卧螺离心机在淀粉生产中的应用_吴红奎

收稿日期:2002-

04-26

作者简介:吴红奎,男,工程师,一直从事小麦面粉和小麦淀粉的技术工作。

卧螺离心机在淀粉生产中的应用

吴红奎

(安阳恒泰小麦淀粉有限责任公司,455000)

摘 要:简述了卧螺离心机的分类及性能参数,提出了卧螺离心机进行分离作业的前提条件。重点阐述了卧螺离心机在玉米淀粉、薯类淀粉、小麦淀粉生产中的应用。关键词:卧螺离心机;淀粉;生产;应用

中图分类号:TS 233;TS 234 文献标识码:B 文章编号:1003-6202(2002)08-0044-031 机型和参数1 1 概述

卧螺离心机的全称是卧式螺旋推料沉降离心机(The horizontal decanter cen trifuge)。它是常见的沉降式离心机,结构紧凑,体积小,自动连续作业,处理量大,广泛应用于化工、石油、食品、制药,环保等领域,能够完成固相脱水,液相澄清,液-液、液-固相间的分离,按密度分级等分离过程。

卧螺离心机主要由转鼓、螺旋推进器、差速器3部分组成,其他还包括机壳、机座、驱动装置等。卧螺离心机的分离原理在多种学术资料和部分生产商的产品手册上都有介绍。笔者也曾撰文进行过比较详细的说明[1]

。图1示出两相卧

螺离心机的原理图。

图1 逆流式卧螺离心机原理简图

近20年来,卧螺离心机的发展极为迅速,形式规格众多,根据不同的依据可以有多种分类,图2大致显示了卧螺离心机的分类。

淀粉生产中广泛使用的是逆流型柱锥体重力排液两相卧螺离心机,重力排液卧螺离心机也称为倾析式卧螺离心机。差速器以机械式居多,近年来液压马达也有应用。虽然从理论上并流型卧螺离心机可以提高分离效率,但由于缺乏足够的实践证据,所以至今世界上90%的卧螺离心机仍然是逆流型[2]。混合型的机型出现得更晚一些。三相卧螺离心机的转速更高,制造工艺更为复杂,可以将待分离混合物根据各组分密度的不同一次性分离成符合工艺要求的3部分。这是继两相卧螺离心机之后市场上出现的新型卧螺离

心机。近年来国外先进的小麦淀粉生产工艺已经开始应用三相卧螺离心机进行淀粉和蛋白质的分离。双锥体卧螺离心机适用于物料难以沉降分离的场合,淀粉生产上的应用比较少见,不过已经有将其用于淀粉废水澄清的报道[2]。

卧螺离心机的分类

转鼓的结构形式

圆锥体柱锥体

双锥体圆柱体带有滤网的带有碟片的

离心机的分离特性两相卧螺离心机三相卧螺离心机轻相流的流场型式逆流型

并流型

混合型轻相流的排出方式

重力排液压力排液

差速器的结构形式机械式圆弧摆线针轮差速器

渐开线圆柱齿轮差速器

谐波齿轮传动差速器

液压式(液压马达)电磁式卧螺离心机的用途脱水

澄清(浓缩)

分级

图2 机的分类

卧螺离心机可以适应粘度和浓度不断变化的物料,包括含有固体颗粒甚至是比较坚硬的颗粒,对颗粒的破坏也很小。卧螺离心机可以处理的混合物其所含固体颗粒的粒径范围也比较广,在1~10 103 m 之间。物料的浓度在5%~40%之间都是可以的[3],但是要视具体的物料而定。过于稀薄而且难以沉降的物料应该考虑采用碟片离心机或其他方法先进行浓缩。对于含有5 m 以下不定形颗粒的浆液,必要时需要考虑添加合适的凝絮剂[2]

。

1 2 卧螺离心机的性能参数

卧螺离心机的性能参数主要有:转鼓直径、转鼓转速、分

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粮食与饲料工业/2002年第8期 CEREAL &FEED IN DUSTRY /2002,N o.8

离因素、差转速、长径比等。一般生产厂家会给出以上全部参数或者部分参数。有些厂家还会给出转鼓和螺旋推进器的形状、调速方式、产量等。同样的机型,要处理的物料不同,应用场合不同,机器的产量也是不同的。

转鼓直径是衡量卧螺离心机生产能力的重要参数,转鼓直径越大,产量越大。但限于制造的难度和经济的原因,直径不能做得过大。目前多数卧螺离心机的转鼓直径小于520mm。

转鼓转速、分离因素、差转速、长径比都是衡量卧螺离心机的分离能力的重要参数,而且是相互影响的,在选型时应该通盘考虑。转鼓转速越高,分离能力越高,但是限于机械制造和运行经济性的原因,转鼓直径较大的卧螺离心机,转速相对为低,一般转鼓直径在350mm以上的机型,转鼓转速都在4000r/min以下,小于350mm的机型,转鼓转速可以做得很高,达到6000~7000r/min甚至10000r/min,不过产量相对来说都比较小。

1 1 1 差转速

转鼓转速和螺旋推进器转速的差就是差转速,一般在0 ~100r/min之间,对于采用液压马达的机型,其数值在30r/min以下。差转速既反映卧螺离心机的分离能力,也反映其生产能力。用于脱水时,差转速是卧螺离心机的生产能力的决定因素之一。新型高浓缩型卧螺离心机可以使最终脱水物料的含水量低到35%左右。

1 1

2 长径比

转鼓长度(包括圆锥部分的长度)和转鼓直径的比值,没有单位。长径比的数值在2~5之间,其数值可以作为衡量卧螺离心机分离能力的参考,对于非柱锥型的卧螺离心机,一般不给出长径比数值。

1 1 3 分离因数

理想状态下转鼓内的粒子受到的最大离心力和重力的比值,是一个无单位的量。理想状态是指转鼓内的粒子是一个质子,只受到重力和离心力的作用。分离因数是衡量卧螺离心机分离能力的主要参数,产品说明书一般都会给出这个参数,柱锥型卧螺离心机的分离因数可以根据如下公式计算[7]:

F c=RN2/900

式中,F c为分离因数,无单位;R为转鼓半径,m,N为转鼓转速,r/mi n。

转鼓直径在350mm以上的卧螺离心机的分离因数数值一般都在4000以下,对于较小的机型,其数值则可以到10000左右。需要指出的是,分离因数不是卧螺离心机分离能力的唯一决定性参数,而是理想条件下计算出的理论值,所以分离因数相同的不同卧螺离心机在不同的实际应用中会有很大差别。

2 卧螺离心机在淀粉生产中的应用

2 1 概述

使用卧螺离心机进行分离作业的前提条件是:

(1)必须在液体中进行。

(2)待分离物料的各组分之间必须存在密度差,密度的差别越大,分离越容易。

(3)待分离固体物料的微粒在液体中能够形成悬浮液,越理想的悬浮液越容易分离。

淀粉不溶于冷水,植物蛋白质多数不溶于冷水,因此以水为辅助介质使待分离物料形成悬浮液,采用卧螺离心机可以分离密度不同的淀粉和蛋白质或者分离不同密度的淀粉组分(固-固分离),也可以将不溶于水的淀粉、蛋白质等从悬浮液中分离出来(液-固分离),具体来说有3个方面:

2 1 1 浓缩

淀粉生产中产生的废水所含固体颗粒较小,粘度大,用过滤的方法效率很低甚至难以奏效。对于浓度大于5%的废水可以直接使用卧螺离心机进行浓缩和脱水,回收其中的干物质。如果浓度过低,可以和碟片离心机配合使用。先使用碟片离心机进行预浓缩,然后使用卧螺离心机进行浓缩脱水。新型双锥体卧螺离心机的分离因数可以达到7000~ 10000[2],已经和碟片离心机持平,也可以替代碟片离心机完成难以分离沉降的任务。

卧螺离心机具有较长的转鼓,能够处理高浓度的物料,可以连续操作,重相固形物含量高(19%~23%[2]),物料中可以含有较大的颗粒(5m m乃至更大),相对于碟片离心机只能适应低浓度物料、物料颗粒不能大于1mm(否则喷嘴容易堵塞)、重相固形物含量低(12%~14%[2])、每2~3d必须冲洗1次的缺点,优势明显。

2 1 2 脱水

机械方法脱水的效率要比采用蒸发(热、冷冻等)的方法的效率高5~10倍。如果浓浆所含固体的颗粒细小,粘度也就比较大,采用过滤脱水的方法不但效率低,固体含水量也比较高。麸质回收(玉米淀粉,俗称黄浆)和B淀粉脱水(小麦淀粉)都可以采用卧螺离心机实现,但固体含水量都在60%以上。

采用新型卧螺离心机对小麦A淀粉浆脱水,可以使含固量达到54%[2]。卧螺离心机可以连续作业,不需要冲洗,产量大。而真空过滤器虽然可以使含固量达到60%,但即使是比较先进的间歇式冲洗机型也需要2h冲洗1次,而冲洗会降低淀粉的得率,真空过滤器的筛面也容易破损。

2 1

3 分离

在现代化的淀粉生产工艺中,卧螺离心机作为高效可连续作业的分离设备已经被广泛采用了,尤其是在小麦淀粉生产工艺中,包括最新的三相卧螺离心机和双锥体卧螺离心机都已经被采用[2]。

2 2 具体应用

2 2 1 在玉米淀粉生产中的应用(麸质回收)

麸质回收是从黄浆中回收麸质蛋白粉的过程。麸质水俗称黄浆,是玉米淀粉精制过程中产生的废水。固形物主要有玉米蛋白质、碳水化合物、色素和油脂等。浓度一般在1%~2%左右。离心分离法是进行麸质回收的常用而且高

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