糖廠泥汁離心脫水機理及應(yīng)用效果

黃健泉，黃麗莎，李錦生，李俊貴，曾啟明，王慧玲

（1.廣西南寧健力泉糖業(yè)科技有限公司，廣西 南寧 530031；2.廣西東糖投資有限公司，廣西 南寧 530022；3.橫縣東糖糖業(yè)有限公司石塘分公司，廣西 南寧 530399）

0 前言

沉降是溶液中固液分離方法，目前糖廠的沉降器是根據(jù)固體與液體間的密度差進行分離，也就是利用重力作為分離的推動力。由于重力是一個基本不變的量，固體與液體間的密度差也不會有太大變化，所以當(dāng)沉降過程進行至一定程度，顆粒間的距離變小，形成所謂的泥汁，其中的粒子相互碰撞、互相吸附團聚，使得沉降速度急劇下降，此時就應(yīng)將泥汁從沉降池中導(dǎo)出，使用適合的設(shè)備進行處理。

糖廠中和汁沉降以后分為兩部分，一部分是清澈透明的清汁約占70%～75%，這一部分清汁直接進入下一道工序。另一部分是泥汁，約占25%～30%，主要由蔗汁、泥沙、蔗糠以及澄清劑與蔗汁中的雜質(zhì)作用后生成的沉淀物。由于泥汁中尚有95%左右的糖汁，因此必須把這部分糖汁分離出來，以收回其中的糖分，使糖分損失降低到最低限度。

現(xiàn)在亞硫酸法糖廠普遍使用無濾布真空吸濾機處理泥汁，一是排出的濾泥水分比較高，達到70%左右，由于含水分太高，增大企業(yè)排出廠外的運輸處理難度，也不利于環(huán)境的清潔，造成環(huán)境污染；二是干濾泥的轉(zhuǎn)光度為6.5%（濕濾泥轉(zhuǎn)光度為2%）比較高，糖分損失比較大；三是用真空吸濾機處理泥汁時洗水量比較大，達到10%左右，不利于后工序（蒸發(fā)）物料處理，增大蒸發(fā)量，增大能源消耗。此外用無濾布真空吸濾機來分離泥汁，要用蔗渣作助濾劑，蔗渣在100℃受熱條件下帶入色素物會增加蔗汁的色值，吸濾機及其附帶的蔗渣旋風(fēng)分離器、水泵以及自身驅(qū)動設(shè)備也消耗一定的能量。

為減少糖分損失，采用離心方法對泥汁進行固液分離，利用離心力作為分離的推動力，通過高速旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的離心力可達到重力的3000倍以上，快速分離泥汁，分離時間在1分鐘之內(nèi)，嘗試取代現(xiàn)有的泥汁分離脫水的無濾布真空吸濾機，從理論上是可行的。

1 糖廠泥汁分離的機理

糖汁澄清沉降是一種固液分離方法，目前糖廠的沉降器是根據(jù)固體自然沉降分離方式，中和汁經(jīng)沉淀池沉降以后分為兩部分，一部分是清汁，另一部分是濃泥汁。

如何解決糖廠濾泥水分高的問題，許多企業(yè)進行過試驗，有采用壓濾機進行脫水、真空吸濾機處理或者熱壓干燥機等都存在一些缺點，主要是濾泥水分較高?，F(xiàn)在用得最多的是無濾布真空吸濾機，雖然減少了污染環(huán)境的洗濾布水，但濾泥水分還是較高，占70%左右。要真正解決問題，首先要了解泥汁的主要成分，糖廠的澄清需要添加石灰乳、磷酸、二氧化硫和絮凝劑等，糖液中澄清分離主要靠調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，使糖液中形成亞硫酸鈣、磷酸鈣等鈣鹽，通過控制適當(dāng)?shù)膒H值、溫度使糖液中的夾雜物非糖分與糖液形成重度差實現(xiàn)沉降分離，為了加速沉降速度，許多糖廠都添加絮凝劑推沉。由于泥汁含膠體物質(zhì)較多，有濾布吸濾機較難過濾，無濾布吸濾機也要添加一些甘蔗渣做為過濾介質(zhì)。亞硫酸法糖廠使用無濾布真空吸濾機處理的泥汁，排出的濾泥水分高，干濾泥的轉(zhuǎn)光度也較高，處理泥汁洗水量大，此外用蔗渣做過濾介質(zhì)會增加色素。因此，無濾布真空吸濾機過濾泥汁也不是最好的設(shè)備，所以現(xiàn)在有些糖廠在尋找更好的泥汁分離設(shè)備。

2 糖廠泥汁離心分離機理

本項目開發(fā)沉降式離心機用來分離泥汁，是一種高效的固液分離設(shè)備，利用離心力作為分離的推動力，通過高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力可達到重力的3000倍以上。沉降分離速度與推動力成正比，所以泥汁在沉降離心機內(nèi)是可以進一步進行沉降并分離的。本項目采用兩級沉降式離心機代替無濾布真空吸濾機對泥汁進行分離處理，具有分離速度快、減少蔗糖損失、減少濾泥量、減少洗水量、節(jié)約能量、占用空間少和易安裝的優(yōu)點，同時離心濾液因停留時間短，在1分鐘內(nèi)完成，且在全封閉環(huán)境條件下工作，致使微生物作用引起的純度降低減少，對糖分進一步回收有利。

2.1 工藝路線

糖廠泥汁離心分離機理工藝流程圖，見圖1。

圖1 糖廠泥汁離心分離機理工藝流程圖

2.2 沉降式離心機的結(jié)構(gòu)與工作原理

沉降式離心機結(jié)構(gòu)圖及工作原理見圖2，泥汁懸浮液經(jīng)進料管1從螺旋體出料口13進入轉(zhuǎn)鼓6，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，密度較大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓作相對運動的螺旋葉片5不斷地將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的固相顆粒刮下并推出排渣口12。分離后的濾汁經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開口14溢流出轉(zhuǎn)鼓。螺旋體與轉(zhuǎn)鼓之間的相對運動（即為差速轉(zhuǎn)）是通過差速器16來實現(xiàn)的，其大小由輔電機來控制，從而實現(xiàn)了離心機對物料的連續(xù)分離過程。

3 技術(shù)方案

圖2 沉降式離心機結(jié)構(gòu)圖

圖3 項目工作路線圖

3.1 研究路線

項目工作路線圖，見圖3。

3.2 研究目標(biāo)

采用新技術(shù)設(shè)備快速分離泥汁，把濾泥水分降低到50%以下，減少糖分損失，使濾泥能進一步充分利用。

項目對現(xiàn)有亞硫酸法糖廠沉淀的泥汁脫水采用打破傳統(tǒng)方法進行固液分離，經(jīng)過調(diào)研和前期試驗，選用沉降式離心機對亞硫酸法糖廠泥汁進行脫水試驗，用沉降式離心機代替?zhèn)鹘y(tǒng)真空吸濾機，快速分離出濾液和濾泥，并提出適合于生產(chǎn)的控制技術(shù)與方法，降低分離物的水分與轉(zhuǎn)光度，達到減少環(huán)境污染與蔗糖損失、促進糖廠分離物濾泥的方便運輸和進一步深度利用的目的。

3.3 技術(shù)方案

根據(jù)目前廣西東糖投資有限公司下屬的橫縣東糖有限公司石塘分公司的生產(chǎn)具體情況，選用日處理能力為4000噸甘蔗的生產(chǎn)線上試驗應(yīng)用。由于生產(chǎn)場地不足，在保證生產(chǎn)安全正常的情況下，拆掉原有的一臺無濾布真空吸濾機，空出場地安裝5臺臥式沉降式離心機，用于分離泥汁，沉降器出來的泥汁管道進行改裝，使其既可以在原有生產(chǎn)線生產(chǎn)，也可以采用沉降式離心機進行生產(chǎn)。

在新安裝的沉降式離心機，采用兩級脫水分離，新增加部分設(shè)備安裝場地，由于離心脫水機為高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備，采用自動控制系統(tǒng)對設(shè)備進行控制。沉降式離心機設(shè)備新增泥汁管道，接濾泥裝置，需要對車間進行局部改造，以適應(yīng)生產(chǎn)試驗的要求。

3.4 主要研究內(nèi)容

3.4.1 澄清分離

傳統(tǒng)的泥汁分離是采用沉降分離，利用糖汁中糖液與固形物的重度差進行沉降分離，這種方法在制糖行業(yè)已經(jīng)沿用了100多年，這種分離方法分離速度慢，而且溫度、pH值要配合得好才有好的效果，所以糖廠中和崗位顯得十分重要。我們研究沉降式離心分離技術(shù)用于泥汁的分離，具有重要的意義。

目前沉降式離心分離設(shè)備在石油化工、廢水處理等方面有應(yīng)用，該設(shè)備分離速度快，效果好，借鑒到糖廠的泥汁處理，需要進行一些改造，以適應(yīng)糖廠濾泥處理的使用。沉降式離心機主要是利用高速運轉(zhuǎn)離心力，采用差速反向旋轉(zhuǎn)固液分離的作用，把泥汁中的固形物與糖汁分離，達到快速固液分離的效果。

3.4.2 沉降分離特性

糖廠中和汁的固液分離，要在蔗汁中添加許多輔助材料，如石灰乳、二氧化硫、絮凝劑，使其在糖液中生成亞硫酸鈣，利用亞硫酸鈣的正離子與糖液中有機物質(zhì)的負離子起化學(xué)反應(yīng)，吸附糖液中的非糖分，把中和汁溫度加熱到100℃左右，pH值為7左右，在沉淀池中利用液體重度差進行沉降分離，沉降時間較長，一般1個多小時，對糖分造成轉(zhuǎn)化損失，而且糖汁的色值也增加，對產(chǎn)品質(zhì)量不利。利用沉降式離心分離設(shè)備進行分離，就要研究中和汁的性能特征，也要研究高速離心分離的設(shè)備結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速和分離因素，選取其在最佳速度時，達到最佳效果。

3.4.3 條件和參數(shù)

沉降式離心分離機為臥式差速離心機，轉(zhuǎn)速在1600～3500轉(zhuǎn)/分，分離因素為0.9，裝機容量為55kWh。選取2000轉(zhuǎn)/分和3000轉(zhuǎn)/分，進行試驗，最后選取2100轉(zhuǎn)/分的速度進行生產(chǎn)應(yīng)用，在泥汁的處理量方面，進行了處理能力的篩選試驗，在滿足生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，盡量取最好的效果，也就是濾泥水分要達到50%以下。

3.4.4 工藝和設(shè)備

為改變甘蔗糖廠泥汁分離處理的問題，我們研究采用沉降式離心分離機對泥汁進行固液分離，經(jīng)過生產(chǎn)試驗，取得了較大的進展，濾泥水分降到了50%，濾泥轉(zhuǎn)光度下降了50%，達到1.6%，基本達到了項目的預(yù)期效果。該項技術(shù)工藝設(shè)備主要是根據(jù)糖廠生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)計沉降式離心機的大小、轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)鼓的長度和角度，以得到更理想的效果。

針對亞硫酸法糖廠泥汁懸浮凝聚顆粒的特點，采用沉降式離心機代替無濾布真空吸濾機，物料在沉降式離心機中受到高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作用而很快分離，停留時間在1分鐘之內(nèi)，大大加快了物料的處理速度，不用蔗渣作助濾劑，減少蔗汁的色值，降低干濾泥轉(zhuǎn)光度，減少洗水量、降低濾泥水分含量、降低濾泥的運輸量、促進企業(yè)環(huán)境的清潔生產(chǎn)。有利于制糖生產(chǎn)的糖品質(zhì)量、收回、節(jié)能、環(huán)保和降耗的落實，給糖廠帶來穩(wěn)定持續(xù)的經(jīng)濟效益。這是一項制糖業(yè)創(chuàng)新項目，其經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益顯著，因而有很好的推廣應(yīng)用前景。

4 擬解決的問題

在確定正常生產(chǎn)條件的情況下，解決沉降式離心機對泥汁分離的適應(yīng)性，沉降式離心機最佳控制技術(shù)參數(shù)，泥汁達到高效快速分離的時間、效果，濾泥水分達到50%以下，解決亞硫酸法糖廠濾泥能深度利用的問題。通過項目的實施，確定了沉降式離心機對泥汁分離可行性，摸索出了沉降式離心機對泥汁分離控制參數(shù)，解決了沉降式離心機對泥汁分離后濾泥水分偏高問題，達到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。由于沉降式離心機對泥汁分離后的濾泥水分已經(jīng)達到了50%以下，原本打算增加的熱能壓縮干燥機就不需要了，減少了項目設(shè)備投資，受到了企業(yè)的歡迎。

4.1 沉降式離心機的裝機容量

前期我們在石塘糖廠做了一些沉降式離心機對泥汁分離的試驗，整套設(shè)備主要由兩臺離心機組成，1#離心機電機功率：55kW；2#離心機電機功率：22kW。設(shè)備處理能力：一臺離心機每小時處理泥汁量約15m3。

4.2 設(shè)備運行生產(chǎn)試驗

第一，設(shè)備入汁管道臨時改造，由于與無濾布真空吸濾機共用入料管，調(diào)試初期存在入料不穩(wěn)定的情況，通過降低處理量，按10～13m3/h的入料量控制，設(shè)備運行相對穩(wěn)定；1#機濾泥的稀釋水量按最小量1m3/h控制，以能保證泵送和洗出糖分的效果。

第二，1#離心機濾汁與無濾布吸濾機的濾汁感觀無差別，具有相同的濾出效果；2#離心機濾汁有較多懸浮物、混濁不清透，但錘度較低（2～3°Bx），該濾汁送入濾汁上浮器進行處理。

第三，2019/2020年榨季我們在生產(chǎn)上新安裝了5臺沉降式離心機，把石塘糖廠生產(chǎn)的泥汁全部由沉降式離心機進行處理，取代現(xiàn)有的無濾布真空吸濾機。

生產(chǎn)正常后，我們把原有的無濾布真空吸濾機停下來，用5臺沉降式離心機替代，一次轉(zhuǎn)換成功，沉降式離心機運行正常，經(jīng)過調(diào)試進泥汁量、轉(zhuǎn)速、加水量、出泥量等，濾泥水分控制在50%左右。2019/2020年榨季試驗查定數(shù)據(jù)，見表1和表2。

4.3 運行效果

針對亞硫酸法糖廠泥汁懸浮凝聚顆粒的特點，采用沉降式離心機代替無濾布真空吸濾機，從生產(chǎn)應(yīng)用效果看，取得了較好的效果。2019年12月26日廣西科技廳組織查定小組對項目進行現(xiàn)場查定，濾泥水分49.2%，濾泥轉(zhuǎn)光度1.85%，洗水量4.63%，達到了項目的技術(shù)指標(biāo)要求。

5 社會效益分析和存在問題

無濾布真空吸濾機處理泥汁由于濾泥水分高，難以進一步進行綜合利用，給環(huán)境造成一定的壓力；同時也因洗水量過大，造成濾液轉(zhuǎn)光度偏低，增大后工序的蒸發(fā)量。該應(yīng)用研究試驗成功后，將加快澄清的物料處理速度，減少糖分損失，提高收回，同時降低生產(chǎn)成本，沉降離心機的出現(xiàn)將給制糖澄清工藝帶來新的理念，解決濾泥含水量高對環(huán)境造成影響的問題，加快了物料的處理速度，減少糖汁在高溫條件下的化學(xué)變化和蔗糖分轉(zhuǎn)化損失。對制糖工業(yè)的科技進步、工藝革新將起到非常大的推動作用。因此本項目的應(yīng)用研究有著良好的推廣前景和較大的市場需求。

表1 無濾布真空吸濾機生產(chǎn)查定數(shù)據(jù)

表2 沉降式離心機生產(chǎn)查定數(shù)據(jù)

在運行過程中，經(jīng)離心分離機出來的濾液由于大部分的懸浮物已被除去，但還有小的懸浮物，原來打算用快速沉淀池處理濾汁，可固形物都上浮，不下沉，汁也不是很清，所以要進一步改造快速沉淀池把沉降改為上浮處理，提高濾汁的質(zhì)量。

在沉降式離心機設(shè)備的成本方面，需要進一步的改進，有降低投資成本的潛力，以便于在各制糖企業(yè)推廣應(yīng)用。

為解決廣西糖廠濾泥的含水分降低到50%以下，利于濾泥的深度利用，如果糖廠濾泥水分高，不能充分利用，對廣西的環(huán)境污染是相當(dāng)嚴(yán)重的。該項目既解決了糖廠濾泥的環(huán)保問題，為濾泥的充分利用打下了基礎(chǔ)，又能縮短生產(chǎn)流程，減少糖分損失，增加糖分回收，是一舉多得的好項目，為促進廣西蔗糖業(yè)的健康發(fā)展，項目意義重大，其社會效益和經(jīng)濟效益顯著。