印度的全自動(dòng)釜式蔗糖結(jié)晶生產(chǎn)線引進(jìn)PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)

1應(yīng)用背景

蔗糖作為食糖的主要成分，由一分子葡萄糖的半縮醛羥基與一分子果糖的半縮醛羥基縮合脫水而成，在食品及調(diào)味品等行業(yè)中有著十分重要的用途。蔗糖普遍存在于植物界的葉、花、莖、種子及果實(shí)中，甘蔗、甜菜及槭樹汁中的蔗糖含量尤為豐富。

蔗糖生產(chǎn)目前大多采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝。隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行，糖漿粘度不斷變大，使得結(jié)晶受擴(kuò)散控制，從而晶體生長緩慢；過飽和度的積累，加之?dāng)U散受粘度阻礙，致使體系中易發(fā)生二次成核現(xiàn)象，導(dǎo)致最終產(chǎn)品顆粒度分布大、細(xì)粉多；大量的二次成核現(xiàn)象，又導(dǎo)致體系粘度快速上升，進(jìn)一步阻礙了結(jié)晶物料向晶面的擴(kuò)散，使得體系小晶核進(jìn)一步增加，粘度進(jìn)一步增大，最終導(dǎo)致產(chǎn)品收率降低。正是基于以上難點(diǎn)，蔗糖的結(jié)晶工藝控制尤為重要，如何獲得高質(zhì)量的蔗糖晶體越來越受到蔗糖企業(yè)的關(guān)注。終產(chǎn)物的顆粒大小和粒度均勻性是衡量產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)。如何提升產(chǎn)品收率、縮短結(jié)晶時(shí)間、得到粒度均勻的產(chǎn)品、根據(jù)下游用戶的需求定制目標(biāo)產(chǎn)品等等，也是蔗糖企業(yè)一直在思考的問題。

PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對蔗糖結(jié)晶過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可根據(jù)監(jiān)控結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整工藝過程，從而得到高質(zhì)量的晶體產(chǎn)品。PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)是快速實(shí)現(xiàn)定制客戶顆粒度晶體產(chǎn)品的有效手段。

2芬蘭Pixact公司PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)在Balrampur Chini Mills Ltd投入使用

半自動(dòng)反應(yīng)釜始終無法擺脫手動(dòng)操作的弊端，印度制糖公司Balrampur Chini Mills Ltd管理層做出了一個(gè)重要且有遠(yuǎn)見的決定：他們將位于阿爾瓦爾的一個(gè)80噸的蔗糖間歇煮糖罐改造成了一代化的全自動(dòng)釜式蔗糖結(jié)晶生產(chǎn)線。

這套全自動(dòng)釜式蔗糖結(jié)晶生產(chǎn)線上安裝了一套芬蘭Pixact公司的PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)，用于對煮糖過程進(jìn)行監(jiān)控并達(dá)到自動(dòng)控制的目的。PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)可以對蔗糖結(jié)晶過程的圖像和顆粒度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)可以提供高分辨晶體圖像、晶體顆粒度（Dv10、Dv50、Dv90等）、晶體顆粒數(shù)量、 晶體尺寸變異系數(shù)（CV）、MA 、晶體生長速率、晶體尺寸分布、晶體生長過程等重要信息。

這是印度基于智能算法的現(xiàn)代化的全自動(dòng)釜式蔗糖結(jié)晶生產(chǎn)線，可以在沒有人工干預(yù)的情況下自動(dòng)控制整個(gè)反應(yīng)釜的操作。只需要輸入幾個(gè)參數(shù)，如：煮糖類型、終點(diǎn)錘度和出料液位，之后的釜操作都是全自動(dòng)的，直到釜卸料、并為下一次煮糖流程做好準(zhǔn)備。經(jīng)過驗(yàn)證，整套系統(tǒng)不僅煮糖時(shí)間明顯縮短，排放和能耗也明顯改善，給印度制糖公司Balrampur Chini Mills Ltd帶來了收益！ 

圖2  印度制糖公司Balrampur Chini Mills Ltd煮糖車間現(xiàn)場

3芬蘭Pixact公司PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)簡介

芬蘭Pixact公司PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)采用透射光原理設(shè)計(jì)，由儀器探頭末端發(fā)出激光透過測試樣品，由探頭另一端的高分辨率CCD相機(jī)接收透射光并對顆粒成像，對于微小顆粒也可以清晰成像，并保證圖像質(zhì)量。利用功能強(qiáng)大的圖像算法，分析圖像上每一個(gè)顆粒的輪廓，從而得到等效顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、顆粒尺寸變化趨勢、顆粒形態(tài)、顆粒徑長比、顆粒生長速率等數(shù)據(jù)。

PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)專為在線結(jié)晶工藝過程而設(shè)計(jì)。它能在結(jié)晶過程、制劑過程等研發(fā)的各個(gè)階段提供實(shí)時(shí)在線的晶體圖像信息，這些直觀的圖像信息將大大縮短研發(fā)過程，并能使研發(fā)人員在原位環(huán)境中了解顆粒間的相互作用，對于結(jié)晶工藝控制起到非常關(guān)鍵的作用。

PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)的測試結(jié)果除了高分辨率的晶體圖像，還包括：自動(dòng)生成的晶體數(shù)量變化趨勢、晶體尺寸變化趨勢、晶體顆粒度變化趨勢等多方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以幫助客戶準(zhǔn)確判斷何時(shí)加入晶種以及避免二次成核等生產(chǎn)問題。

4 結(jié)論

PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)可以很好地監(jiān)控蔗糖的結(jié)晶過程。高分辨結(jié)晶過程圖像可以給出結(jié)晶釜中晶體形態(tài)的直觀信息，有助于理解結(jié)晶機(jī)理、優(yōu)化結(jié)晶工藝、及時(shí)發(fā)現(xiàn)二次成核、并進(jìn)行工藝調(diào)整。晶體數(shù)量曲線可以監(jiān)控晶漿中的晶體數(shù)量，此信息對于晶種的加入時(shí)機(jī)判斷、晶種數(shù)量的確定非常有幫助；在不加晶種的情況下，PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)給出的自發(fā)成核晶體數(shù)量可以用于判斷補(bǔ)料時(shí)間點(diǎn)，這對于最終的晶體產(chǎn)品顆粒度有至關(guān)重要的作用。PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)給出的晶體顆粒度信息，可以幫助我們判斷晶體的生長情況、晶體尺寸是否滿足生產(chǎn)要求、還可以幫助我們判斷出料時(shí)間點(diǎn)。

PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)可用于優(yōu)化蔗糖的結(jié)晶過程，速度快，效率高，便于快速發(fā)現(xiàn)和快速解決工藝問題，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。同時(shí)，PCM結(jié)晶監(jiān)測系統(tǒng)還可用于監(jiān)控原料中的雜質(zhì)、優(yōu)化加晶種方案、控制二次成核、確定補(bǔ)料時(shí)間、監(jiān)控晶體顆粒度分布寬度、調(diào)整晶體顆粒度、判定出料時(shí)間等。功能性糖醇行業(yè)的多個(gè)國際都是我們的客戶。

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