助晶是结晶过程的继续，其基本原理与煮糖相同，所不同之处只是煮糖时的结晶是通过加热将水分不断蒸发，使母液浓缩以保持母液的过饱和系数；而助晶则是通过冷却不断移去糖膏中的热量，使母液的温度逐渐降低，在此过程中增大了母液的过饱和系数，蔗糖分子因溶解度降低而析出，沉积在原有晶体上，使晶粒进一步长大。所以助晶的目的是继续吸收糖膏母液中的糖分，提高糖分收回率。

助晶情况的好坏，不仅影响到助晶过程中糖分的收回，还直接关系到后续工序分蜜操作的进行，如助晶时糖膏的温度、浓度控制不当或出现伪晶，将给分蜜操作带来很多困难并造成糖分的损失。

并非各级糖膏都需助晶。当煮甲糖膏时，因原料纯度较高，糖膏黏度较低，对流循环好，结晶速度较快，晶粒在煮糖过程中能比较充分地吸收糖分，一般不经过助晶就可进行分蜜，这时甲糖膏助晶机只起贮存的作用。但是近代在国外为了减少煮糖段数，也有将甲糖膏进行助晶的。在煮制末段糖膏时，因纯度低，黏度大，结晶速度慢，为了提高结晶罐的利用率和减少废蜜中的糖分损失，当煮糖至一定程度后必须放至助晶机中，进行较长时间的助晶，使废蜜中的糖分损失降低到允许的范围之内。

按上所述，助晶机应具有下列一些特点：

（1）应有足够的冷却面积，以保证糖膏在一定的时间内冷至所需要的温度。

（2）根据分蜜操作的需要，助晶机应具有升温装置。

（3）冷却面的结构形状与安排应合理，使与糖膏能均匀地接触，均匀地冷却。

（4）助晶机内应装置搅拌器，以提高冷却速率和助晶速率，使晶粒与母液均匀地接触，晶粒长大均匀，并防止局部过浓而产生伪晶，同时，应配备手动装置，以免突然停电而产生晶粒沉积事故。

按生产的持续性，助晶机通常分为间歇式助晶机与连续式助晶机两大类。

（一）间歇式助晶机

在这类助晶机中，又有气冷式助晶机与水冷式助晶机两种。

（1）气冷式助晶机 TZL型气冷式助晶机是一个水平放置的纵截面为U形的卧式钢制贮槽如图10-27所示。在其水平长轴上装置着简单的螺旋带式搅拌器，搅拌器与下面半圆形贮槽相接近，以防晶粒沉积槽底。搅拌器是由传动轴通过蜗轮蜗杆减速机构带动，以每分钟约半转的速度进行搅拌。在这种助晶机的内部不装置冷却面，而是通过与糖膏接触的金属壳体表面，将热量传递给周围的较冷的空气中，以及通过暴露在空气中的糖膏表面进行冷却。因此这种助晶机的冷却速率低，冷却时间长，不适宜于低级糖膏的助晶，一般仅用来作为甲糖膏分蜜前的储存容器。也有糖厂用来作为乙糖膏的助晶。

图10-27 气冷式助晶机

助晶机的端部壁上开有长方形的卸料门，用齿轮齿条机构启闭。一般用手工操作，现在有的改用汽动控制，操作比较轻便。

（2）水冷式助晶机 为了提高低级糖膏的助晶速率，缩短助晶时间，提高设备的生产能力，低级糖膏均在水冷式助晶机中进行助晶。这种助晶机槽体内部装置冷却管，通入冷水或热水以控制助晶所需要的温度。根据冷却面所处的状态，又可分为固定水冷式与回转水冷式两种，前者因传热效率低，糖膏冷却不均匀等缺点已为后者所取代。

目前我国常用的是TSL型回转蛇管水冷式助晶机，如图10-28所示。冷却水管盘成蛇形管，固定在随轴转动的椭圆形环带上，一根轴上装有4～6只，左右对称，如此在搅拌轴转动时，糖膏不仅产生上下的翻动，还兼有前后的搅动，因此冷却比较均匀，冷却效率较高。转轴的一端有蜗轮蜗杆减速，正常情况下由电动机带动，转速在1r/min以下。为避免因电源偶尔中断而造成晶粒沉积凝固的事故，同时配备了手动装置，必要时由人工搅动。此外助晶机尚需设置一套冷热水箱及冷热水泵，供降温及升温时用。

图10-28 回转蛇管水冷式助晶机

1—手动装置 2—传动装置 3—箱体 4—搅拌装置 5—水管

这种结构的助晶机由于冷却面回转，传热效果好，降温速度可达3～4℃/h，助晶速度比较快，糖膏温度比较均匀，冷却管不易渗漏，维修更换也比较方便。由于糖膏在其中流动阻力比较小，更适合于三膏的助晶。

总的来说，间歇式助晶机中，糖膏与冷水不能进行有规律的冷却，如助晶开始时，糖膏与冷却水的温差比较大，糖膏的冷却速度与结晶速度不相协调，控制不当则易产生伪晶。此外还由于助晶时间长，需用较多数量的助晶机，因而近些年来，国内外已将助晶过程进行连续化。

（二）连续式助晶机

连续式助晶机可分为卧式和立式两种类型。

1.卧式连续助晶机

国内外在助晶连续化方面，采用了两种方式：一种是在单台连续助晶机中进行快冷助晶，另一种则是串联几台原有的间歇式助晶机进行连续助晶，后一种情况更适用于老厂的技术改造，现分别介绍于下。

（1）连续快冷式助晶机 使用得比较成熟的是回转盘形助晶机（图10-29），此种助晶机的壳体与前面所述的间歇式助晶机相似，所不同的是冷却元件为若干带缺口的冷却圆盘，盘的内部是中空的，其间用隔板隔成适当的通道，使冷却水在盘内成“之”字形流过（图10-30）。相邻两盘之间用短管相连，这些冷却盘装于轴上，使得冷却水从空心的搅拌轴流进后，依次序地流过各个冷却盘而从轴的另一端排出。

图10-29 回转盘形助晶机

图10-30 冷却圆盘

装置冷却盘时，应该使相邻两个冷却盘的缺口在方位上错开180°，也就是说若所有单数圆盘的缺口向上时，则所有双数圆盘的缺口都向下。目的是使任何部位的糖膏都能沿着搅拌轴的方向前进，避免糖膏在助晶槽内出现死角。

连续式圆盘助晶机可使糖膏与冷却水成逆流流动。在进口处，热糖膏与流出的温水间接传热。在出口处，温度较低的冷糖膏与刚进入的冷却水传热。因此温差的变化比较均匀（图10-31），可使蔗糖分的扩散速度与沉积速度比较相适应，这不但提高了结晶速率，且不易产生伪晶。此外还由于逆流传热提高了平均温度差，使冷却面积可以相应减少。

圆盘式助晶机结构比较紧凑，可容纳较大的加热面积，具有较高的传热系数，能在较短的时间内达到助晶要求，因而被称为快冷式连续助晶机。

为配合间歇式结晶罐工作，必须在连续助晶机之上装一贮槽以接受间歇卸出的糖膏，作连续供料之用。

图10-31 连续式圆盘助晶机的温度变化曲线

在甜菜糖厂也有采用这种型式的助晶机作为间歇助晶机之用的，但因糖膏流过时的阻力较大，耗用功率也较多。

（2）串联式连续助晶机 为了在现有设备的基础上提高助晶机的生产能力，简化助晶管理和适应连续离心机的需要，很多糖厂将原有的几台间歇式助晶机串联起来，实行助晶连续化。如图10-32所示，相邻两助晶机之间用短槽沟通，在助晶机中间位置的上半部装一隔板，使糖膏流至隔板下面时产生折流，最后通过短槽溢流至下一助晶机。冷却水则自相反方向通过冷却管与糖膏形成逆流流动。最后一台助晶机则通入热水，提高糖膏的温度以适应分蜜的需要。

图10-32 串联式连续助晶机

为配合间歇式结晶罐的操作，在连续助晶机上需放一糖膏输送槽，如果由于厂房高度所限难以装置时，根据某些糖厂的经验，可以用第一台助晶机作为暂存贮槽，利用气压输升器周期性地（2～2.5min）压送糖膏至助晶机。

将间歇式助晶机串联连续生产后，比较明显地提高了设备的生产能力。这是由于间歇式助晶机往往有两台不能发挥作用的原故。此外，连续助晶的降温较间歇式快，晶粒也较均匀，并简化了操作。

连续助晶机存在的问题是不能按不同糖膏质量分别进行管理，因此连续助晶要求间歇结晶罐煮出的糖膏质量比较稳定，晶粒整齐均匀。今后，如果连续助晶机能与连续结晶罐配套使用，当更为合理。

2.立式连续助晶机

立式连续助晶机是20世纪70年代开始发展起来的，经过30多年的不断改进，技术已十分成熟，在国外已普遍使用。其共同的特点是垂直的圆筒体，在机内自上而下每隔一定距离安装有冷却元件，中间装有垂直中空的搅拌轴，轴上介于换热元件之间安装有搅拌桨，以搅拌糖膏，使糖膏有径向的流动和混合，并有清洁换热元件表面的作用，糖膏自上而下，冷却水自下而上，糖膏与冷却水成逆流流动。逆流相对运动，传热效果良好，传热速率与结晶速率相适应，即使在较高的冷却温差下操作，也不致在助晶过程中形成细晶和糖垢等。同时竖立安装，占地面积少，又可安装在厂房之外，对扩建厂增加生产能力适应性强，现国内有不少糖厂引进使用，效果良好。

（1）BMA立式连续助晶机 该立式助晶机主要由机体、冷却圆盘、装置、传动装置和电动机组成，如图10-33所示。机体是一立式圆筒，直径为3.6～4.5m，容量100～185m³，高10～12m。在圆筒内按等距安装有多个冷却圆盘，将圆筒分为多层。每个冷却圆盘由上、下两块钢板及内部弧形导板焊接而成，圆盘均开一个30°～60°的弓形缺口，使糖膏能从一层流入另一层，各层冷却圆盘的缺口位置自上而下逆时针顺次改变90°，冷却圆盘的上、下两块钢板起到冷却作用，冷却水在它们之间沿弧形导板流动，与糖膏进行热交换。

图10-33 BMA立式连续助晶机结构图

1—外壳 2—加强壳 3—带有减速齿轮的传动装置 4—锥形底 5—支座 6—分装式管状轴 7—搅拌桨 8—上轴承 9—下轴承 10—冷却元件 11—糖膏进口 12—糖膏出口 13—冷却水进口 14—冷却水出口 15—三相电动机 16—转矩臂 17—加强架 18—冷却元件缺口

相邻两个冷却圆盘的水流向是相反的，如图10-34所示。助晶机内装有垂直空心轴带动的多组搅拌桨叶，每组分为上、下两组，分别贴近冷却圆盘上、下表面，间隙一般为10～15mm。搅拌叶一方面强化传热，另一方面促进糖膏流动。搅拌轴由安装在顶部的电机通过减速装置带动，转速为0.55r/min及0.8r/min。助晶机工作时，糖膏可以从顶部进入，底部排出；也可以从底部进入，顶部排出，冷却水则与糖膏逆流。这种助晶机既可几个串联使用，也可与间歇助晶机串联使用。该机的优点是可露天放置，占地少且容积大，设备造价低，但这种助晶机要求进入的糖膏量和提高温度很稳定。

图10-34 冷却元件的结构及水的流向图

BMA公司的立式连续助晶机已有系列标准规格，如表10-12所示。

表10-12 BMA立式连续助晶机系列规格

（2）TL-150立式助晶机 我国大型甜菜糖厂采用的立式助晶机有效容积为150m³，冷却面积为150m²，搅拌轴转速为0.4～0.5r/min，电机功率为22kW，设备总重近30t（图10-35）。

助晶机为一直立圆筒，直径4.5m，高10.5m；筒中心装一旋转轴，在轴上各冷却面之间装有搅拌器。各组冷却水管位于两排搅拌器之间，固定在筒壁上。相邻两组冷却水管在筒体外连接，冷却水自下而上流经各层（组），最后由上层冷却水管排出。糖膏自上盖进料口连续进入，逐渐冷却到规定温度，至筒底出料口连续排出。

搅拌轴由液压系统驱动。由电动机驱动齿轮油泵，产生油压，推动一对双行程液压油缸，再通过棘轮机构使搅拌轴做间歇式的转动。

机体上部装有一台卧式槽形稀释器（图10-36），其主轴转速为8～10r/min，电机功率为2.2kW。糖膏通过回转泵由槽下部引入该槽，经过四个点，注入水稀释到适当锤度后，从另一端溢流入助晶机。在溢流处按稠度计与稀释用水管连接成为水量的调控系统。此稀释器可保证按指标进行均匀稀释并可防止局部溶糖。

立式助晶机的优点：

①设备能力较大，单机容积可达150～300m³，运行可靠；

图10-35 立式连续助晶机结构

1—驱动电机 2—空心轴 3—搅拌器 4—冷却水管 5—糖膏出口 6—水泥基础 7—糖膏进口 8—水出口 9—水进口

②制造和安装简单，可直接安放在水泥基础上。加上保温外壳可安装在室外；

③设备成本费比较低；

④糖膏和冷却水流向比较理想，温度下降均匀，助晶效果比较好；

⑤从工艺上看，末段糖膏可有较高的放罐锤度。助晶系统实行自控后，各工艺指标稳定，有利于降低废蜜损失；

⑥减少管理人员，甚至可自控，防止操作者失误；

⑦占地面积较少。

立式助晶机的缺点：

①糖膏需要用泵上送，会造成晶粒磨损（特别是新泵开始投入运行时，磨损晶粒情况严重）；

②液压传动系统的齿轮泵噪音大，油压换向阀换向时冲击力大，发生很大声响。

（3）Dds立式连续助晶机 丹麦Dds设计的立式连续助晶机如图10-37所示。它是一个高度为12.9m、直径为3.9m、有效容积为100m³的圆筒形壳体，机内装有搅拌器和冷却元件等。在机内纵向分成两个冷却区域和中央、周边糖膏流动空间。冷却元件是相对成楔形垂直安装的直径为50m、长度10m的列管式冷却管，冷却面积为360m²，外部的夹套冷却面积为120m²，总冷却面积与有效容积之比为4.8m²/m³。在10m高处用管板把筒体分隔出上、下两个有限的糖膏空间。10m高的区域也有若干管板和支撑板，把冷却区域分成若干小区域，以保证控制糖膏从上到下按一定流向向下流动，以便提高传热效率。其流动方向如图10-37所示。

图10-36 稀释器

图10-37 Dds立式连续助晶机

助晶机的搅拌翼用两套液压传动装置来驱动，液压装置安装在设备顶部的机座上，搅拌轴上部装有径向推力滚动轴承，底座装有径向滚动轴承。搅拌器各桨叶置于冷却区间的糖膏中，以± 52.5°角做往复摆动，因此使管子外表面的糖膏不断变换位置，而有高的传热和混合效果。

助晶机内的最高和最低的空间各有分配冷却水的容器，设备有独立的冷却水循环系统，冷却水量大约为120m³/h。

Dds立式连续助晶机的优点：

①设备紧凑，占地面积小；

②容易安装；

③达到某一结晶程度所需的糖膏停留时间短；

④由于采用液压驱动，电动机不会过载；

⑤不需要用水稀释；

⑥搅拌效果好；(www.daowen.com)

⑦冷却面积和体积之比高；

⑧快速冷却而不会产生细晶；

⑨整个助晶系统容易扩展；

⑩可置于室外操作；

⑪自动化简单可靠。

Dds连续助晶机的技术说明如表10-13所示；几种不同型号立式助晶机的技术参数如表10-14所示。

表10-13 Dds连续助晶机参数

∗如果煮炼纯度很低的糖蜜，则应推荐用比较长的停留时间，当然连续助晶机的生产能力也就比较低了。

表10-14 几种立式助晶机的技术参数

（一）间歇式助晶机的计算

1.助晶机的数目

为了避免糖膏在助晶机内因发胀而溢出，一般取助晶机的有效容积为所配套使用的结晶罐的有效容积的1.15～1.2倍。在一砂糖膏不助晶的情况下，一膏助晶机只作储存用，助晶机的数目可取与一膏结晶罐数相等。而二膏、三膏的助晶机数目则与助晶及分蜜的时间有关，同时须考虑一台助晶机作为备用，则助晶机的数目为：

式中 m——助晶机数目，台

V——每日所得某级糖膏的容积，m³/d

V_c——每台助晶机的有效容积，m³（我国助晶机产品有5、10、20、30m³四种系列）

T——助晶与分蜜总共需要的时间，h

2.冷却面积

间歇式助晶机属于不稳定传热。每一截面上糖膏的温度与冷却水的温度都是随着时间而变化的，温度差始终是一个变量，因此进行精确的计算是有困难的。粗略计算的方法是分别求取糖膏与冷却水的平均温度，再求出温度差。一般糖膏与水的温差不应超过20～30℃。采用蛇管冷却时，对三膏的传热系数K可取为36kcal/（m²·h·℃）。而通过助晶槽周壁及糖膏与空气的接触表面所散失的热量大约为总传热量的25%。

也可以不进行计算而采用经验数据，我国取冷却面积对有效容积之比为：

式中 V_c——助晶机的有效容积，m³

A——助晶机的冷却面积，m²

国外根据糖膏的具体条件，而希望快速助晶，为缩短助晶时间（一般为12～20h，平均为16h），偏向采用较大的冷却面积，因此取：

3.功率计算

对于蛇管水冷式等具有简易搅拌装置的助晶机，当用于三膏助晶时，搅拌轴的转速约0.5r/min，建议采用经验公式（10-22）：

式中 W——功率，kW

V_最大——最大的糖膏贮量，m³

K——过载系数，一般取1.3～1.5

η_m——减速装置的机械效率取0.5～0.6

若为一砂、二砂糖膏助晶时，则功率消耗要略为低些。

（二）连续式助晶机的计算（以圆盘式助晶机为例进行计算）

1.助晶机容积

当由工艺计算已知每日处理各级糖膏的容量后，根据连续助晶所需的时间，即可算出助晶机的容量为：

式中 V_c——连续助晶机的有效容积，m³

V——每日助晶某级糖膏的容量，m³/d

T——糖膏连续助晶所需的时间，h

2.冷却水用量

在连续式助晶机中，糖膏与冷却水的进出口温度是比较稳定的，如某糖厂中糖膏及冷却水的进出口温度一般为：

糖膏进口温度　65℃

糖膏出口温度　38℃

水进口温度　35℃

水出口温度　50℃

通过热量平衡可计算出冷却水的用量为：

式中 W——冷却糖膏所需要的水量，kg/h

t₀——冷却水的出口温度，℃

t_i——冷却水的进口温度，℃

V_c——所需处理的糖膏容积，m³/h

γ——糖膏的重度，kg/m³

c——糖膏的比热容，c=1.84kJ/（kg·℃）

c_水——水的比热容，c=4.18kJ/（kg·℃）

T_i——糖膏的进口温度，℃

T₀——糖膏的出口温度，℃

α——系数，考虑到如将离心机出来的废蜜加入糖膏时也需将其冷却，因此而引进的系数，取1.15～1.2

其次，冷却水的用量为：

因糖膏约有25%的热量通过糖膏液面与金属壁散失于空气中，所以实际用水量比计算值为小。

一般，实践中大约每1m³糖膏需1.2m³冷却水，或每千克糖膏需0.75～0.80kg冷水进行冷却。

3.冷却面积

由下列传热基本方程式可以算出助晶机所需要的冷却面积：

Q=KAΔt_m

式中 Q——单位时间的传热量，kJ/h

K——传热系数，kJ/（m²·h·℃）

对各级糖膏为：

一砂糖膏 334.4kcal/（m²·h·℃）

二砂糖膏 313.5kcal/（m²·h·℃）

三砂糖膏 271.7kcal/（m²·h·℃）

A——冷却面积，m²

Δt_m——糖膏与冷却水之间的平均温度差，℃

因此可求得圆盘助晶机的冷却面积为：

4.冷却圆盘的面积及数目

对于缺口为45°的冷却圆盘，圆盘的外径一般比槽的内径小20～30mm，则圆盘的冷却面积可近似地用式（10-27）计算：

式中 A_圆盘—— 一个圆盘的冷却面积，m²

D——槽的直径，m

D′——圆盘的直径，m

当f已知后，便可方便地求得圆盘的数目：n=

式中 A——所需要的总冷却面积，m²

A_圆盘——每只圆盘的冷却面积，m²