0 前言

      在糖浆气浮工艺中，糖浆体积流量的测量是非常重要的，因为它除了是均衡生产的基础之外，其它辅料的需要量的计算和加入的控制也是以体积流量的数据为依据的。事实上，单纯测量糖浆的体积流量，并以此计算和控制辅料的配比量仅仅是一种近似的处理方式。因为在气浮中，辅料的添加量应以糖浆固溶物量为基准。所以，糖浆锤度的波动会造成实际上的物料配比的变化。因此，另一种考虑就是同时进行糖浆锤度的测定。

      本文从上述的考虑出发，阐述了糖浆锤度的测定对糖浆量与辅料的配比的控制、对气浮过程中制泡量的控制以及糖浆加热温度的控制的正面作用，同时也讨论了如何将质量流量计所测得的密度转化为糖浆的锤度。

      1 锤度自动检测在气浮工艺中的作用

      在目前的糖浆气浮控制中，所测量的糖浆量是体积流量，而糖浆的浓度则根据工艺的要求设定。这样，在忽略糖浆浓度变化的前提之下，确定浓度的辅料的添加量便可简化为恒定的体积配比[1]（糖浆体积与辅料体积的比值），由计算机根据糖浆量确定辅料应有的添加量并控制计量泵的辅料的泵送量。

      当糖浆的浓度在预定的浓度值左右波动时，恒定的体积配比是可以满足气浮工艺的要求的，但如果糖浆的浓度偏离预定值太大而且连续偏离的时间较长时，则会或多或少影响到气浮工艺的效果。可见，较为理想的方法是改恒定的“体积配比”为“固溶物配比”，要实现这一目标的前提条件就是进行糖浆锤度的自动测量。

      除了“固溶物配比” 比“体积配比”更为合理之外，糖浆锤度的在线测定的另一更为显著的作用是在于更好地控制糖浆的打泡量。在我们的气浮工艺流程中（华南理工大学气浮工艺）[2,3]，只有小部分的糖浆进入机械制泡机中。在其它条件固定时，气浮的有效气泡量是与进入制泡机中的糖浆量成正比的。在气浮的操作过程中，影响制泡量多寡的因素之一就是糖浆的浓度。糖浆的浓度上升，会增大絮凝物上升的阻力，为了克服这一增加的阻力，需要增大絮凝颗粒的浮升能力。在我们的糖浆气浮实施过程中体会到，当糖浆浓度过高而浮清糖浆的清度下降时，一个行之有效的处理办法就是适当加大制泡量。

      如果采用在线锤度自动测定，可以将糖浆的锤度变化与制泡量的控制关联起来，有利于及时、合理地调节制泡量，也有利于提高制泡量的量化管理及自控水平。

      锤度自动测定的另一个作用是可以按锤度的高低不同来控制糖浆气浮前的加热温度，其目的同样也是为了减少糖浆在高浓度时的颗粒气浮阻力。

      可见，锤度自动在线检测对糖浆气浮的控制具有一定的积极意义，使用质量流量计是同时完成体积流量测量及流体密度测量的一种方法。通过讨论不同的温度下糖浆的密度与锤度的转换计算，便可以解决糖浆的锤度测量问题。

      2 糖浆的密度与锤度的转换

      使用质量流量计，可以在进行糖浆的体积流量测量的同时进行糖浆密度的测量，只要建立起糖浆密度与糖浆锤度之间的关联式，也就完成了糖浆的锤度测量。

      根据文献[4,5]提供的不同温度下不同浓度的蔗糖容液的体积及在20℃下不同浓度的糖液的密度，可以整理出不同温度下蔗糖溶液的锤度与密度的关系（见表1）。 

      对表1的数据进行回归处理，得到糖浆在20℃时的锤度与在线测量的糖浆密度的关系式如下：

            BxR20℃＝2158 X [ρt+0.000385 X（t－20）1.1]4

式中：t——糖浆的在线温度，℃；
         ρt——在线测定所得的糖浆密度，g/mL；
         BxR20℃——摄氏温度20℃下的糖浆锤度。

      由公式（1），可将在线测得的糖浆密度转化为糖浆锤度，并由此进行气浮过程的自动控制。为了检验式（1）的计算结果与表1所提供的数据的误差，现将由式1的反函数计算所得的不同条件下的糖浆密度与表1中的数据进行比较，结果绘于图1中。

      从图1可以看到，回归式1的计算结果与表1的数据能很好地吻合，在低锤度时的误差略微高些，但它远离了生产正常的浓度范围。另一方面，由于表1的数据是纯糖液的数据，而在实际的生产过程中，糖液并非是纯蔗糖溶液，也会因此造成一定的误差，但可以在实际的应用过程中进行适当的校正。

      3 质量流量计控制制泡量的示例

      在气浮中，糖浆的流量由测量和调节装置进行控制，并将测得的糖浆流量的信号送回计算机控制中枢，计算机根据糖浆流量及预先设定的各种K值（各种辅料及进入制泡机的糖浆体积与糖浆总体积流量的比值），计算出不同物料应有的体积流量，并以此控制辅料的计量泵及进入制泡机的糖浆流量。未使用质量流量计时，测量的仅仅是糖浆的体积流量而忽略了其锤度的变化，所以，各种K值在设定之后就是一个固定不变的参数。

      在采用了质量流量计之后，情况则不相同。由于各种物料的K值是以某一的糖浆锤度基准（例如60°Bx）来设定的，它必须根据测得的糖浆锤度变化进行调整。所以，在操作过程中，K值是一个不断变化的参数，它随糖浆锤度的上升而增大，随糖浆锤度的下降而减小。

      以制泡量的控制为例（见图2），主糖浆管路上和进入制泡机的分管路上的流量测量及控制装置分别由图2中的编号1、2表示，它们是由调节阀、流量计和调节器组成。其中，主管路上的流量计为质量流量计，它即可以同时送出糖浆的体积流量和糖浆的密度的信号。

      装置二根据设定的流量要求，对糖浆流量进行控制。同时，把测得的糖浆体积流量及密度信号传送到计算机控制中枢，计算机依据糖浆的温度及密度，计算出糖浆的锤度，并依据糖浆的锤度对原设定的制泡糖浆量的K值进行调整，使K值按规定的关系模式随锤度的增加而增加，随锤度的降低而降低。计算机控制中枢再将不断变化的总糖浆流量及K值信号传送到控制装置2，控制进入制泡机的糖浆量。这样，当糖浆浓度上升时，K值加大，糖浆进入制泡机的比例增大，有效气泡量也随着增加，这有利于克服糖浆浓度上升所增加的颗粒浮升阻力，维持良好的气浮清净效果。

      4 讨论与小结

      以质量流量计进行糖浆锤度的在线测量，并以锤度参与过程控制，这对提高气浮效果具有积极的作用，前面对此已有论述。那么，是否采用这种方式，还必须考虑如下的几个因素。

      首先要考虑质量流量计的准确度和灵敏度。如果质量流量计的密度测量值有0.01的偏差，所得的锤度会则有1～2°BX的偏差；其次，流量计要有必要的灵敏度，因为，即使锤度有较大的变化，糖液的密度变化也是很小的，如果流量计未能反映出流体的细小密度变化，也难以满足要求。因此，对质量流量计的高要求以及质量流量计的费用是一个应考虑的问题。

      实际上，气浮的工艺具有一定的适应弹性，小幅度的锤度波动并不会对气浮的效果造成明显的影响。只要糖液锤度的变化控制在合理、正常的范围之内，一般的体积流量计已能满足生产的需要。对于大幅度的浓度波动，抓好管理，稳定好蒸发的粗糖浆锤度及回溶糖浆锤度，比采用质量流量计更为重要。