(zhì)量。國(guó)外的大糖廠對(duì)此是很重視的，對(duì)石灰的各種雜質(zhì)含量有明確的質(zhì)量指標(biāo)。但國(guó)內(nèi)糖廠一般只分析有效氧化鈣，對(duì)其他各種成分極少分析，成了管理工作中的一大漏洞。

　　

　　國(guó)內(nèi)曾有數(shù)個(gè)糖廠，由于石灰質(zhì)量不好，澄清沉淀狀況很差，清汁混濁不清。后來(lái)?yè)Q用了好的石灰，問(wèn)題立即解決。這樣的教訓(xùn)很深。但可惜此事至今還未列入國(guó)內(nèi)糖廠嚴(yán)格科學(xué)管理的范疇。

　　

　　我們希望，石灰中的氧化硅低于2％，鎂、鐵、鋁的氧化物各低于1％。大型糖業(yè)集團(tuán)應(yīng)當(dāng)普查當(dāng)?shù)厥业馁|(zhì)量情況，選出較好的品種供各廠使用。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家，常選用質(zhì)量高的石灰并把它加工成為粉狀的消石灰供應(yīng)市場(chǎng)，用戶不需要石灰消和設(shè)備，使用方便，效果良好。

　　

　　要消除石灰中雜質(zhì)的不良影響，一種有效的方法是使用糖化鈣。即是將石灰先與糖液反應(yīng)，生成溶解的糖化鈣，除去不溶物（硅、鎂、鐵、鋁化合物大部分不能溶解），再將糖化鈣溶液加入到蔗汁中（代替加灰）。它還有反應(yīng)快，容易計(jì)量和便于控制等優(yōu)點(diǎn)，澄清效果比較好。主要的問(wèn)題是配制糖化鈣要用大量的蔗糖；需用的蔗糖重量，理論值為氧化鈣的6.1倍，但實(shí)際上常需8～10倍。如果石灰的用量少，可以用糖漿配制（例如在糖漿磷浮處理中），或用甜水、濾汁（或后座壓榨汁）等配制（例如在石灰法糖廠）。但石灰用量大時(shí)就很難實(shí)行。它的另一缺點(diǎn)是在配制糖化鈣時(shí)，糖液中的還原糖會(huì)因強(qiáng)堿性而破壞，產(chǎn)生不良的影響。澳大利亞和南非等先進(jìn)的蔗糖生產(chǎn)國(guó)，石灰法糖廠多數(shù)使用糖化鈣。

　　

　　4、關(guān)于硫酸鹽

　　

　　甘蔗汁中含量最高的無(wú)機(jī)物是硫酸鹽。多數(shù)蔗汁含硫酸根為600～700mg/l，個(gè)別會(huì)高至1g/l！許多分析數(shù)據(jù)說(shuō)明，末兩效蒸發(fā)罐和煮糖罐的積垢，以及糖漿和糖蜜中的沉淀物，其中硫酸鈣的含量高達(dá)60～80％！白糖中的灰分也絕大部分是硫酸鈣。

　　

　　硫酸根主要是由甘蔗帶入，但澄清時(shí)加入的二氧化硫和亞硫酸，也有部分會(huì)被氧化成為三氧化硫和硫酸。硫磺燃燒控制不好，澄清工藝控制不好，都會(huì)發(fā)生這個(gè)問(wèn)題。清汁中殘留的亞硫酸，在隨后的生產(chǎn)過(guò)程中也自然發(fā)生這種變化。還有，如果加入的磷酸的質(zhì)量不好，也會(huì)含有一些硫酸。

　　

　　甘蔗中的硫酸鹽含量，和土壤、灌溉、施肥等因素有關(guān)。有些地區(qū)使用硫酸銨作肥料，甘蔗含硫酸鹽自然較多。有些地區(qū)的灌溉水含硫酸鹽，也有很大影響。

　　

　　各種硫酸鹽（鎂、鐵、鋁等）多數(shù)可溶于水，硫酸鈣在稀糖液中的溶解度也相當(dāng)高（超過(guò)1.6g/l），因而在蔗汁澄清時(shí)不能沉淀出來(lái)。但在蒸發(fā)和煮煉過(guò)程中，糖液的水分大大減少，硫酸鈣變?yōu)椤斑^(guò)飽和”狀態(tài)，就析出成為沉淀物，形成積垢（這類(lèi)似煮糖過(guò)程蔗糖析出，只不過(guò)所處的濃度范圍不同而已）。

　　

　　糖廠應(yīng)當(dāng)定期分析混合汁的硫酸鹽含量，偏高時(shí)就要找出原因處理。同時(shí)要定期分析清汁的硫酸鹽，以了解它在澄清階段是否有較大的增加。在正常情況下，硫酸根對(duì)錘度的百分比，清汁比混合汁升高不超過(guò)0.05%（例如混合汁為0.45%時(shí)，清汁不超過(guò)0.5%）。

　　

　　糖廠所用的工業(yè)磷酸，如果質(zhì)量不好，會(huì)含有一些硫酸。廣東在80年代就曾發(fā)現(xiàn)，某些商品含硫酸達(dá)到20％。糖廠使用的磷酸必須從正規(guī)的大型生產(chǎn)廠直接購(gòu)買(mǎi)，決不可購(gòu)買(mǎi)一些似乎便宜的商品。另外，糖廠也應(yīng)當(dāng)檢驗(yàn)所用磷酸的質(zhì)量。不過(guò)要注意，現(xiàn)在一些分析書(shū)上檢驗(yàn)工業(yè)磷酸的方法是酸堿滴定法，硫酸同樣可以參加反應(yīng)。不過(guò)，糖廠化驗(yàn)室要做詳細(xì)的分析還較困難。這里介紹一種比較簡(jiǎn)單而又能明確判斷問(wèn)題的分析方法：分別取化學(xué)純磷酸和工業(yè)磷酸，各稀釋1000倍，再按常規(guī)的混合汁自然磷酸值分析方法，進(jìn)行比色分析，在加藥后同一時(shí)間（例如統(tǒng)一為5分鐘）后測(cè)定光密度。如果工業(yè)磷酸質(zhì)量好，其讀數(shù)應(yīng)接近純磷酸。如果工業(yè)磷酸的讀數(shù)明顯偏低，就說(shuō)明它的質(zhì)量有問(wèn)題。這里要注意，分析的各種條件都要統(tǒng)一，否則會(huì)產(chǎn)生偏差。

　　

　　5、關(guān)于蒸發(fā)罐

　　

　　蒸發(fā)罐本身與積垢的生成也有密切的關(guān)系。廣東糖廠50 年代初的蒸發(fā)罐，都是國(guó)外制造，面積比較小（300～500m2），都在罐體的中央有較大直徑的降液管，工作時(shí)有相當(dāng)強(qiáng)烈的對(duì)流循環(huán)，當(dāng)時(shí)很強(qiáng)調(diào)低液面操作，不凝縮氣體和汽凝水的排除也比較暢順，因而蒸發(fā)強(qiáng)度較高。以后隨著新制的蒸發(fā)罐的面積逐步擴(kuò)大，曾經(jīng)用過(guò)只有外循環(huán)管而沒(méi)有中央降液管的結(jié)構(gòu)，性能不好，后來(lái)又裝設(shè)了中央降液管，但直徑不大，汁液循環(huán)的整體布局和實(shí)際效果不理想，有時(shí)甚至發(fā)現(xiàn)新入的汁液“走短路”，操作液面不易控制，因而實(shí)際液面普遍較高（這里也有工人積極性的因素）。實(shí)際傳熱系數(shù)較低，蒸發(fā)速度慢，從視鏡中很少看到強(qiáng)烈規(guī)則的對(duì)流循環(huán)。罐內(nèi)的液體缺乏良好湍流，沉淀物自然容易沉積在加熱管壁上，形成較多的積垢?，F(xiàn)在多數(shù)糖廠蒸發(fā)罐面積偏大，蒸發(fā)負(fù)荷低，也會(huì)增加積垢的生成。這兩者互為因果，形成惡性循環(huán)。

　　

　　因此，蒸發(fā)罐的合理結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)拿娣e配備也是一個(gè)很值得研究的問(wèn)題。

　　

　　糖廠設(shè)備的積垢問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上和制糖工藝的整體密切相關(guān)，而且比一般的工藝問(wèn)題更復(fù)雜，相關(guān)的因素更多。解決好這些問(wèn)題，制糖工藝的理論和實(shí)踐都更上一層樓。

　　

　　這里要提出一點(diǎn)，就是近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)多數(shù)糖廠不斷提高硫熏強(qiáng)度，我國(guó)亞硫酸法糖廠使用硫磺量已達(dá)到全球最高。我們認(rèn)為，早期提高硫熏強(qiáng)度是有較大作用的，但在后期卻是過(guò)高了。由于石灰雜質(zhì)多以及管理不完善，伴生了不少問(wèn)題。特別是在現(xiàn)代，應(yīng)當(dāng)研究用其他的工藝方法來(lái)解決蔗汁的脫色和沉淀過(guò)濾問(wèn)題，降低硫磺用量。這也有助于降低白糖的二氧化硫殘留量，適應(yīng)食品衛(wèi)生不斷進(jìn)步的要求。亞硫酸法工藝已經(jīng)到了需要進(jìn)行重大改革的時(shí)候了！根據(jù)近年相關(guān)研究的進(jìn)展情況，我國(guó)完全能夠在幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)重大的突破。