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臥螺離心機在淀粉生產中的應用
作者:管理員    發布于:2018-05-30 09:09:27    文字:【】【】【
摘要:1 機型和參數 11 概述 臥螺離心機的全稱是臥式螺旋推料沉降離心機(The horizontal decanter cen trifuge) 。

它是常見的沉降式離心機, 結 構緊湊, 體積小, 自動連續作業, 處理量大, 廣泛應用于化工、 石油、食品、 制藥, 環保等領域, 能夠完成固相脫水, 液相澄 清, 液- 液、液- 固相間的分離, 按密度分級等分離過程。 臥螺離心機主要由轉鼓、螺旋推進器、差速器 3 部分組 成, 其他還包括機殼、機座、 驅動裝置等。臥螺離心機的分離 原理在多種學術資料和部分生產商的產品手冊上都有介紹。 筆者也曾撰文進行過比較詳細的說明[1] 。圖 1 示出兩相臥 螺離心機的原理圖。



圖 1 逆流式臥螺離心機原理簡圖 近 20 年來, 臥螺離心機的發展極為迅速, 形式規格眾 多, 根據不同的依據可以有多種分類, 圖 2 大致顯示了臥螺 離心機的分類。 淀粉生產中廣泛使用的是逆流型柱錐體重力排液兩相 臥螺離心機, 重力排液臥螺離心機也稱為傾析式臥螺離心 機。差速器以機械式居多, 近年來液壓馬達也有應用。雖然 從理論上并流型臥螺離心機可以提高分離效率, 但由于缺乏 足夠的實踐證據, 所以至今世界上 90% 的臥螺離心機仍然 是逆流型[ 2] ?;旌闲偷臋C型出現得更晚一些。三相臥螺離 心機的轉速更高, 制造工藝更為復雜, 可以將待分離混合物 根據各組分密度的不同一次性分離成符合工藝要求的 3 部 分。這是繼兩相臥螺離心機之后市場上出現的新型臥螺離心機。三相臥螺離心機進行淀粉和蛋白質的分離。雙錐體臥螺離 心機適用于物料難以沉降分離的場合, 淀粉生產上的應用比 較少見, 不過已經有將其用于淀粉廢水澄清的報


臥螺離心機可以適應粘度和濃度不斷變化的物料, 包括 含有固體顆粒甚至是比較堅硬的顆粒, 對顆粒的破壞也很 小。臥螺離心機可以處理的混合物其所含固體顆粒的粒徑 范圍也比較廣, 在1~ 10 103m 之間。物料的濃度在5% ~ 40% 之間都是可以的[ 3], 但是要視具體的物料而定。過于稀 薄而且難以沉降的物料應該考慮采用碟片離心機或其他方 法先進行濃縮。對于含有 5 m 以下不定形顆粒的漿液, 必 要時需要考慮添加合適的凝絮劑[ 2]。

  1.2 臥螺離心機的性能參數 臥螺離心機的性能參數主要有: 轉鼓直徑、 轉鼓轉速、分離因素、 差轉速、長徑比等。一般生產廠家會給出以上全部參數或者部分參數。有些廠家還會給出轉鼓和螺旋推進器 的形狀、 調速方式、產量等。同樣的機型, 要處理的物料不 同, 應用場合不同, 機器的產量也是不同的。 轉鼓直徑是衡量臥螺離心機生產能力的重要參數, 轉鼓 直徑越大, 產量越大。但限于制造的難度和經濟的原因, 直 徑不能做得過大。目前多數臥螺離心機的轉鼓直徑小于 520 mm。 轉鼓轉速、 分離因素、差轉速、 長徑比都是衡量臥螺離心 機的分離能力的重要參數, 而且是相互影響的, 在選型時應 該通盤考慮。轉鼓轉速越高, 分離能力越高, 但是限于機械 制造和運行經濟性的原因, 轉鼓直徑較大的臥螺離心機, 轉 速相對為低, 一般轉鼓直徑在 350 mm 以上的機型, 轉鼓轉速 都在4 000 r/min以下, 小于 350 mm 的機型, 轉鼓轉速可以做 得很高, 達到6 000~ 7 000 r/min甚至10 000 r/min, 不過產量 相對來說都比較小。 111 差轉速 轉鼓轉速和螺旋推進器轉速的差就是差轉速, 一般在 0 ~ 100 r/min之間, 對于 采用 液壓 馬達的 機型, 其數 值在 30 r/min以下。差轉速既反映臥螺離心機的分離能力, 也反 映其生產能力。用于脫水時, 差轉速是臥螺離心機的生產能 力的決定因素之一。新型高濃縮型臥螺離心機可以使最終 脫水物料的含水量低到 35% 左右。 112 長徑比 轉鼓長度(包括圓錐部分的長度) 和轉鼓直徑的比值, 沒 有單位。長徑比的數值在 2~ 5 之間, 其數值可以作為衡量 臥螺離心機分離能力的參考, 對于非柱錐型的臥螺離心機, 一般不給出長徑比數值。 113 分離因數 理想狀態下轉鼓內的粒子受到的最大離心力和重力的 比值, 是一個無單位的量。理想狀態是指轉鼓內的粒子是一 個質子, 只受到重力和離心力的作用。分離因數是衡量臥螺 離心機分離能力的主要參數, 產品說明書一般都會給出這個 參數, 柱錐型臥螺離心機的分離因數可以根據如下公式計 算[7] : Fc= RN2/900 式中, Fc為分離因數, 無單位; R 為轉鼓半徑, m, N 為轉 鼓轉速, r/min。 轉鼓直徑在 350 mm 以上的臥螺離心機的分離因數數值 一般都在4 000以下, 對于較小的機型, 其數值 則可以到 10 000左右。需要指出的是, 分離因數不是臥螺離心機分離 能力的唯一決定性參數, 而是理想條件下計算出的理論值, 所以分離因數相同的不同臥螺離心機在不同的實際應用中 會有很大差別。


2 臥螺離心機在淀粉生產中的應用

2.1 概述 使用臥螺離心機進行分離作業的前提條件是:

(1)  必須在液體中進行。 (2)待分離物料的各組分之間必須存在密度差, 密度的 差別越大, 分離越容易。 (3) 待分離固體物料的微粒在液體中能夠形成懸浮液, 越理想的懸浮液越容易分離。 淀粉不溶于冷水, 植物蛋白質多數不溶于冷水, 因此以 水為輔助介質使待分離物料形成懸浮液, 采用臥螺離心機可 以分離密度不同的淀粉和蛋白質或者分離不同密度的淀粉 組分( 固- 固分離), 也可以將不溶于水的淀粉、蛋白質等從 懸浮液中分離出來( 液- 固分離), 具體來說有 3個方面: 211 濃縮 淀粉生產中產生的廢水所含固體顆粒較小, 粘度大, 用 過濾的方法效率很低甚至難以奏效。對于濃度大于 5% 的 廢水可以直接使用臥螺離心機進行濃縮和脫水, 回收其中的 干物質。如果濃度過低, 可以和碟片離心機配合使用。先使 用碟片離心機進行預濃縮, 然后使用臥螺離心機進行濃縮脫 水。新型雙錐體臥螺離心機的分離因數可以達到7 000~ 10 000[ 2] , 已經和碟片離心機持平, 也可以替代碟片離心機完 成難以分離沉降的任務。 臥螺離心機具有較長的轉鼓, 能夠處理高濃度的物料, 可以連續操作, 重相固形物含量高( 19% ~ 23% [ 2 ] ) , 物料中 可以含有較大的顆粒(5 mm 乃至更大) , 相對于碟片離心機 只能適應低濃度物料、物料顆粒不能大于 1 mm( 否則噴嘴容 易堵塞) 、 重相固形物含量低(12% ~ 14% [ 2]) 、 每 2~ 3 d必須 沖洗 1 次的缺點, 優勢明顯。 212 脫水 機械方法脫水的效率要比采用蒸發( 熱、 冷凍等) 的方法 的效率高 5~ 10 倍。如果濃漿所含固體的顆粒細小, 粘度也 就比較大, 采用過濾脫水的方法不但效率低, 固體含水量也 比較高。麩質回收( 玉米淀粉, 俗稱黃漿) 和 B 淀粉脫水( 小 麥淀粉) 都可以采用臥螺離心機實現, 但固體含水量都在 60% 以上。 采用新型臥螺離心機對小麥 A 淀粉漿脫水, 可以使含 固量達到 54% [ 2] 。臥螺離心機可以連續作業, 不需要沖洗, 產量大。而真空過濾器雖然可以使含固量達到 60% , 但即 使是比較先進的間歇式沖洗機型也需要 2 h 沖洗 1 次, 而沖 洗會降低淀粉的得率, 真空過濾器的篩面也容易破損。

2.1.3 分離 在現代化的淀粉生產工藝中, 臥螺離心機作為高效可連 續作業的分離設備已經被廣泛采用了, 尤其是在小麥淀粉生 產工藝中, 包括最新的三相臥螺離心機和雙錐體臥螺離心機 都已經被采用

2.2 具體應用

2.2.1 在玉米淀粉生產中的應用(麩質回收) 麩質回收是從黃漿中回收麩質蛋白粉的過程。麩質水 俗稱黃漿, 是玉米淀粉精制過程中產生的廢水。固形物主要 有玉米蛋白質、碳水化合物、色素和油脂等。濃度一般在 1% ~ 2% 左右。離心分離法是進行麩質回收的常用而且高效的方法。采用碟片離心機和臥螺離心機的組合比采用碟 片離心機和真空過濾器的組合具有更高的效率, 因為臥螺離 心機在正常生產過程中可以連續生產而不需要沖洗。采用 最新技術的臥螺離心機, 干物質濃度和真空過濾器已經相差 無幾。具體的相關工藝圖如圖 3 所示。括號中的百分數是 固形物的質量分數(百分比濃度) 。


濃縮后的麩質水最好調整一下酸度和溫度, 濃麩質液的 pH= 4. 5~ 5. 5, 溫度為 45 左右時的沉降效果有明顯的峰 值[4] 。采用分離因數較大的機型有利于干物質( 重相) 濃度 的提高。

2.2.2 在薯類淀粉生產中的應用( 細胞液分離) 馬鈴薯、 甘薯、木薯具有十分相似的結構, 因此淀粉生產 的基本過程是一致的[ 4]。細胞液是水溶性蛋白質、氨基酸、 維生素等物質的混合物。干物質含量在 4. 5% ~ 7% 之間, 與 薯類淀粉一同存在于根莖細胞中, 薯塊粉碎時一同與淀粉釋 放出來。薯塊粉碎后先分離出細胞液可以降低后續工藝中 泡沫的產生, 降低水的消耗和廢水的產生, 提高淀粉的質量。 分離出的細胞液濃縮干燥后可以用作優質的飼料等。分離細胞液可以使用曲篩、錐形離心篩、臥螺離心機?,F代化的 生產工藝中臥螺離心機的應用比較廣泛。


圖 4所示為馬鈴薯生產工藝圖片斷, 是一個細胞液分離 和濃縮的工藝過程。細胞液的成分與原料的具體種類、生產 工藝有關, 但差別不大。加熱分離出來的細胞液是為了使其 中的蛋白質受熱凝固, 便于后續工藝進行分離。

2.2.3 在小麥淀粉生產中的應用

臥螺離心機在小麥淀粉生產中的廣泛應用比較晚, 但發 展迅速。國外先進的離心分離工藝采用臥螺離心機進行A 淀粉和面粉中的其他成分的分離、 A 淀粉和 B淀粉的分離、 B 淀 粉的脫水以及廢水的處理。比較先進的改良的馬丁法也開始 將臥螺離心機應用到淀粉的脫水工序中[ 2 ] 。三相臥螺離心 機、 雙錐體臥螺離心機在生產中的應用使生產線的規模、效 率、 連續化操作的程度、 產品的得率都有了新的進展。



圖 5 所示為小麥淀粉生產工藝圖片段, 圖中顯示了三相 臥螺離心機和雙錐體臥螺離心機在 B 淀粉回收、濃縮、脫水 工序的應用實例[ 2]。這種新穎的工藝提高了商品淀粉的得 率, 減少了新鮮水的消耗量和最終廢水的產生。圖 5 在原資 料的基礎上作了一些改動以便說明問題。圖中的雙錐體臥 螺離心機的分離因數最大可以達到 10 000[ 2]。但筆者認為 工藝指標的提高是各種新工藝、 新方法、新設備應用的綜合 結果。三相臥螺離心機固然簡化了工藝路線, 但投資成本的 提高在實際設計中也應該加以考慮。 圖 5 中從三相臥螺離心機排出的次重相懸浮液的濃度 如果不低于 5% , 可以考慮用一臺雙錐體臥螺離心機代替圖 4中的碟片離心機和兩相臥螺離心機。只要合理設計濕面 筋篩分工序, 該工序排出的 B 淀粉漿液的濃度不難大于 5% , 用分離因數達到 7 000~ 10 000 的雙錐體臥螺離心機應 該能夠滿足需要。三相臥螺法小麥淀粉生產工藝的新鮮水 消耗量可以降低到每 1 t 面粉 2~ 3 t[4] , 但在國內的應用尚需要實踐的檢驗。

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