利用蔗糠脫水機(jī)從糖廠濾泥中提取蔗糠的工藝方法

摘? 要：針對(duì)濾泥含水量高，不能直接入鍋爐燃燒的問(wèn)題，文章提出了采用蔗糠脫水機(jī)從濾泥中提取蔗糠的工藝方法。該工藝設(shè)備由溶解攪拌罐、蔗糠脫水機(jī)、蔗糠輸送帶、泥水泵組成，濾泥通過(guò)加水溶解、擠壓脫水，能從濾泥中提取含水量低于40%的蔗糠作為鍋爐燃料。日榨5000 t的甘蔗糖廠，一個(gè)榨季可從濾泥中提取含水量40%的蔗糠6250 t，節(jié)約燃料費(fèi)384萬(wàn)元。在甘蔗制糖企業(yè)中推廣采用蔗糠脫水機(jī)從濾泥中提取蔗糠的工藝方法能變廢為寶，既減少了濕濾泥對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染，還能節(jié)約燃料費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

關(guān)鍵詞：蔗糠脫水機(jī)；糖廠濾泥；脫水；蔗糠；鍋爐燃料

中圖分類(lèi)號(hào)：S566.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-820X（2023）01-0031-05

0 引言

甘蔗糖廠每年會(huì)產(chǎn)生大量濾泥。由于濾泥含水量高且不易通氣，很難自然干燥，非常容易被雜菌污染。濾泥堆放在廠內(nèi)與空氣接觸一段時(shí)間后，其中的糖分隨著細(xì)菌分解而發(fā)酵，形成惡臭。這樣不僅占用土地資源，還污染空氣，更污染地下水源，使濾泥成為“放沒(méi)地方放 ，用又沒(méi)法用”的廢物，不少糖廠每年為此付出不菲的濾泥運(yùn)輸費(fèi)和土地占用費(fèi)。濾泥中含有以蔗糠為主體的有機(jī)物質(zhì)，燃燒值與褐煤相當(dāng)。由于濾泥含水量大，難以采用常規(guī)脫水方式降低濾泥水分，因此不能常規(guī)脫水后送進(jìn)鍋爐焚燒。為此，本文提出了采用蔗糠脫水機(jī)從濾泥中提取蔗糠的工藝方法，該方法能從濾泥中提取含水量低于40%的蔗糠作為鍋爐燃料。在甘蔗制糖企業(yè)中推廣采用蔗糠脫水機(jī)從濾泥中提取蔗糠的工藝方法能變廢為寶，既減少了濕濾泥對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染，還能節(jié)約燃料費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

1 濾泥的來(lái)源與組成

1.1 濾泥的來(lái)源

在甘蔗制糖生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)澄清工藝處理，從甘蔗榨取汁中沉淀、過(guò)濾出的非糖分有機(jī)物和無(wú)機(jī)質(zhì)雜質(zhì)統(tǒng)稱為濾泥［1］。磷酸亞硫酸法澄清工藝是大多數(shù)甘蔗糖廠采用的澄清工藝，就是將磷酸、氫氧化鈣和二氧化硫同時(shí)加入蔗汁中進(jìn)行加熱、中和、沉降和過(guò)濾。獲得的清汁濁度低，清凈效率高，產(chǎn)生的濾泥呈中性，有機(jī)含量高，并且含有適量微量元素。混合汁經(jīng)過(guò)磷酸亞硫酸法澄清工藝處理，獲得進(jìn)一步煉制的清汁，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的濾泥。日榨5000 t的甘蔗糖廠，按加工1 t甘蔗產(chǎn)生 2.5％的濾泥量計(jì)算，一個(gè)榨季可產(chǎn)生約 1.5萬(wàn)t濕濾泥。

1.2 濾泥的組成

澄清工藝所產(chǎn)生的濾泥由水分和非水分物質(zhì)組成，具體成分因甘蔗品種、產(chǎn)地氣候、土壤性質(zhì)及糖廠澄清工藝不同而有所區(qū)別，亞硫酸法澄清工藝產(chǎn)生的濾泥組成成分如表1［2］所示。

1.2.1 濾泥中的非水分物質(zhì)

從磷酸亞硫酸法澄清工藝原理可知，濾泥中含有從甘蔗榨取汁中沉淀出來(lái)的有機(jī)物和灰分等非水分物質(zhì)，其中以蔗糠為主體的有機(jī)物占非水分物質(zhì)的57.3%。

1.2.2 濾泥中的水分

由于糖廠普遍使用真空吸濾機(jī)過(guò)濾泥汁，難以從濾餅中脫出大量水分，因此一般濾泥的含水量在 75%左右。按濾泥中水分存在形式劃分，一般可分為四類(lèi)：裂隙水，毛細(xì)結(jié)合水，吸附水和內(nèi)部水。濾泥中水分的存在形式如圖 1所示。

吸附水是指通過(guò)氫鍵結(jié)合與靜電作用粘附在濾泥顆粒表面的水分，約占濾泥水分的 7％，由于水分子排列整齊，分子間作用力更穩(wěn)定，很難去除；內(nèi)部水是指通過(guò)化學(xué)鍵與濾泥有機(jī)結(jié)合的水分，約占濾泥水分的 3％，可看作濾泥的一部分；毛細(xì)結(jié)合水是指在濾泥中的毛細(xì)管水分，約占濾泥水分的 20%，由于水分通過(guò)毛細(xì)壓強(qiáng)及表面張力與泥質(zhì)結(jié)合，難以去除；裂隙水是指濾泥顆粒包圍的水分，不與濾泥直接結(jié)合，占濾泥水分的 70%左右，比較容易去除。通過(guò)以上分析可知，只要打破濾泥顆粒的包圍，采用機(jī)械擠壓的方法，可以去除占濾泥水分 70%左右的裂隙水。

2 從濾泥中提取蔗糠的工藝方法

針對(duì)濾泥含水量高，不能直接入爐燃燒的問(wèn)題，本文提出了采用蔗糠脫水機(jī)從濾泥中提取蔗糠的工藝方法。其工藝原理是：用溶解水對(duì)濾泥進(jìn)行溶解和洗滌，解除濾泥顆粒對(duì)裂隙水的包圍，分解泥漿對(duì)蔗糠的包裹；然后采用蔗糠脫水機(jī)將泥水和蔗糠分離，蔗糠經(jīng)過(guò)擠壓脫水，蔗糠含水量控制在40%以下，送鍋爐燃燒；泥水送到生化池處理，或濃縮、發(fā)酵后制成液體肥。

采用蔗糠脫水機(jī)從濾泥中提取蔗糠的工藝設(shè)備由溶解攪拌罐1、蔗糠脫水機(jī)2、蔗糠輸送帶3、泥水泵4組成（圖2）。該工藝具體流程如下：來(lái)自生化處理后的清水作為溶解水，通過(guò)溶解水進(jìn)口管進(jìn)入溶解攪拌罐1內(nèi)，在攪拌器作用下，水流在罐內(nèi)翻滾、流動(dòng)；濾泥通過(guò)濾泥輸送機(jī)送到溶解攪拌罐1的濾泥進(jìn)口管進(jìn)入罐內(nèi)，與翻滾、流動(dòng)的溶解水直接混合，溶解水溶解了細(xì)小的泥成為泥水，包容了蔗糠，形成可流動(dòng)的泥漿；從溶解攪拌罐1中部出料管排出的含泥水蔗糠進(jìn)入蔗糠脫水機(jī)2，在蔗糠脫水機(jī)2的楔形槽篩表面留下蔗糠，蔗糠沿楔形槽篩表面向前移動(dòng)，泥水穿過(guò)楔形槽篩網(wǎng)進(jìn)入泥水收集器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了蔗糠與泥水的分離；水含量很高的蔗糠隨著螺旋軸的緩慢旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)、擠壓、脫水，使蔗糠含水量降到40%以下，從蔗糠脫水機(jī)出口落下；隨后含水量降到40%以下的蔗糠通過(guò)蔗糠輸送帶3送到鍋爐燃燒；蔗糠脫水機(jī)2的廢水收集器內(nèi)的廢水通過(guò)廢水泵4送入生化處理池。

3 蔗糠脫水機(jī)

3.1 蔗糠脫水機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蔗糠脫水機(jī)是基于擠出理論而研發(fā)的濾泥專(zhuān)用脫水機(jī)械，它由機(jī)架1、減速電機(jī)2、聯(lián)軸器3、軸承座4、填料密封函5、進(jìn)料管6、機(jī)殼7、過(guò)濾網(wǎng)8、泥水出口管9、螺旋推渣軸10、連接法蘭11、蔗糠移動(dòng)管12、出渣口13、壓力錐板14和彈力壓緊器15組成，其結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖3。

其中，機(jī)架1由槽鋼焊接而成，在機(jī)架1左端安裝減速電機(jī)2，減速電機(jī)2的機(jī)座與機(jī)架1采用螺栓連接；在機(jī)架1中部安裝機(jī)殼7，機(jī)殼7的支腳與機(jī)架1采用螺栓連接；在機(jī)殼7內(nèi)套入過(guò)濾網(wǎng)8，機(jī)殼7與過(guò)濾網(wǎng)8采用連接法蘭11連接；過(guò)濾網(wǎng)8采用楔形條組裝成圓筒形，有多個(gè)加強(qiáng)圈固定；螺旋推渣軸10的主體部分焊接螺旋葉片，螺旋推渣軸10安裝在過(guò)濾網(wǎng)8中心，兩端采用軸承座4支撐，螺旋推渣軸10與減速電機(jī)2的輸出軸采用聯(lián)軸器3連接；在機(jī)殼7左端的連接法蘭11上安裝進(jìn)料管6，采用螺栓連接；在進(jìn)料管6的左側(cè)板上安裝填料密封函5，填料密封函5的座體焊接在左側(cè)板的軸孔處；在機(jī)殼7中部的下方安裝泥水出口管9，采用焊接連接，泥水出口管9與泥水輸送管連接；在機(jī)殼7右端的連接法蘭11上安裝蔗糠移動(dòng)管12，采用螺栓連接；在蔗糠移動(dòng)管12的另一端安裝出渣口13，采用焊接連接；在出渣口13的蔗糠擠出口處安裝壓力錐板14，壓力錐板14套裝在螺旋推渣軸10上，可軸向移動(dòng)；出渣口13的側(cè)板上安裝彈力壓緊器15，彈力壓緊器15將壓力錐板14壓緊在出渣口13的蔗糠擠出口處。

蔗糠脫水機(jī)的功能和使用方法：根據(jù)對(duì)蔗糠含水量的要求，扭動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿157，壓縮彈簧153（圖5），調(diào)整壓力錐板14的壓力值，然后啟動(dòng)減速電機(jī)2，螺旋推渣軸10慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。從溶解攪拌罐1中部的出料管排出的含泥水蔗糠通過(guò)進(jìn)料管6進(jìn)入蔗糠脫水機(jī)2（圖2），在螺旋推渣軸10的帶動(dòng)下，含泥水蔗糠隨螺旋葉片向前移動(dòng)，并進(jìn)入擠壓脫水區(qū)，擠壓脫水區(qū)內(nèi)的螺旋葉片螺距逐級(jí)變小，螺旋軸軸徑逐漸變大，由于輸送空間隨螺旋葉片螺距逐級(jí)變小和軸徑逐漸變大而變小，故使濾餅體積被壓縮而擠出泥水；當(dāng)有泥水從左端軸側(cè)泄漏，可壓緊填料密封函5的壓蓋，防止泄漏；泥水穿過(guò)過(guò)濾網(wǎng)8，進(jìn)入外殼7，經(jīng)泥水出口管9排出，然后通過(guò)泥水泵4送入生化處理池處理；留在過(guò)濾網(wǎng)8上的蔗糠隨螺旋葉片繼續(xù)向前移動(dòng)，在螺旋軸的末端光軸處形成圓環(huán)形濾餅塞，在壓力錐板14的阻擋下，擠壓力增大，蔗糠脫水效果明顯增強(qiáng)，使蔗糠含水量降到40%以下，在螺旋葉片持續(xù)的推力作用下，圓環(huán)形濾餅塞頂開(kāi)壓力錐板14，經(jīng)脫水后的蔗糠從出渣口13排出，然后通過(guò)蔗糠輸送帶3送到鍋爐燃燒。

蔗糠脫水機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)：

脫水效率高：留在過(guò)濾網(wǎng)上的蔗糠隨螺旋葉片繼續(xù)向前移動(dòng)，在壓力錐板的阻擋下擠壓力增大，脫水后的蔗糠含水量降到40%以下。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：與軋輥壓榨脫水機(jī)組相比，由于采用楔形條組裝成圓筒形篩網(wǎng)和螺旋推渣技術(shù)，簡(jiǎn)化了蔗糠脫水機(jī)的結(jié)構(gòu)，該機(jī)器操作穩(wěn)定、造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用低。

3.2 蔗糠脫水機(jī)主要零件結(jié)構(gòu)分析

3.2.1 螺旋推渣軸結(jié)構(gòu)分析

螺旋推渣軸是體現(xiàn)蔗糠脫水機(jī)工藝性能的關(guān)鍵零部件，它由軸承位A、進(jìn)料區(qū)W、擠壓脫水區(qū)J、濾餅阻塞區(qū)S組成，其中：第一螺旋葉片構(gòu)成空間V1；最后螺旋葉片構(gòu)成空間Vn，詳見(jiàn)圖4。

在螺旋推渣軸的兩端設(shè)置軸承位A。螺旋初始端為進(jìn)料區(qū)W，螺旋外徑、螺旋軸徑、螺距保持不變，起到將含泥水蔗糠輸送到擠壓脫水區(qū)的作用。進(jìn)料區(qū)W一般為2個(gè)到3個(gè)螺距的長(zhǎng)度，進(jìn)料區(qū)的尺寸數(shù)據(jù)是計(jì)算蔗糠脫水機(jī)處理量的依據(jù)。在螺旋推渣軸的中部是擠壓脫水區(qū)J，螺旋外徑不變，螺距逐級(jí)變小，螺旋軸徑逐漸變大，螺旋葉片與螺旋軸構(gòu)成的空間逐級(jí)變??；含泥水蔗糠進(jìn)入擠壓脫水區(qū)，隨螺旋推渣軸的旋轉(zhuǎn)，在螺旋葉片的推動(dòng)下，在逐級(jí)變小的螺旋葉片構(gòu)成空間內(nèi)逐級(jí)向前移動(dòng)，此過(guò)程使含泥水蔗糠逐級(jí)受到擠壓而擠出水分，從第1個(gè)螺旋葉片構(gòu)成的空間V1到最后1個(gè)螺旋葉片構(gòu)成的空間Vn可計(jì)算出含泥水蔗糠被壓縮的壓縮比；選擇軸徑逐漸變大的圓錐軸是為了控制濾餅阻塞區(qū)S的濾餅厚度，保證濾餅濕度基本一致。在螺旋推渣軸擠壓脫水區(qū)的末端是一段光軸組成的濾餅阻塞區(qū)S，蔗糠在螺旋葉片的推動(dòng)和壓力錐板的阻攔下不斷充滿濾餅阻塞區(qū)S，在此處形成圓環(huán)形濾餅塞，使擠壓出的水分不能從出料口流出；在螺旋葉片軸向力的作用下，圓環(huán)形濾餅塞不斷向前移動(dòng)，頂開(kāi)壓力錐板后在壓力錐板的刮削刃作用下被粉碎排出。

3.2.2 過(guò)濾筒的結(jié)構(gòu)分析

過(guò)濾筒是用不銹鋼楔形條組裝成的圓筒形，由多個(gè)加強(qiáng)圈固定。不銹鋼楔形條組成的縫隙是梯形的，窄面組成過(guò)濾表面，間隙可在0.1～0.3 mm選擇，寬面是泥水流出面，不易堵塞，在螺旋葉片不停的旋轉(zhuǎn)下，過(guò)濾表面不斷更新，提高了過(guò)濾效率。

3.2.3 壓力錐板壓緊裝置的結(jié)構(gòu)分析

壓力錐板壓緊裝置的主要作用是調(diào)整圓環(huán)形濾餅塞出口處的壓力，圓環(huán)形濾餅塞必須克服壓力錐板壓緊裝置設(shè)定的彈簧力才能排出，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3和圖5。

壓力錐板14在3個(gè)彈力壓緊器15的作用下貼緊出渣口13，形成了圓環(huán)形濾餅塞出口處的壓力，彈力壓緊器15的球面壓緊壓力錐板14，但不影響壓力錐板14隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。以上所述彈力壓緊器15由球面柱151、導(dǎo)向套152、彈簧153、彈簧墊154、出渣口側(cè)板155、套端螺母156和調(diào)節(jié)螺桿157組成。其中，在出渣口側(cè)板155上安裝導(dǎo)向套152，采用焊接連接；將球面柱151、彈簧153和彈簧墊154依次裝入導(dǎo)向套152內(nèi)，在導(dǎo)向套152右端安裝套端螺母156，采用螺紋連接；在套端螺母156內(nèi)螺紋處安裝調(diào)節(jié)螺桿157，調(diào)節(jié)螺桿157頂緊彈簧墊154，壓縮彈簧153，使球面柱151的球面壓緊壓力錐板14。

4 從濾泥中提取蔗糠的效益分析

4.1 提取蔗糠的熱能

日榨5000 t的甘蔗糖廠按加工1 t甘蔗產(chǎn)生2.5％的濾泥量計(jì)算，一個(gè)榨季120 d可產(chǎn)生約15000 t水分含量為75％的濾泥，折算成水分含量為40％的蔗糠約6250 t，按水分含量為40％的蔗糠的低位發(fā)熱量為R1=9720 kJ/kg計(jì)算，提取蔗糠的熱能：

Q=R1W=9720×6250000=60750000000 kJ

4.2 一個(gè)榨季可節(jié)約的燃料費(fèi)

糖廠鍋爐的燃料主要是含水量為49％的蔗渣，根據(jù)蔗渣低位發(fā)熱量表［6］可知含水分為49％的蔗渣的低位發(fā)熱量R2=7901 kg，回收蔗糠燃料折合成含水量49％的蔗渣是：

Z=Q÷R2=60750000000÷7901=7688900 kg

=7688.9 t

按每噸蔗渣0.05萬(wàn)元計(jì)，則一個(gè)榨季可節(jié)約燃料費(fèi)：

F=7688.9×0.05=384萬(wàn)元

5 結(jié)論

采用蔗糠脫水機(jī)從濾泥中提取蔗糠的工藝方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）有效解除了甘蔗糖廠濕濾泥對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染，環(huán)境效益突出。

（2）日榨5000 t的甘蔗糖廠一個(gè)榨季可從濾泥中提取含水量40%的蔗糠6250 t，節(jié)約燃料費(fèi)384萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

（3）該工藝具有技術(shù)成熟、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低和操作穩(wěn)定等特點(diǎn)。

在甘蔗糖廠中推廣采用蔗糠脫水機(jī)從濾泥中提取蔗糠的工藝方法能變廢為寶，既減少濕濾泥對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染，還能節(jié)約燃料費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王威威. 原糖廠濾泥熱壓脫水及燃燒特性研究［D］. 南寧： 廣西大學(xué)，2014.

［2］ 石流沙，鈕德明. 消除亞法甘蔗糖廠濾泥污染的工藝研究［J］. 大眾科技，2017，19（3）：32-34.

［3］ 中華人民共和國(guó)輕工業(yè)部. QB/T1310-1991 甘蔗制糖工業(yè)企業(yè)綜合能耗標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法［S］. 1991.

收稿日期：2023-01-07

基金項(xiàng)目：2022年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目（2022KY1881）

第一作者：卓家創(chuàng)（1986-），男，講師，主要從事制糖工藝及設(shè)備研究工作，E-mail：1739859464@qq.com