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臥螺離心機在澱粉生產中的應用
作者 :管理員    發布於 :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, 廣泛應用於化工 、 石油 、食品 、 製藥, 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 。 澱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 從理論上並流型臥螺離心機可以提高分離效率, 但由於缺乏 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]  。混合型的機型出現得更晚一些 。三相臥螺離 心機的轉速更高, 製造工藝更為複雜, 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後市場上出現的新型臥螺離心機 。三相臥螺離心機進行澱粉和蛋白質的分離 。雙錐體臥螺離 心機適用於物料難以沉降分離的場合, 澱粉生產上的應用比 較少見, 不過已經有將其用於澱粉廢水澄清的報


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 範圍也比較廣, 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 。過於稀 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 。對於含有 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 。但限於製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於 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, 但是限於機械 製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, 小於 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, 對於 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 。用於脫水時, 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, 對於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, 隻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, 對於較小的機型, 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 臥螺離心機在澱粉生產中的應用

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 。 澱粉不溶於冷水, 植物蛋白質多數不溶於冷水, 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 以分離密度不同的澱粉和蛋白質或者分離不同密度的澱粉 組分( 固- 固分離), 也可以將不溶於水的澱粉 、蛋白質等從 懸浮液中分離出來( 液- 固分離), 具體來說有 3個方麵: 211 濃縮 澱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 。對於濃度大於 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 幹物質 。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, 然後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) , 相對於碟片離心機 隻能適應低濃度物料 、物料顆粒不能大於 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 衝洗 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( 玉米澱粉, 俗稱黃漿) 和 B 澱粉脫水( 小 麥澱粉) 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 澱粉漿脫水, 可以使含 固量達到 54% [ 2]  。臥螺離心機可以連續作業, 不需要衝洗, 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衝洗機型也需要 2 h 衝洗 1 次, 而衝 洗會降低澱粉的得率, 真空過濾器的篩麵也容易破損 。

2.1.3 分離 在現代化的澱粉生產工藝中, 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, 尤其是在小麥澱粉生 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 在玉米澱粉生產中的應用(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, 是玉米澱粉精製過程中產生的廢水 。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衝洗 。采用 最新技術的臥螺離心機, 幹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)  。


濃縮後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於幹物質( 重相) 濃度 的提高。

2.2.2 在薯類澱粉生產中的應用( 細胞液分離) 馬鈴薯 、 甘薯 、木薯具有十分相似的結構, 因此澱粉生產 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 。幹物質含量在 4. 5% ~ 7% 之間, 與 薯類澱粉一同存在於根莖細胞中, 薯塊粉碎時一同與澱粉釋 放出來。薯塊粉碎後先分離出細胞液可以降低後續工藝中 泡沫的產生, 降低水的消耗和廢水的產生, 提高澱粉的質量 。 分離出的細胞液濃縮幹燥後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 。現代化的 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, 便於後續工藝進行分離 。

2.2.3 在小麥澱粉生產中的應用

臥螺離心機在小麥澱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 澱粉和麵粉中的其他成分的分離 、 A 澱粉和 B澱粉的分離 、 B 澱 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澱粉的脫水工序中[ 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 所示為小麥澱粉生產工藝圖片段, 圖中顯示了三相 臥螺離心機和雙錐體臥螺離心機在 B 澱粉回收 、濃縮 、脫水 工序的應用實例[ 2] 。這種新穎的工藝提高了商品澱粉的得 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 如果不低於 5% , 可以考慮用一台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 。隻要合理設計濕麵 筋篩分工序, 該工序排出的 B 澱粉漿液的濃度不難大於 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 。三相臥螺法小麥澱粉生產工藝的新鮮水 消耗量可以降低到每 1 t 麵粉 2~ 3 t[4] , 但在國內的應用尚需要實踐的檢驗 。


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