板框廂式隔膜壓濾機(jī)
引言
過濾是制糖生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),它不僅關(guān)系到成品質(zhì)量,還涉及到加工過程中的糖分損失。對于不同的工藝方法,一般要選用不同的過濾設(shè)備。我國加工甜菜的糖廠、原糖精煉糖廠與少部分甘蔗糖廠,采用碳酸法工藝,主要過濾設(shè)備是全自動隔膜壓濾機(jī)與半自動壓濾機(jī)。絕大部分甘蔗糖廠是采用亞硫酸法工藝,過濾設(shè)備種類較多,主要是真空吸濾機(jī)、無布真空吸濾機(jī)與半自動壓濾機(jī)。全自動隔膜壓濾機(jī)是新近在亞法糖廠投運的過濾設(shè)備。
全自動隔膜壓濾機(jī)是現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家制糖業(yè)采用的主流過濾設(shè)備,在我國制糖業(yè)已有應(yīng)用,從根本上改變以前壓濾設(shè)備在制糖生產(chǎn)中應(yīng)用的被動局面,收到很好的效果。這種設(shè)備是采用帶擠壓隔膜的聚丙烯濾板,利用PLC與變頻技術(shù),實現(xiàn)對整個壓濾機(jī)與工藝過程的全自動控制。
半自動壓濾機(jī)是我國在上世紀(jì)80年代,學(xué)習(xí)當(dāng)時西歐技術(shù)設(shè)計開發(fā)的糖業(yè)過濾設(shè)備,采用鑄鐵濾板、液壓頂緊自動保壓、機(jī)械手自動拉板,此種壓濾機(jī)逐漸發(fā)展,現(xiàn)在已有過濾面積80～175m2幾種定型產(chǎn)品。
真空吸濾機(jī)是一種連續(xù)過濾設(shè)備,是在轉(zhuǎn)鼓上安裝濾布使其隨轉(zhuǎn)鼓一同轉(zhuǎn)動,同時將濾布引出,脫泥后進(jìn)行洗滌,在真空的作用下糖汁通過濾布并分離濾泥。
無布真空吸濾機(jī)是國外原糖加工普遍使用的過濾設(shè)備,它是采用吸濾的方法,過濾泥汁中摻入蔗渣,在真空的作用下,通過鋼網(wǎng)與蔗渣糠組成的過濾介質(zhì),截留懸浮液中固體顆粒,實現(xiàn)固液分離。
2全自動隔膜壓濾機(jī)應(yīng)用情況
此設(shè)備采用壓濾方式,利用先進(jìn)的控制技術(shù)與隔膜壓榨手段,提高整機(jī)的生產(chǎn)效率,縮短了過濾時間,提高濾餅含固率。通過對濾餅的壓榨優(yōu)化了洗水方案,降低了濾餅含糖與含水。由于加工原料與工藝方法的不同,要分別針對碳酸法與亞硫酸法工藝特點,設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)與控制方案。
2.1在碳酸法工藝中應(yīng)用
碳酸飽充法濾泥結(jié)構(gòu)好,主要成分碳酸鈣能形成大而密的晶狀結(jié)構(gòu),便于過濾與洗滌。全自動隔膜壓濾機(jī)正是根據(jù)這一特點,合理設(shè)計使生產(chǎn)過程達(dá)到高效化。對于碳法增稠泥漿過濾,在含固率為250～30g/l時,進(jìn)料可在2～3min內(nèi)完成,最大進(jìn)料量可達(dá)20m3/h。在原糖加工采用碳法過濾,就要控制過濾速度,保證生產(chǎn)均衡，通過隔膜壓榨可減少洗水量,均勻降低整個壓濾機(jī)濾餅含糖。總洗水量可穩(wěn)定控制在干濾泥量的1～l.3倍,其中少部分洗水隨濾清汁進(jìn)入蒸發(fā),大部分進(jìn)入制糖其它工段,因此引起的清汁錘度降很小,基本控制在0.1～0.3°Bx。在洗水降低濾泥糖分的前提下,可減少蒸發(fā)負(fù)擔(dān),降低能源消耗。
全自動隔膜壓濾機(jī)在碳酸法糖廠上是高效設(shè)備,在增稠過濾中表現(xiàn)的尤為突出,一個過濾周期可在2～25min內(nèi)完成,一次卸濾泥重量在340kg左右,每天可生產(chǎn)濾泥20噸左右,一臺設(shè)備運行可滿足日處理30噸甜菜糖廠生產(chǎn)要求。
2.2在亞硫酸法工藝中應(yīng)用
在亞硫酸法制糖中,過濾液是沉降池底排出的泥汁,其中萬膠方體數(shù)粒含量較高,濾泥層過濾阻力較大,所形成濾餅透氣與透水性能不如碳酸法濾泥。應(yīng)用全自動隔膜壓濾機(jī)的工作效率,雖然達(dá)不到碳法的水平,但也可充分發(fā)揮其高效的特點,在泥汁含固率為40～60g/l情況下,壓濾機(jī)進(jìn)料通過位壓與泵壓結(jié)合的方式,一次進(jìn)料可在50～5分鐘內(nèi)完成,一般進(jìn)料流量在60～20m3/h。根據(jù)云南瑞麗糖廠應(yīng)用情況,在一個進(jìn)料周期內(nèi),不同階段過濾速度與進(jìn)料量變化如圖2所示。對含固率相對高的泥汁,進(jìn)料時間要相對縮短,最終進(jìn)料流量相對低,濾餅的洗水與吹氣阻力要增加,降低濾泥含糖與含水所用時間要增加。
亞法過濾所形成的濾餅,含有膠體與磷酸化合物量較大,導(dǎo)致濾餅成型性能好,但透水性能差,時常造成含糖含水高。全自動隔膜壓濾機(jī)通過多種工藝手段,結(jié)合濾餅壓榨功能,可將絕大多數(shù)濾餅含糖控制在干濾泥轉(zhuǎn)光度4～9%左右,含水率在50～60%。
在這個工藝過程中,正確處理正洗水、中壓榨、角洗水與最后壓榨的關(guān)系很重要,要想真正洗脫濾泥中的糖分,提高設(shè)備效率,這是關(guān)鍵環(huán)節(jié),必須采用自動化控制。在亞法制糖上應(yīng)用全自動隔膜壓濾機(jī),可以有效降低濾泥含糖與含水,提高生產(chǎn)效率,濾餅結(jié)構(gòu)完整、脫落迅速、自動化控制水平高、減少了勞動強(qiáng)度,對環(huán)保沒有影響。
3比較與分析
3.1碳酸法糖廠過濾設(shè)備比較
碳酸法糖廠應(yīng)用壓濾機(jī)進(jìn)行過濾,比較典型的是在一碳增稠工藝中應(yīng)用,現(xiàn)在制糖應(yīng)用的壓濾機(jī)可分為全自動隔膜壓濾機(jī)與半自動壓濾機(jī)。
| 結(jié)構(gòu)與性能 | PGB-150型全自動隔膜壓濾機(jī) | BA150型半自動壓濾機(jī) |
| 過濾面積（m2） | 150 | 150 |
| 濾板材料與結(jié)構(gòu) | 純聚丙烯/角進(jìn)料隔膜濾板 | 鑄鐵/中心進(jìn)料 |
| 濾板損壞與積垢 | 少/不易積垢 | 較多/易積垢 |
| 自動化控制 | 整個過程全自動 | 自動保壓與拉板 |
| 結(jié)束進(jìn)料功能 | 自動檢測與控制流量/時間/最小流量 | 人工觀測時間/壓力 |
| 相同工藝過濾周期 | 短/20～25min | 長/60～120min |
| 其它功能 | 機(jī)上自動洗布/機(jī)上酸洗/進(jìn)料變頻控制 | 無 |
| 含糖（對泥） | ≤0.5% | ≥1.7% |
| 濾布損耗 | 少 | 較多 |
| 含水率 | 少/30～35% | 較高/≥40% |
| 洗水量 | 少/2.2～3m3 | 較多/4～6m3 |
| 洗水造成錘度降 | 小/0.2～0.3°Bx | 大 |
| 洗水時間 | 3～5min | ≥20min |
| 壓縮空氣消耗 | 少 | 多 |
| 過濾質(zhì)量 | 很好 | 好 |
| 勞動強(qiáng)度 | 低 | 高 |
| 30噸甜菜糖廠使用 | 1臺/增稠工藝 | 7～10臺/增稠工藝 |
3.1.2性能分析
隔膜濾板是壓濾機(jī)主要部件,采用純聚丙烯材料制造,具有重量輕、熱損失少、韌性好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕萬、垢的優(yōu)良特性。合理的隔膜設(shè)計與角進(jìn)料結(jié)構(gòu),使壓濾機(jī)有更加完善的功能。先進(jìn)的自動化控制,可以保證最優(yōu)化的工藝得以實施,PLC與變頻控制可保證在過濾初期清汁質(zhì)量,還能最大發(fā)揮壓濾設(shè)備變量進(jìn)料的效率。
通過隔膜壓榨可有效降低濾餅含水率、縮短進(jìn)料時間、增加洗水效果,在卸泥前已將濾餅壓榨成型,最大的降低了含水率,可順利完成卸泥過程。半自動壓濾機(jī)要順利卸泥,就要依靠增加進(jìn)料時間與壓力,使濾泥填滿濾腔并降低含水,只有在濾腔完全充滿后,吹氣與洗水才能起作用,但碳法濾餅易龜裂,使洗水與吹氣性能受到很大限制。半自動壓濾機(jī)在過濾的后期,耗時很大、過濾效率很低。應(yīng)用隔膜壓榨,提高效率剪除過濾低效時間,還可減少濾餅含水。
全自動隔膜壓濾機(jī)能達(dá)到洗水時間短、洗水量少還可使濾餅糖分降低,主要原因是在高效進(jìn)料段就結(jié)束了進(jìn)料過程。一般結(jié)束進(jìn)料時流量在10m3/h左右,這時濾餅結(jié)構(gòu)松散透水性能良好,兩層濾餅間有洗水通路,通過正洗水、中間壓榨與角洗水的合理搭配,達(dá)到高效洗滌濾餅的目的。在適量的正洗水后,通過隔膜進(jìn)行微壓榨過程,可在不完全壓實濾餅情況下,將濾餅空間收縮修補(bǔ)裂痕,使洗水均勻穿透整塊濾餅,洗水與吹氣不產(chǎn)生短路現(xiàn)象,提高洗水效率,節(jié)省壓縮空氣,達(dá)到了更好的效果。
全自動隔膜壓濾機(jī)可以保證過濾與洗水效率的另一關(guān)鍵問題,是具有機(jī)上洗布與酸洗功能。壓濾設(shè)備在過濾過程中,主要是依靠泥層作為過濾介質(zhì),但濾布的過濾阻力也是不可忽視的因素,特別是濾布應(yīng)用幾個周期后,過濾與洗水過程中,如不能及時清理濾布表面所積的泥垢,阻力要成倍增加。如果是在若干過濾周期中有幾次工藝狀況不好的情況,會全面影響其它架次的過濾與洗水。在一般工藝情況下40～50個過濾周期,要洗一次布,如果有飽充不正常現(xiàn)象,要在情況好轉(zhuǎn)后立即洗布,假如不及時清洗濾布,洗水流量下降非常明顯,由正常的正洗水流量70m3/h很快降到20m3/h左右,角洗水流量就更低了,基本上在10m3/h以下,同樣洗水量洗水時間被數(shù)倍延長。在15～20個洗布周期后,就要對壓濾機(jī)進(jìn)行酸洗,酸洗過程中可將濾板、濾布背面、管道與閥門、視鏡等進(jìn)行全面洗滌,達(dá)到徹底軟化濾布的目的。
半自動壓濾機(jī)無機(jī)上洗布功能,要在應(yīng)用一段時間后將濾布拆卸下來洗滌,人工與設(shè)備條件都將限制洗布周期不能很短,喪失了壓濾機(jī)適應(yīng)工藝條件變化的能力,使過濾與洗水效能受到嚴(yán)重制約。此方面的反應(yīng),在原糖加工中更為明顯。人工拆洗濾布勞動強(qiáng)度大、參與人員多、消耗時間長,為生產(chǎn)管理帶來很多困難。拆洗是濾布導(dǎo)致?lián)p耗與漏榨的重要
因素,洗滌萬后方會數(shù)造據(jù)成濾布縮水變型,新更換的濾布還有在機(jī)上使用定型的過程,易出現(xiàn)漏榨現(xiàn)象。
全自動隔膜壓濾機(jī)過濾質(zhì)量要好于半自動壓濾機(jī),雖然兩種設(shè)備在過濾原理上是相同的,但全自動隔膜壓濾機(jī)在進(jìn)料上采用變頻控制,其優(yōu)勢在于:一是可根據(jù)泥層增加逐步增加過濾壓力,充分發(fā)揮泥層過濾的優(yōu)勢;二是開始過濾時泥漿泵在變頻控制下,轉(zhuǎn)速低可保護(hù)泥漿中顆粒少受破壞,盡快建立起架橋效應(yīng),這些是在半自動壓濾機(jī)無法實現(xiàn)的。
3.2亞法糖廠過濾設(shè)備比較
3.2.1無布真空吸濾機(jī)性能分析
無布真空吸濾機(jī)在國內(nèi)有幾年的應(yīng)用歷史,保留了吸濾設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、連續(xù)過濾、操作方便的優(yōu)點,同時又解決了生產(chǎn)與環(huán)保的矛盾、降低了濾泥的轉(zhuǎn)光度,這是該設(shè)備被部分制糖企業(yè)認(rèn)同的根據(jù),但它也存在一些難以解決的問題,在生產(chǎn)中逐漸表現(xiàn)出來。
無布真空吸濾機(jī)過濾效果差,濾液回流導(dǎo)致已絮凝的沉淀物會復(fù)溶,為工藝處理增加負(fù)擔(dān),要獲得相同的澄清效果,必須提高硫熏強(qiáng)度,增加澄清費用,在工藝上是不可取的。在環(huán)保上無洗布水,減少排污費用,在經(jīng)濟(jì)上是可取的。可見無布真空吸濾機(jī),是解決現(xiàn)行真空吸濾機(jī)帶來的環(huán)保問題的暫時替代設(shè)備,但它還有很多無法解決的問題。
3.2.2半自動壓濾機(jī)亞法應(yīng)用分析
半自動壓濾機(jī)在亞法過濾中,以其過濾質(zhì)量好、可配合無布機(jī)在停產(chǎn)時清空沉降池、對環(huán)保沒有影響等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用。亞法糖廠應(yīng)用的大部分設(shè)備,在結(jié)構(gòu)與工藝上,沿襲了碳法應(yīng)用的設(shè)計,沒有及時結(jié)合亞法泥汁特點,進(jìn)行專項開發(fā),影響了壓濾機(jī)設(shè)備在亞法過濾中性能的發(fā)揮。
半自動壓濾機(jī)在過濾中能夠保證較好的質(zhì)量,主要是由于過濾介質(zhì)是濾布加濾泥層,濾泥層的空隙要比濾布小,隨厚度增加過濾阻力迅速增長,過濾質(zhì)量越來越好,過濾效率逐漸下降。亞法濾泥膠體團(tuán)粒比較多,在濾腔內(nèi)濾餅比較松軟,容易粘結(jié)在濾布表面,如果進(jìn)料不能充滿濾腔,濾餅不能降低水分成型,卸泥將十分困難。如果進(jìn)料充滿濾腔,濾餅阻力很大,通過洗水降低濾泥糖分困難要大于其它設(shè)備。
在現(xiàn)行亞法制糖應(yīng)用半自動壓濾機(jī),主要問題是勞動強(qiáng)度大、糖分損失高、卸泥困難、濾泥對濾布的粘結(jié)不能及時得到清洗、單機(jī)過濾效率偏低與濾布損耗較大等問題,這些問題都嚴(yán)重影響現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理,已很難適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要。
3.2.3全自動隔膜壓濾機(jī)亞法應(yīng)用性能分析
應(yīng)用在亞法制糖的全自動隔膜壓濾機(jī),在結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計上,充分研究了亞法過濾的特點,結(jié)合先進(jìn)控制設(shè)備,完善的機(jī)上洗布與酸洗功能,不僅解決了半自動壓濾機(jī)存在的主要問題,還使每臺全自動隔膜壓濾機(jī)成為一個過濾系統(tǒng),使過濾設(shè)備適應(yīng)工藝變化能力得到加強(qiáng),基本上保證每次過濾工藝效果十分接近。
通過實踐我們總結(jié)出在亞法過濾中,濾泥顆粒細(xì)膩,泥層阻力很大,洗水與壓榨時間較長,要提高過濾效率就要增加過濾面積,提高一個過濾周期內(nèi)處理干濾泥能力。現(xiàn)在國內(nèi)亞法糖廠應(yīng)用的壓濾機(jī),大部分過濾面積小于180m2,這適用于小型糖廠應(yīng)用,可以均衡間歇過濾設(shè)備工作特點,但對于30噸以上的糖廠,應(yīng)該應(yīng)用250m2以上的設(shè)備。一臺250m2全自動隔膜壓濾機(jī),生產(chǎn)能力可以達(dá)到35m2真空吸濾機(jī)水平。
4經(jīng)濟(jì)效益分析
全自動隔膜壓濾機(jī)在國內(nèi)糖業(yè)是新生設(shè)備,在南北糖廠都有應(yīng)用。4.1全自動隔膜壓濾機(jī)在碳法糖廠與半自動壓濾機(jī)比較
4.1.1降低濾泥糖分損失
碳法糖廠濾泥產(chǎn)量大,通過降低濾泥糖分,可創(chuàng)造很大經(jīng)濟(jì)效益。全自動隔膜壓濾機(jī)濾泥平均含糖在0.5%（對泥）以下,一般采用半自動壓濾機(jī)濾泥平均含糖在1.7%以上,按照30噸糖廠,加工50萬噸甜菜計算,可減少糖損:
半自動壓濾機(jī)糖分損失:190噸泥/天÷（50%/70%）X1.7%～4.5噸/天
全自動隔膜壓濾機(jī)糖損:190噸泥/天X0.5%～0.95噸/天
每天減少濾泥糖分損失:3.5噸/天
50萬噸甜菜可減少糖損:3.5噸/天X170天=595噸
折合人民幣大約在:595噸X280元/噸～167萬元
4.1.2減少濾泥量節(jié)約回填場地與運輸費用由于濾泥含水率降低,使濾泥輸送量減少。
4.1.3節(jié)約濾布損耗
半自動壓濾機(jī)加工50萬噸甜菜用國產(chǎn)濾布:5.6套/臺X10臺=56套。
全自動隔膜壓濾機(jī)50萬噸甜菜用進(jìn)口濾布:2套/臺X1臺=2套。
節(jié)約濾布費用折合人民幣:56套X80元-2套X100元～25萬元。
4.1.4可直接得到的經(jīng)濟(jì)效益為219萬元,還有多回收熱水、降低蒸發(fā)負(fù)荷、減少設(shè)備數(shù)量與維護(hù)費用等一些間接經(jīng)濟(jì)效益。
亞法糖廠濾泥產(chǎn)量相對少,但含糖高,通過降低濾泥糖分,也可創(chuàng)造很大經(jīng)濟(jì)效益。
全自動壓濾機(jī)干濾泥平均轉(zhuǎn)光度可控制在9%以下,一般采用半自動壓濾機(jī)平均干濾泥平均轉(zhuǎn)光度在16%,干濾泥與蔗比按照1.5%計算,50萬噸甘蔗可節(jié)約糖分損失折合人民幣大約為:500X1.5%X（16%-9%）X280=147萬元。4.2.2節(jié)約濾布與壓縮空氣消耗，配置洗布機(jī)后,可達(dá)到機(jī)上洗布,同時改進(jìn)濾布縫制方法,可大量節(jié)約濾布。如果按照不安裝洗布機(jī)來計算,可節(jié)省濾布損耗在6～7萬元以上。隔膜壓榨可減少壓縮空氣消耗,在此方面可節(jié)電2.6萬元。
結(jié)論
全自動隔膜壓濾機(jī)適用于不同的制糖工藝條件,可以大幅提高設(shè)備效率,降低糖分損失,沒有環(huán)保負(fù)擔(dān),可獲得最佳過濾質(zhì)量。
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