制糖生产过程中清汁pH值测定方法的探析

陈 俊

（广西来宾东糖桂宝有限公司，广西 来宾 426137）

0 前言

甘蔗制糖是以甘蔗作为主要原料，经过多种工序制成白砂糖、赤砂糖等产品的过程。甘蔗压榨是将预处理的甘蔗原料利用压榨机进行压榨，压榨出来的蔗汁中含有很多杂质，必须经过过滤等工序对其进行处理后得到清汁［1］。清汁是澄清沉淀池出来的糖汁，其中pH值控制贯穿了整个生产的工艺流程，而澄清中和岗位对清汁pH值的控制是关键的控制指标之一。因此，在生产中科学确定清汁的pH值指标才能使澄清效果更加符合工艺要求。化验室采样分析的pH值与澄清中和岗位分析的pH值，都与流程中的实际pH值有偏差，如果差值较大，操作工按照与实际相差较大的pH值进行清汁岗位操作，那这段时间的清汁指标就受到影响，甚至会造成沉淀池放汁困难等生产故障，进而影响下一工序的生产。因此在制糖生产过程中要严格控制清汁pH值在指定范围内，它是制糖生产中应重视的重要环节之一。

1 清汁pH值的测定

一般糖厂对清汁进行清净处理并加入石灰是控制清汁pH值处于规定的指标范围的主要方法，清汁pH值的稳定控制涉及到整个澄清工艺的稳定，也是关键的控制指标之一。

1.1 测定清汁pH值的两种方法

在制糖生产过程中，测定清汁pH值主要有两种方法，第一种方法是岗位现场测定分析，取一定量的清汁倒入两支试管中，其中一支加入定量的溴龙溶液后充分摇匀，通过与化验室配制的不同pH值的“标准pH管”的颜色进行比对，根据比对试管中溶液颜色相近的“标准pH管”的pH值粗略判断出清汁样液的pH值，另外一支试管作配合观察用；第二种方法是化验室采样分析，清汁采样后需冷却至常温，再用酸度计进行测定，仪器直接测出其pH值。

在这两种方法中，岗位现场分析pH值时，一般是在沉淀池放汁处采样后，直接倒进试管进行分析试验，通常不会考虑所取样液的温度问题，也没有测量分析比色时样液的温度，因此没有进行温度校正。而化验室分析法虽然有温度校正，但也仅仅是对用酸度计测定样液pH值时的温度校正，得到的是测定时该温度下样液的pH值，并不是样液在生产中沉淀池内约100℃高温时的清汁pH值。在实际生产中，岗位分析所得的清汁pH值与化验室分析所得的pH值往往会有偏差，在广西来宾东糖桂宝有限公司岗位分析的清汁pH值要比化验室分析的稍低，相差0.3左右，如表1所示。

表1 化验室与澄清中和岗位分析所得的pH值比对表

1.2 酸度计的温度补偿校正

在化验室分析清汁pH值时，一般是采用酸度计来测量样液pH值，常用的酸度计虽然型号较多、结构各异，但它们的测定原理相同。由于电极系统固有的不对称电位、液体电位、环境温度等因素影响，清汁pH值测得的显示值与实际值有一定的偏差。

为了减少清汁pH值的检测误差，pH值有一个温度校正补偿［2］。pH值的温度补偿包含三部分，一是电极斜率的温度补偿；二是样液温度补偿；三是电极零点（包括测量电极和参比电极）的温度补偿。在实际操作中虽然溶液的温度项和电极零度温度项无法确定，但是引起的误差很小，可以忽略不计。而pH值上设置的温度补偿只是补偿电极的斜率项，是将电极在标定温度下得到的斜率按能世特公式换算到当前温度下的斜率，从而得到当前温度下准确的pH值，而pH值的温度补偿不是指测试时将样液的pH值补偿到25℃，而是指对电极的温度补偿。因为要测量样液的准确pH值，应确保样液测量时和标准pH值缓冲液在同一温度下校准，所以要进行温度补偿和斜率补偿［3］。

因此测量时的温度建议校准在25℃左右，就是把清汁测定时的温度校准到与校准酸度计时标准缓冲剂溶液的温度相一致，即化验室测量所得的pH值是样品清汁在校准该酸度计时所用标准缓冲剂同一温度下的pH值，并非该清汁在生产中的真实pH值。

2 温度对pH值的影响

由于同一溶液不同温度时pH值不同，通过实验分析其温度在20～100℃之间时，pH值与温度的关系一般是线性关系。

式中，pH为t温度下清汁的pH值；△pH/△t为平均温度常数，它表示温度每升高1℃所降低的平均pH值，该常数与清汁本身的特性有较大的关系，不同的地方不同的时段有一定的差别，一般亚硫酸法糖厂的△pH/△t值为0.005～0.009［2］。

在生产中，清汁pH值往往要高于中和pH值约0.1～0.3，这主要与石灰乳的质量和中和反应设备有很大关系。清汁pH值的高低对色值有较大的影响，pH值低时过滤出的清汁颜色浅，pH值高时清汁的颜色深。因此生产时，当操作工发现清汁色值高，就做出降低pH值的错误操作，影响后工序的指标控制。其实清汁pH值在生产中不是一成不变的，不管清汁色值如何变化，建设把清汁pH值调到7.0，温度调到20℃，才进行对比，减少误差。

通常情况下，清汁pH值控制为微碱性，对清汁质量能起到较好的保护作用，可提高煮炼收回。广西来宾东糖桂宝有限公司曾做过温度与pH值的关系比对实验，清汁的温度常数在0.010～0.016之间，即清汁的温度每降低1℃其pH值就升高0.010～0.016，如表2所示，其中检测时沉淀池清汁温度为100℃。表2的实验结果与表3所示的实际生产中清汁经蒸发后的粗糖浆的pH值相近，即按表2中△pH/△t计算的沉淀池的平均pH值=7.78-0.01309×（100-25）=6.80，与实测粗糖浆平均pH值6.86非常接近，其中不考虑清汁在蒸发系统的化学反应造成的pH值变化，清汁及粗糖浆pH值均为化验室将样品冷却到25℃左右时测得。

表2 温度对pH值影响的化验结果

表3 2021/2022年榨季某时段的清汁与粗糖浆pH值的比对

在实际生产过程中，经常会发现清汁蒸发浓缩成粗糖浆后的pH值降低较多，一般认为是清汁在蒸发过程中糖分转化和还原糖分解等造成pH值的降低，而很可能是进蒸发罐时清汁的实际pH值偏低。因此，各糖厂要根据自身实际情况制定合理指标；管理上要求岗位工每隔半小时自检清汁pH值并做好记录，绘制曲线图，以便分析指标偏离原因并及时纠正；化验室每隔两个小时采样分析清汁pH值一次，保证指标在受控范围内；出现较大偏离时，及时组织技术人员进行沉降查定，查找原因［4］。

3 糖厂清汁pH值指标的确定

在实际生产中，为保证工艺要求，清汁的pH值应该以化验室的测量结果为准，因为化验室是用仪器分析得到的pH值，可以避免或减少中和岗位人为比对分析的误差，更具代表性。

在生产过程中，为确保制糖工艺的正常，生产管理部门在榨季期间均给澄清中和岗位下达pH值控制指标，一般是7.0～7.2，这个指标对应的是生产流程中清汁的实际pH值，即沉淀池中的pH值；因此，生产管理部门应该根据清汁在流程中的温度，通过化验比对分析，找出不同的清汁在不同时段的平均温度常数，进行检测温度与实际温度的清汁pH值校正，得到实际的清汁pH值与化验室分析的pH值之间的偏差值；再根据流程中的实际清汁pH值，确定化验室或中和岗位的pH值后，下达符合岗位分析条件时的指标。

4 结束语

制糖生产指标间的关联性较大，清汁pH值一旦出现较大的偏差，其他相关联的指标也会发生相应浮动，不但影响了正常的生产，也很难保证产品质量。因此在制糖生产过程中，对不同工序的糖汁（如预灰汁、清汁、清糖浆等）下达pH值控制指标时，生产人员应根据其所处流程温度的不同，找出岗位化验的pH值以及流程中实际pH值的关系，再根据工艺需要的校正后pH值，确定合适的岗位pH值控制指标，为制糖过程指标的准确控制提供了指导。