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    高效能卧螺离心机在酒糟醪液分离中的应用
  3. 发布日期:2021-07-10      浏览次数:611
    • 摘 要 主要介绍了高效能卧螺离心机在酒糟醪液固液分离中的应用,对酒糟醪液分离生产干酒糟及其可溶物 (DDGS)的工艺流程、高效能卧螺离心机的工作原理和结构特性进行了详细叙述。通过与常规卧螺离心机 进行分离数据对比,说明高效能离心机无论在处理量、分离效果,还是在节省降耗、环保生产方面,都具有 不可替代的技术优势。

       

      关键词 酒糟醪液 高效能卧螺离心机 分离效果  申经理 136 6588 7027

       

      酒精生产的原料大多为玉米、小麦、高粱等淀粉 作物,废醪液中含有固体酒糟、可溶性蛋白质及多种 氨基酸,直接排放不仅浪费资源,而且严重污染环 境,影响酒精工业的可持续发展。对废醪液*的 处理方法是利用其生产干酒糟及其可溶物(DDGS), 即酒糟及可溶性蛋白饲料。该方法可较彻底地解决 环境污染问题,并给企业带来可观的经济效益。 随着国家环保力度的加强以及酒精生产厂家节 能减排要求的提升,常规卧螺离心机已不能满足新 生产工艺条件下酒糟醪液分离的要求,如进料固含 量提高、处理量提高、排放渣固相含量提高、分离液 含固率降低以及低能耗等。海申机电总厂(象山)顺 应市场需求,研发制造出 LW 系列高效能专用卧螺 离心机,满足用户的不同需求。该系列离心机可应用 于环保行业(如市政污水处理及污泥脱水、农业生产 废水处理、制药厂综合污水处理),食品行业(如蛋白 分离、果汁除渣、动植物油的净化)等。 1 酒精生产工艺及 DDGS生产工艺流程 以玉米、大米等为原料,经过机械粉碎、搅拌、蒸 煮、发酵、蒸馏等过程,最终得到酒精产品,具体流程 见图 1。酒精生产过程中产生大量废酒糟醪液,将废 醪液分离,部分滤液回用,部分蒸发浓缩至糖浆状, 再与分离后的湿酒糟混合、干燥,制成 DDGS。由图 1 可知,离心机是酒糟醪液分离生产 DDGS 工艺中的 重要设备之一。

      1 酒精及 DDGS 生产工艺流程

       

      2 高效能卧螺离心机的组成及工作原理

      2.1 高效能卧螺离心机组成 卧螺离心机主要由旋转部件和静止部件两部分 组成。旋转部件主要包括转鼓、螺旋、行星差速器、皮 带轮;静止部件主要包括机壳(机罩、机座),轴承部 件(左轴承、右轴承)和驱动部件(主电机、副电机)。 具体如图 2 所示。

      2.2 高效能卧螺离心机工作原理 如图 2 所示,在机壳(8)内有 2 个同心装在主轴 承(3 10)上的回转部件,外面是无孔转鼓(5),内 面是具有螺旋叶片的输送器(6)。主电动机(13)通过 三角皮带轮(11)带动转鼓旋转。转鼓通过左轴承处 的空心轴与行星差速器的外壳相连接,行星差速器 的输出轴带动螺旋输送器与转鼓作同向转动。悬浮

       

      液从右端的中心加料管(12)进到转鼓内,在离心力 的作用下,转鼓内形成了一个环形液池,重相固体粒 子离心沉降到转鼓内表面上形成沉渣。由于螺旋叶 片与转鼓作相对运动,沉渣被螺旋叶片推送到转鼓 小端的干燥区,从排渣孔(9)甩出。在转鼓的大端盖 上开设有若干溢流孔(4),澄清液便从此处流出,经 机壳的排液室排出。

      3 高效能卧螺离心机技术特性 高效能卧螺离心机结合了普通卧螺离心机的特 点,并在此基础上通过结构优化设计:提升了转速, 从而提高了分离效率和处理能力;增大了挤压能力, 提高了渣相的干度;增强了耐磨性、设备稳定性,延 长了离心机使用寿命。该型离心机具有运行安全可 靠、适应性强的优点,可以处理普通卧螺离心机难以 处理的物料,如颗粒细、密度差小、黏度大的物料。

      3.1 机械结构特性

      3.1.1 大长径比 离心机长径比是转鼓内有效分离长度与转鼓内 直径的比值。长径比越大,物料的有效分离沉降区域 越大,可大幅延长物料在转鼓内的停留时间,提高排 放液中固形物的去除率,降低排放固相中的液相含 量。常规卧螺离心机的长径比一般不大于 3.7,而高 效能卧螺离心机的长径比大于 4,大大提升了分离 效果。高效能卧螺离心机分离后的清液总固含量由 不小于 5%降到不大于 3%,易于后道工序的蒸发浓 缩,提高蒸发效率,提升浓缩工段的生产稳定性,极 大降低能耗。 大长径比增加了有效离心沉降面积,即增大了 处理量:与普通机型相比,实际处理量由不高于 15 m3 /h 提高至 20~25 m3 /h,而且分离性能更优。

      3.1.2 大锥角选型 常规离心机设计中,酒糟醪液分离行业均考虑配置小锥角(一般不大于 10°)结构。这种小锥角结 构的特点是推料扭矩较小,排料通畅;但是其分离液 环的液层较浅,分离效果的调节范围较小。在保证渣 相的干度相对较大时,清液的含固率就会大一些;而 要保证液相澄清度好,渣相含水率就会高一些。高效 能卧螺离心机采用大锥角机型(一般大于 10°,见图 3),特点是可调节液层深度较深,相同长径比的机型 物料澄清段更长,分离出的清液含固率更小,在出渣 的锥段还可以配置带有挤压功能的螺旋挡板,更好 地保证渣相的干度,从而达到更好的分离效果。

      3.1.3 高转速结构 根据斯托克沉降原理,悬浮液中物料颗粒的沉 降速率与转速的 2 次方成正比。提高工作转速,可以 快速提升分离效率,加快处理速度,从而达到增加处 理量,改善分离效果的目的。高效能离心机的设计转 速为 4 000 r/min,分离因数大于 3 500,远远大于常 规离心机(转速不大于 2 800 r/min)。其结构设计过 程中运用 SolidWorks 三维软件进行建模、结构强度 分析和模态分析计算,对离心机的转鼓、螺旋、机架 等主要部件进行结构优化,结合多年的离心机结构 设计经验,改变了原有研发设计模式,实现智能数字 化设计。现场酒糟醪液分离后,渣相的含水率由 68%~72%降低至 60%~65%。在 DDGS 生产湿糟干 燥工艺中,降低了能耗,并且提高了干燥后糟渣的品 相,从面提高了 DDGS 饲料的销售价格。

       

      3.1.4 高耐磨性能 进入离心机的酒糟溶液通常含有一定沙泥,含 量高低取决于玉米原料的沙泥含量或工艺中除沙设 备的有效性。这部分沙泥增加了对离心机螺旋出料口和转鼓出料口的磨损。高效能离心机的旋转部件 采用涡流式结构,以使物料快速进入转鼓,缩短物料 与液池的接触距离,减少进料对已形成的环形固相 料层的扰动。在与物料接触的关键部位,采用可更换 的高耐磨材料保护结构,增加关键部位的耐磨性,延 长螺旋体的使用寿命。在转鼓出料口及螺旋推力面 采用可更换硬质合金耐磨块,可提高使用寿命 3~5 倍以上,大大提高了机器的稳定性和可靠性;转鼓筒 体内壁采用防磨条结构,有效防止转鼓内壁磨损,并 利于渣相的推出。

       

       3.1.5 节能降耗 通过调整结构改变液体排出口的流向,使液体 流出方向与离心机旋转方向相反,利用液体离心力 的动能达到推动转鼓旋转的目的。该动能回收装置 (见图 4)可以在不降低处理能力的同时降低电机的 输入功率,实现节能并提升设备的处理能力上限。

       

      3.2 电气系统控制特性 高效能卧螺离心机电气控制系统采用当今工业 控制领域应用最为广泛的可编程逻辑控制器 (PLC),以界面友好的彩色液晶触摸屏为人机操作 界面;采用双电机双变频共直流母线的控制模式,可 通过变频器单独对主、副电机的转速进行精准调整, 以适应物料的变化;主电机和副电机的变频器采用 共直流母线的接线方式,通过主变频器实现对副变 频器供电而不再单独对副变频器供电,副变频器将 一部分电能反馈给主变频器,从而实现降低能耗 10%~20%的设计效果。

       

      4 分离效果对比 在某厂将高效能离心机与常规离心机在同一条 生产线上进行对比,其在处理量、固液相分离效果和能耗方面均有较大提升,具体数据见表 1

      普通机型的处理量明显低于高效能机型。普通 机型的处理量约 15 m3 /h,高效能机型的稳定处理量 为 24 m3 /h。 高效能机型的渣相含水率比普通机型低 5%以 上,液相含固量低约 2%。渣相较低的含液量,大幅 度降低了后续蒸发的热能损耗。液相低含固量有利 于提高蒸发效果,减少蒸发后的浓浆量,使 DDGS 产 品的颜色、气味表现得到较大提升;减少了回流到系 统中的固形悬浮物,从而减轻了系统压力。更为关键 的是,可以降低液体排放的处理难度,减轻环保压 力。综合来看,提高分离效果能够提升系统稳定运行 的可靠性,并带来可观的经济效益。 高效能机型单位处理量消耗的电流约为 3.35 A,而普通型单位处理量消耗的电流约为 4.69 A。按 每年 8 000 h 工作时长计,处理量平均约 20 m3 /h,则 年累计节约电能约 14.1 kW·h,是企业可观的效 益增长点。 现场高效能机型高转速运行下的振动、温度和 声音参数均表现优异,表明设备性能良好,也说明计 算分析结合结构设计经验的新设计模式能够满足高 速非稳态参数设备的设计要求。

       

      5 结语 高效能卧螺离心机,无论在处理量、分离效果方 面,还是在节能降耗方面,都具有普通卧螺离心机不 可替代的技术优势,满足了酒精生产企业在酒糟醪 液固液分离过程中对新工艺的需求,减轻了企业的 环保压力,实现了降本增效,值得业内推广。

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