贺 湘，罗慧明，姚志敏

(中国轻工业广州工程有限公司，广东广州511447)

0 引言

单晶冰糖是十面或十二面体的蔗糖单斜晶体，是单一晶体的大颗粒(每粒重约0.9 g以上)冰糖[1]，是白砂糖的结晶再制品。晶粒间不互相粘结，颗粒大小均匀、轮廓清晰，结晶组织严密、不易破碎，杂质少，质纯味正，食用方便，是传统老式冰糖的更新产品[2]。自然生成的单晶冰糖有白色、微黄、淡灰色等，此外市场上还有添加色素的各种彩色冰糖(主要用于出口)，比如绿色、蓝色、橙色、微红、深红等多种颜色。单晶冰糖性温，有止咳化痰的功效，广泛用于食品和医药行业生产的高档补品和保健品。此外，其品质纯正，不易变质，除可作糖果食用外，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。

目前国内单晶冰糖厂的生产过程大体相同：基于白砂糖生产的“种晶法”结晶原理，采用摇摆结晶工艺，以一级白砂糖为原料，经溶解、过滤、蒸发浓缩、投种、结晶养晶、分蜜、干燥、包装等工序制成。其关键设备为摇摆式结晶罐，冰糖的蒸发浓缩、投种、结晶养晶工序均在此设备内完成。而单晶冰糖在罐内结晶完毕后的出糖方式却一直是单晶生产企业亟待研究和解决的一个重要课题，因其自动化水平低，劳动强度大，人工成本高，且对晶体的破损和质量有较大影响。

本文在传统结晶罐结构的基础上，调整了结晶罐出糖方向，并在经济可靠可行的原则上，根据投资成本合理引入自动化装置，整理和研究出几套更省时省力的出糖方案，并对各方案的优缺点进行评价，为现代化冰糖生产企业提供参考。

1 摇摆式结晶罐的改进

1.1 传统摇摆式结晶罐设计

生产单晶冰糖的主要设备是摇摆式结晶罐(也称“摇摆结晶釜”)，它由罐主体和传动两部分组成。传统的摇摆式结晶罐如图1所示[1]。

传统的结晶罐生产能力多为1.5 t/罐，罐体长约2.2 m，高约1.3 m，上部为半圆形，下部为椭圆形。在罐体下部有4个滚轮支承。罐体前面有视镜、出糖门及进糖液管口阀门；罐体后面有进汽管，排冷凝水管及测温点；罐顶有视镜、真空管口及投晶种孔等。罐体内椭圆上方装有花板，花板下装有加热蒸汽管道。罐顶中部有肘杆与连杆连接。由偏心轮的传动，通过连杆的往复运动，使罐体按照一定的偏转角(如35°)作左右摇摆运动。

1.2 摇摆式结晶罐设计的改进

图1 传统摇摆式结晶罐结构及传动装置示意图

随着现代化冰糖企业生产能力的提高，传统的1.5 t结晶罐生产能力偏小，如日产50 t的单晶冰糖需要1.5 t结晶罐约56～58个，若加上煮种罐，则可能需要65～70个罐，不仅使煮糖工人的出糖操作过于频繁，而且占地面积大。因此考虑适当加大单个结晶罐的生产能力，如3 t/罐，过大可能不利于稳定煮糖，不利于产品质量。东莞某冰糖厂曾经上过5 t/罐的结晶罐，但生产得到的冰糖产品颗粒不够均匀，且糖粉较多。

本设计鉴于结晶罐摇摆式工作方式，将出糖口调整到侧面，准备出糖时，将结晶罐停止在摇摆的最大角度，打开出糖门，使冰糖在重力作用下自动放糖，罐内剩余的小部分糖，再人工耙出即可。图2为侧面出糖的生产能力为3 t/罐的摇摆式结晶罐示意图，罐体长度约为3 m，高约1.8 m。其余结构大体与传统式结晶罐相同。

2 单晶冰糖几种出糖方案研究

2.1 传统的单晶冰糖出糖方式

图2 侧面出糖的摇摆式结晶罐示意图

传统的摇摆式结晶罐出糖采用人工耙糖方式，待结晶养晶过程完成，停止运行结晶罐，抽蜜后即可准备用专用耙出糖，如图 3。出糖后人工推动小车去往离心机分蜜。每罐1.5 t糖需耙糖和人工运糖3次方可出完。

人工耙糖出糖运糖时间较长，劳动强度大。在人工成本日益增大的今天，减少劳动力、减轻工人劳动强度必然是企业要考虑的方向。

图3 传统耙糖出糖方式

2.2 几种较先进的单晶冰糖出糖方案

本文在如图2侧面出糖的摇摆式结晶罐(3 t/罐)的设计前提下，研究几种单晶冰糖出糖方案，并对其优缺点进行评价，供冰糖生产企业结合场地实际情况选择。

2.2.1 叉车下层运输出糖

若楼层高度允许多层布置，则可考虑叉车在结晶罐下层(楼层高差约 3.5～4 m)运输出糖方式，如图 4。结晶罐布置在第 3层，两两相对布置，共用一个出糖斗，出糖面在两罐之间。出糖时结晶罐静止在摇摆角最大的位置，打开侧面的出糖门，约80%～85%的单晶冰糖可在重力作用下自动卸糖，掉入出糖斗，继而掉入下层已就位的叉车斗，余下约15%～20%的糖人工耙出。待叉车斗满时，关闭出糖斗下端的阀门(电动控制)，叉车将冰糖叉送至离心机进行分蜜。出糖斗和叉车斗大小设计为1.5～1.8 t储量，一罐糖可一次性出完，分两次叉送。

本方案极大地减小了出糖工人的劳动强度，提高了劳动效率。工人无需费力耙糖，只需最后在约35°倾角下耙出余糖，省时省力，解决了传统出糖劳动强度太大的问题。整个出糖工序只需2名工人配合，1人出糖1人开叉车即可。50 t/d的单晶冰糖产能，需配备约32个结晶罐，结晶楼层和出糖楼层每班需要约3名工人即可满足生产。此外，一罐糖可一次性出完，无需等待即可进入下一罐糖的煮制，节省了等待时间，提高了生产效率。

图4 叉车下层运输出糖

此方案最大的缺点就是楼层高度差3.5～4 m偏高，影响了冰糖的质量，如破损率较高，外观可能变花。出糖斗内衬食品级软胶，能对冰糖起到一定缓冲作用。经摔糖实验证明，湿单晶冰糖从高度2 m左右摔下来，破损率达到约3%。此方案的单晶冰糖从出糖口到出糖斗底部高度约 2 m，从出糖斗到叉车斗底部也约2 m，经2次摔糖后破损率会比较大。

另外，单晶冰糖不比白砂糖，颗粒比较大，出糖斗下部的阀门极易出现关闭不严的现象，使冰糖中残余的蜜掉到叉车楼面，从而使叉车楼面卫生状况欠佳。针对此问题，也可考虑将叉车斗大小设计为3 t储量，出糖斗仅为出糖缓冲通道，一罐糖一次性出完一次性叉送，但储罐太大，叉送时需定制叉车以解决重心前移问题。2.2.2 叉车同层运输出糖

叉车同层运输出糖方式，可考虑如图5布置。结晶罐成列布置，叉车运输通道即为出糖方向。结晶罐侧面的出糖门为3个并排，出糖时结晶罐静止在摇摆角最大的位置，打开第一个出糖门，约80%～85%的单晶多糖可在重力作用下自动卸糖入出糖斗余下约 15%～20%的糖人工耙出。叉车将冰糖叉送至离心机入料斗，由上面的电动葫芦挂住出糖斗侧面的挂钩，倾斜倒入离心机入料斗。

此方案较传统方案相比同样大大减小了出糖工人的劳动强度，且操作面、出糖通道、运种通道三者共用，同2.2.1方案相比节省了下层叉车出糖楼层面积。同时，单晶冰糖从罐内到出糖斗的高差小，最大高差不到1 m，晶体出糖后几乎没有破碎现象，从而保证了晶体质量。而出糖和运输在同一层，更是有利于生产的沟通和管理。此外，出糖斗的侧面挂钩设计，也有效避免了晶体内糖蜜的外流，保证了楼面的卫生状况。

而此方案缺点也较明显：首先此方案要求结晶罐基础较高，与出糖斗有一定高差方能顺利出糖，但太高也不行。综合考虑设计离楼面约0.6 m高，而出糖斗高度最高约为0.8 m，如此便限制了出糖斗的大小，一罐3 t的糖需分3次出糖，不利于出糖效率的提高。其次，结晶罐架高后，每个结晶罐需设置个几级矮梯，供煮糖工操作，使楼层布置看起来不那么美观。再次，煮糖操作面、叉车出糖、种子运输共用一个通道，若生产调度不合理，可能会产生碰撞现象，从而可能带来生产安全隐患。

图5 叉车同层运输出糖

2.2.3 轨道下层运输出糖

此方案由2.2.1变更而来，如图6所示。结晶罐布置在第3层，两两相对布置，共用一个出糖斗，出糖面在两罐之间。出糖方式与上均相同，不同的是出糖后单晶冰糖沿着出糖斗掉入下层的轨道运输斗，运输斗靠轨道送至侧端，由电动葫芦吊起送至离心机入料斗，进而进入离心机分蜜。

此方案具有上2个方案同样的优点，能大大减小出糖工的劳动强度。楼层差可设计为2～2.5 m，作为夹层使用，轨道布置于离地面约0.5 m，使单晶冰糖从结晶罐到轨道运输斗最大高度不超过 2 m，经过出糖斗缓冲一次，则冰糖破损率可控制在2%以下。轨道运输斗储量设计为1.2 t，3个紧密布置，分别装1 t量，一个装满时依次轮到下一个。因此，3 t的单晶罐可一次性全部出完，无需等待即可进入下一罐糖煮制，节省了等待时间，提高了生产效率。

图6 轨道下层运输出糖

此外，轨道输送替代2.2.1中的叉车运送，楼面荷载大大降低，节省了土建成本，而且避免了叉车运行的碰柱风险。

其缺点与2.2.1类似，其一冰糖仍存在一定的破损率；其二出糖斗和轨道运输斗下部阀门同样存在关闭不严现象，冰糖蜜掉入轨道楼面，卫生状况差，且比叉车楼面更难清理；其三，轨道出现故障维修时，需暂停出糖工序，待维修好后方可正常生产。

3 结论与展望

以上提出的几种出糖方案，较传统人工出糖方案相比，均得到了很大提高，大大降低了工人的劳动强度，减少了劳动生产力，极大地提高了生产效率，但离全自动化生产的目标还存在一定距离。而结晶罐也属于半自动出糖，仍需人工辅助。