朝前環(huán)保 臥螺離心機(jī)在淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用

它是常見(jiàn)的沉降式離心機(jī), 結(jié) 構(gòu)緊湊, 體積小, 自動(dòng)連續(xù)作業(yè), 處理量大, 廣泛應(yīng)用于化工、 石油、食品、 制藥, 環(huán)保等領(lǐng)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(jí)等分離過(guò)程。 臥螺離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋推進(jìn)器、差速器 3 部分組 成, 其他還包括機(jī)殼、機(jī)座、 驅(qū)動(dòng)裝置等。臥螺離心機(jī)的分離 原理在多種學(xué)術(shù)資料和部分生產(chǎn)商的產(chǎn)品手冊(cè)上都有介紹。 筆者也曾撰文進(jìn)行過(guò)比較詳細(xì)的說(shuō)明[1] 。圖 1 示出兩相臥 螺離心機(jī)的原理圖。

圖 1 逆流式臥螺離心機(jī)原理簡(jiǎn)圖 近 20 年來(lái), 臥螺離心機(jī)的發(fā)展極為迅速, 形式規(guī)格眾 多, 根據(jù)不同的依據(jù)可以有多種分類(lèi), 圖 2 大致顯示了臥螺 離心機(jī)的分類(lèi)。 淀粉生產(chǎn)中廣泛使用的是逆流型柱錐體重力排液兩相 臥螺離心機(jī), 重力排液臥螺離心機(jī)也稱(chēng)為傾析式臥螺離心 機(jī)。差速器以機(jī)械式居多, 近年來(lái)液壓馬達(dá)也有應(yīng)用。雖然 從理論上并流型臥螺離心機(jī)可以提高分離效率, 但由于缺乏 足夠的實(shí)踐證據(jù), 所以至今世界上 90% 的臥螺離心機(jī)仍然 是逆流型[ 2] ?；旌闲偷臋C(jī)型出現(xiàn)得更晚一些。三相臥螺離 心機(jī)的轉(zhuǎn)速更高, 制造工藝更為復(fù)雜, 可以將待分離混合物 根據(jù)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(jī)之后市場(chǎng)上出現(xiàn)的新型臥螺離心機(jī)。三相臥螺離心機(jī)進(jìn)行淀粉和蛋白質(zhì)的分離。雙錐體臥螺離 心機(jī)適用于物料難以沉降分離的場(chǎng)合, 淀粉生產(chǎn)上的應(yīng)用比 較少見(jiàn), 不過(guò)已經(jīng)有將其用于淀粉廢水澄清的報(bào)

臥螺離心機(jī)可以適應(yīng)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(jiān)硬的顆粒, 對(duì)顆粒的破壞也很 小。臥螺離心機(jī)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(guò)于稀 薄而且難以沉降的物料應(yīng)該考慮采用碟片離心機(jī)或其他方 法先進(jìn)行濃縮。對(duì)于含有 5 m 以下不定形顆粒的漿液, 必 要時(shí)需要考慮添加合適的凝絮劑[ 2]。

  1.2 臥螺離心機(jī)的性能參數(shù) 臥螺離心機(jī)的性能參數(shù)主要有: 轉(zhuǎn)鼓直徑、 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、分離因素、 差轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)徑比等。一般生產(chǎn)廠家會(huì)給出以上全部參數(shù)或者部分參數(shù)。有些廠家還會(huì)給出轉(zhuǎn)鼓和螺旋推進(jìn)器 的形狀、 調(diào)速方式、產(chǎn)量等。同樣的機(jī)型, 要處理的物料不 同, 應(yīng)用場(chǎng)合不同, 機(jī)器的產(chǎn)量也是不同的。 轉(zhuǎn)鼓直徑是衡量臥螺離心機(jī)生產(chǎn)能力的重要參數(shù), 轉(zhuǎn)鼓 直徑越大, 產(chǎn)量越大。但限于制造的難度和經(jīng)濟(jì)的原因, 直 徑不能做得過(guò)大。目前多數(shù)臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑小于 520 mm。 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、 分離因素、差轉(zhuǎn)速、 長(zhǎng)徑比都是衡量臥螺離心 機(jī)的分離能力的重要參數(shù), 而且是相互影響的, 在選型時(shí)應(yīng) 該通盤(pán)考慮。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高, 分離能力越高, 但是限于機(jī)械 制造和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的原因, 轉(zhuǎn)鼓直徑較大的臥螺離心機(jī), 轉(zhuǎn) 速相對(duì)為低, 一般轉(zhuǎn)鼓直徑在 350 mm 以上的機(jī)型, 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 都在4 000 r/min以下, 小于 350 mm 的機(jī)型, 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速可以做 得很高, 達(dá)到6 000~ 7 000 r/min甚至10 000 r/min, 不過(guò)產(chǎn)量 相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較小。 111 差轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和螺旋推進(jìn)器轉(zhuǎn)速的差就是差轉(zhuǎn)速, 一般在 0 ~ 100 r/min之間, 對(duì)于 采用 液壓 馬達(dá)的 機(jī)型, 其數(shù) 值在 30 r/min以下。差轉(zhuǎn)速既反映臥螺離心機(jī)的分離能力, 也反 映其生產(chǎn)能力。用于脫水時(shí), 差轉(zhuǎn)速是臥螺離心機(jī)的生產(chǎn)能 力的決定因素之一。新型高濃縮型臥螺離心機(jī)可以使最終 脫水物料的含水量低到 35% 左右。 112 長(zhǎng)徑比 轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度(包括圓錐部分的長(zhǎng)度) 和轉(zhuǎn)鼓直徑的比值, 沒(méi) 有單位。長(zhǎng)徑比的數(shù)值在 2~ 5 之間, 其數(shù)值可以作為衡量 臥螺離心機(jī)分離能力的參考, 對(duì)于非柱錐型的臥螺離心機(jī), 一般不給出長(zhǎng)徑比數(shù)值。 113 分離因數(shù) 理想狀態(tài)下轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的粒子受到的最大離心力和重力的 比值, 是一個(gè)無(wú)單位的量。理想狀態(tài)是指轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的粒子是一 個(gè)質(zhì)子, 只受到重力和離心力的作用。分離因數(shù)是衡量臥螺 離心機(jī)分離能力的主要參數(shù), 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)一般都會(huì)給出這個(gè) 參數(shù), 柱錐型臥螺離心機(jī)的分離因數(shù)可以根據(jù)如下公式計(jì) 算[7] : Fc= RN2/900 式中, Fc為分離因數(shù), 無(wú)單位; R 為轉(zhuǎn)鼓半徑, m, N 為轉(zhuǎn) 鼓轉(zhuǎn)速, r/min。 轉(zhuǎn)鼓直徑在 350 mm 以上的臥螺離心機(jī)的分離因數(shù)數(shù)值 一般都在4 000以下, 對(duì)于較小的機(jī)型, 其數(shù)值 則可以到 10 000左右。需要指出的是, 分離因數(shù)不是臥螺離心機(jī)分離 能力的唯一決定性參數(shù), 而是理想條件下計(jì)算出的理論值, 所以分離因數(shù)相同的不同臥螺離心機(jī)在不同的實(shí)際應(yīng)用中 會(huì)有很大差別。

2 臥螺離心機(jī)在淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 概述 使用臥螺離心機(jī)進(jìn)行分離作業(yè)的前提條件是:

(1)  必須在液體中進(jìn)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(zhì)多數(shù)不溶于冷水, 因此以 水為輔助介質(zhì)使待分離物料形成懸浮液, 采用臥螺離心機(jī)可 以分離密度不同的淀粉和蛋白質(zhì)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(zhì)等從 懸浮液中分離出來(lái)( 液- 固分離), 具體來(lái)說(shuō)有 3個(gè)方面: 211 濃縮 淀粉生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水所含固體顆粒較小, 粘度大, 用 過(guò)濾的方法效率很低甚至難以奏效。對(duì)于濃度大于 5% 的 廢水可以直接使用臥螺離心機(jī)進(jìn)行濃縮和脫水, 回收其中的 干物質(zhì)。如果濃度過(guò)低, 可以和碟片離心機(jī)配合使用。先使 用碟片離心機(jī)進(jìn)行預(yù)濃縮, 然后使用臥螺離心機(jī)進(jìn)行濃縮脫 水。新型雙錐體臥螺離心機(jī)的分離因數(shù)可以達(dá)到7 000~ 10 000[ 2] , 已經(jīng)和碟片離心機(jī)持平, 也可以替代碟片離心機(jī)完 成難以分離沉降的任務(wù)。 臥螺離心機(jī)具有較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)鼓, 能夠處理高濃度的物料, 可以連續(xù)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(duì)于碟片離心機(jī) 只能適應(yīng)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(diǎn), 優(yōu)勢(shì)明顯。 212 脫水 機(jī)械方法脫水的效率要比采用蒸發(fā)( 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(xì)小, 粘度也 就比較大, 采用過(guò)濾脫水的方法不但效率低, 固體含水量也 比較高。麩質(zhì)回收( 玉米淀粉, 俗稱(chēng)黃漿) 和 B 淀粉脫水( 小 麥淀粉) 都可以采用臥螺離心機(jī)實(shí)現(xiàn), 但固體含水量都在 60% 以上。 采用新型臥螺離心機(jī)對(duì)小麥 A 淀粉漿脫水, 可以使含 固量達(dá)到 54% [ 2] 。臥螺離心機(jī)可以連續(xù)作業(yè), 不需要沖洗, 產(chǎn)量大。而真空過(guò)濾器雖然可以使含固量達(dá)到 60% , 但即 使是比較先進(jìn)的間歇式?jīng)_洗機(jī)型也需要 2 h 沖洗 1 次, 而沖 洗會(huì)降低淀粉的得率, 真空過(guò)濾器的篩面也容易破損。

2.1.3 分離 在現(xiàn)代化的淀粉生產(chǎn)工藝中, 臥螺離心機(jī)作為高效可連 續(xù)作業(yè)的分離設(shè)備已經(jīng)被廣泛采用了, 尤其是在小麥淀粉生 產(chǎn)工藝中, 包括最新的三相臥螺離心機(jī)和雙錐體臥螺離心機(jī) 都已經(jīng)被采用

2.2 具體應(yīng)用

2.2.1 在玉米淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用(麩質(zhì)回收) 麩質(zhì)回收是從黃漿中回收麩質(zhì)蛋白粉的過(guò)程。麩質(zhì)水 俗稱(chēng)黃漿, 是玉米淀粉精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水。固形物主要 有玉米蛋白質(zhì)、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(jìn)行麩質(zhì)回收的常用而且高效的方法。采用碟片離心機(jī)和臥螺離心機(jī)的組合比采用碟 片離心機(jī)和真空過(guò)濾器的組合具有更高的效率, 因?yàn)榕P螺離 心機(jī)在正常生產(chǎn)過(guò)程中可以連續(xù)生產(chǎn)而不需要沖洗。采用 最新技術(shù)的臥螺離心機(jī), 干物質(zhì)濃度和真空過(guò)濾器已經(jīng)相差 無(wú)幾。具體的相關(guān)工藝圖如圖 3 所示。括號(hào)中的百分?jǐn)?shù)是 固形物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(百分比濃度) 。

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

2.2.2 在薯類(lèi)淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用( 細(xì)胞液分離) 馬鈴薯、 甘薯、木薯具有十分相似的結(jié)構(gòu), 因此淀粉生產(chǎn) 的基本過(guò)程是一致的[ 4]。細(xì)胞液是水溶性蛋白質(zhì)、氨基酸、 維生素等物質(zhì)的混合物。干物質(zhì)含量在 4. 5% ~ 7% 之間, 與 薯類(lèi)淀粉一同存在于根莖細(xì)胞中, 薯塊粉碎時(shí)一同與淀粉釋 放出來(lái)。薯塊粉碎后先分離出細(xì)胞液可以降低后續(xù)工藝中 泡沫的產(chǎn)生, 降低水的消耗和廢水的產(chǎn)生, 提高淀粉的質(zhì)量。 分離出的細(xì)胞液濃縮干燥后可以用作優(yōu)質(zhì)的飼料等。分離細(xì)胞液可以使用曲篩、錐形離心篩、臥螺離心機(jī)。現(xiàn)代化的 生產(chǎn)工藝中臥螺離心機(jī)的應(yīng)用比較廣泛。

圖 4所示為馬鈴薯生產(chǎn)工藝圖片斷, 是一個(gè)細(xì)胞液分離 和濃縮的工藝過(guò)程。細(xì)胞液的成分與原料的具體種類(lèi)、生產(chǎn) 工藝有關(guān), 但差別不大。加熱分離出來(lái)的細(xì)胞液是為了使其 中的蛋白質(zhì)受熱凝固, 便于后續(xù)工藝進(jìn)行分離。

2.2.3 在小麥淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用

臥螺離心機(jī)在小麥淀粉生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用比較晚, 但發(fā) 展迅速。國(guó)外先進(jìn)的離心分離工藝采用臥螺離心機(jī)進(jìn)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(jìn)的改良的馬丁法也開(kāi)始 將臥螺離心機(jī)應(yīng)用到淀粉的脫水工序中[ 2 ] 。三相臥螺離心 機(jī)、 雙錐體臥螺離心機(jī)在生產(chǎn)中的應(yīng)用使生產(chǎn)線的規(guī)模、效 率、 連續(xù)化操作的程度、 產(chǎn)品的得率都有了新的進(jìn)展。

圖 5 所示為小麥淀粉生產(chǎn)工藝圖片段, 圖中顯示了三相 臥螺離心機(jī)和雙錐體臥螺離心機(jī)在 B 淀粉回收、濃縮、脫水 工序的應(yīng)用實(shí)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(chǎn)生。圖 5 在原資 料的基礎(chǔ)上作了一些改動(dòng)以便說(shuō)明問(wèn)題。圖中的雙錐體臥 螺離心機(jī)的分離因數(shù)最大可以達(dá)到 10 000[ 2]。但筆者認(rèn)為 工藝指標(biāo)的提高是各種新工藝、 新方法、新設(shè)備應(yīng)用的綜合 結(jié)果。三相臥螺離心機(jī)固然簡(jiǎn)化了工藝路線, 但投資成本的 提高在實(shí)際設(shè)計(jì)中也應(yīng)該加以考慮。 圖 5 中從三相臥螺離心機(jī)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(tái)雙錐體臥螺離心機(jī)代替圖 4中的碟片離心機(jī)和兩相臥螺離心機(jī)。只要合理設(shè)計(jì)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(shù)達(dá)到 7 000~ 10 000 的雙錐體臥螺離心機(jī)應(yīng) 該能夠滿足需要。三相臥螺法小麥淀粉生產(chǎn)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(guó)內(nèi)的應(yīng)用尚需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。