魚鱗膠原蛋白提取后殘?jiān)z液回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊莉莉 梁呂保

魚鱗膠原蛋白提取過程中剩余的魚鱗殘?jiān)粌H會(huì)使提取的回收率降低，增加制造成本，還會(huì)加重污水處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。因此，設(shè)計(jì)合理的魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)，不僅可以提高提取的回收率，降低制造成本，也可以避免大量高濃度的含蛋白廢水進(jìn)入污水系統(tǒng)中，從而有效減輕污水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

一、魚鱗殘?jiān)桃悍蛛x方法的對(duì)比分析

常用的固液分離方法包括自然沉降、過濾分離、離心分離等。

自然沉降的原理是基于固相與液相之間的密度差，固相受自身重力作用沉降，使懸浮液分為澄清液和濃漿，從而達(dá)到固液分離的目的。自然沉降法所使用的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，只需要設(shè)置瀝水池即可，具有設(shè)備投入成本低、運(yùn)行成本較低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)是靜置分離時(shí)間長(zhǎng)，因此導(dǎo)致效率低，物料在靜置等待過程中容易變質(zhì)。另外，還需要人工將濾渣鏟起來，勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大，敞開式的生產(chǎn)操作方式也不利于控制衛(wèi)生。因此，該方式不適用于魚鱗殘?jiān)z液的回收。

過濾分離是利用多孔性介質(zhì)（如濾布）截留固-液懸浮液中的固體粒子，使固、液相分離開的一種方法。根據(jù)操作方式的不同，過濾分離可分為連續(xù)式過濾分離和間歇式過濾分離。常見的連續(xù)式過濾分離設(shè)備有真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)、帶式真空過濾機(jī)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提膠后質(zhì)地變軟、體積變大的魚鱗極易附著在轉(zhuǎn)鼓上，魚鱗殘?jiān)纬傻臑V渣層無法用刮刀完全清除，導(dǎo)致真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)無法正常卸料，因此真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)不適用于回收魚鱗殘?jiān)z液；帶式真空過濾機(jī)體積比較大，需要比較大的操作空間，也不太適合本案例。常見的間歇式過濾分離設(shè)備如板框過濾機(jī)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低，但不能連續(xù)操作，自動(dòng)化水平較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，濾布拆洗及安裝所需時(shí)間長(zhǎng)，敞開式的生產(chǎn)操作方式也不利于控制衛(wèi)生。

離心分離是利用轉(zhuǎn)鼓高速轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力來實(shí)現(xiàn)懸浮液的固液分離，工業(yè)上常見的離心分離設(shè)備有三足離心機(jī)、臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“臥螺離心機(jī)”）等。三足離心機(jī)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修方便、過濾時(shí)間可隨意靈活調(diào)節(jié)、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，但需要人工上部卸料，間歇操作，工作強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，不適用于本案例。臥螺離心機(jī)主機(jī)由轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、差速系統(tǒng)、軸承座、機(jī)座、罩殼、主電機(jī)、副電機(jī)以及電器系統(tǒng)等構(gòu)成，其工作原理為：電機(jī)傳動(dòng)裝置分別帶動(dòng)外轉(zhuǎn)鼓和差速器進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，在差速器的作用下，螺旋輸送器產(chǎn)生一個(gè)略高于外轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定差轉(zhuǎn)速，以此實(shí)現(xiàn)物料在高速旋轉(zhuǎn)下的螺旋卸料功能；當(dāng)機(jī)器達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，即可將需要處理的懸浮液由高位槽或輸送泵送入離心機(jī)中，物料通過螺旋輸送器的加速斗加速進(jìn)入離心機(jī)的外轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在強(qiáng)大的離心力場(chǎng)的作用下，被分離出來的固相沉渣很快堆積在外轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，在螺旋輸送器葉片的推動(dòng)下，固相沉渣不斷推向外轉(zhuǎn)鼓小端錐段的干燥區(qū)內(nèi)；固相在離心力的擠壓下不斷脫水濃縮，最后被推出外轉(zhuǎn)鼓小端的排渣口，從固相收集罩殼中排出；被澄清的液相經(jīng)溢流擋板位置調(diào)整后，沿螺旋槽不斷流向外轉(zhuǎn)鼓大端，經(jīng)溢流孔從液相收集罩殼中排出。

臥螺離心機(jī)可以連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)能力強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，適用于工業(yè)的流水線作業(yè)。該設(shè)備采用變頻控制，可進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，以達(dá)到最佳的分離效果。而且整個(gè)分離過程都在密閉轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進(jìn)行，不易受到污染，故而適用于管道化生產(chǎn)。設(shè)備中與物料接觸的部分可采用耐腐蝕性316L不銹鋼材質(zhì)，并進(jìn)行鏡面拋光處理，使其符合《食品生產(chǎn)通用衛(wèi)生規(guī)范》的要求。因此，與敞開式的三足離心機(jī)、壓濾機(jī)相比，臥螺離心機(jī)更容易受到食品、制藥行業(yè)的青睞。

根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，投入3300kg/批水分為60%（w/w）的濕魚脫灰魚鱗，完成提取操作后罐內(nèi)魚鱗殘?jiān)钠骄w積為1.41m3（罐體液位計(jì)直接讀數(shù)），比重約為0.95t/m3，平均水分為90.05%（w/w），按照1：0.4的料液比向其中加入中溫水（55℃）并噴淋，合計(jì)待處理的魚鱗殘?jiān)鞈乙后w積約為2.1m3，pH在3左右，魚鱗殘?jiān)鞈乙旱臏囟葹?0℃，須在1h內(nèi)完成離心脫水。按照上述使用工況，臥螺離心機(jī)選型的主要參數(shù)詳見表2。

二、魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)的回收流程如圖1所示。其中，1為提取罐，2為緩沖池，3為清洗用水，4為離心泵1，5為清洗用水，6為脫水后魚鱗殘?jiān)隹冢?為臥螺離心機(jī)，8為脫水后魚鱗殘?jiān)厥昭b置，9為膠液出口，10為膠液回收桶，11為離心泵2，12為回收膠液出口。

1.向提取后的魚鱗殘?jiān)邪凑?：0.4的料液比加入中溫水（55℃）及噴淋，邊攪拌邊排入緩沖池，緩沖池內(nèi)設(shè)置有斜面沖孔板，對(duì)魚鱗殘?jiān)鼉?nèi)的雜物進(jìn)行過濾與分散，防止其損壞后端的離心設(shè)備。緩沖池內(nèi)設(shè)置液位計(jì)控制提取罐的出料閥，自動(dòng)送料到緩沖池。緩沖池上方安裝有沖洗的噴頭，沖孔板堵塞時(shí)，可以打開噴頭進(jìn)行清洗。緩沖池中設(shè)置有排污口，生產(chǎn)結(jié)束后可以清洗排污。

2.緩沖池出口與離心泵1相連接，離心泵1可以通過變頻調(diào)節(jié)送入離心機(jī)的流量。

3.混凝土澆筑臥螺離心機(jī)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)的高度要便于脫水后魚鱗殘?jiān)难b袋回收和液體回收。根據(jù)膠體回收罐內(nèi)液位計(jì)對(duì)離心泵2進(jìn)行控制，自動(dòng)將回收的膠液抽到后端的生產(chǎn)工序。

4.魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)的清洗。在提取罐中配制適量的清洗液，沿著魚鱗殘?jiān)z液的回收線路進(jìn)行清洗，再在提取罐內(nèi)加入溫水沖洗掉殘留清洗液。

三、魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)項(xiàng)目投入統(tǒng)計(jì)

魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)項(xiàng)目投入統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)的管道安裝及布線由動(dòng)力部完成，離心機(jī)的混凝土基礎(chǔ)根據(jù)臥螺離心機(jī)廠家所提供的圖紙，外發(fā)施工。系統(tǒng)整體完工后，由生產(chǎn)部門、動(dòng)力部門、臥螺離心機(jī)廠家進(jìn)行調(diào)試。

四、結(jié)果與分析

本研究以投入3300kg/批水分為60%（w/w）的濕魚脫灰魚鱗為例，完成提取操作后罐內(nèi)魚鱗殘?jiān)钠骄w積為1.41m3（罐體液位計(jì)直接讀數(shù)），比重約為0.95t/m3，平均水分為90.05%（w/w），按照1：0.4的料液比向其中加入中溫水（55℃），然后邊攪拌邊打開罐體的噴淋，將殘?jiān)鼪_入緩沖池中，經(jīng)由離心泵抽入臥螺離心機(jī)中。經(jīng)過臥螺離心機(jī)脫水后，魚鱗殘?jiān)钠骄譃?9.98%（w/w），脫水后魚鱗殘?jiān)钠骄亓繛?68kg，回收膠液量平均為1.42m3，回收膠液平均濃度為1.50%（w/w），理論上每批次魚鱗殘?jiān)z液可以回收膠原蛋白肽粉22.85kg（按水分7%（w/w））。

魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)的總功率為33.5kW，平均每批次回收加清洗的時(shí)間在1.5h左右。所以，每批次魚鱗殘?jiān)z液回收的電費(fèi)為：33.5kW×0.73元/kW·h×1.5h=36.68元（電費(fèi)平均按0.73元/kW·h計(jì)算）。

綜上所述，采用臥螺離心機(jī)對(duì)魚鱗殘?jiān)z液進(jìn)行回收，回收系統(tǒng)的自動(dòng)化水平高，現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度低，回收及清洗操作簡(jiǎn)單，容易標(biāo)準(zhǔn)化，且回收膠液全過程在密封的容器或管道內(nèi)進(jìn)行，不與外界環(huán)境接觸，不容易被污染，回收與清洗的效率高，比較適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

殘?jiān)z液回收系統(tǒng)的改造投入為35萬元左右，每年按生產(chǎn)330天、2批/天計(jì)算，每年可以回收的產(chǎn)量為：330天×2批/天×22.85kg/批=15081kg。由此可知，每年可以增加的產(chǎn)量達(dá)15.08噸，增加產(chǎn)值超過數(shù)十萬元人民幣。因此，魚鱗殘?jiān)z液回收系統(tǒng)在技術(shù)上具有可行性，在經(jīng)濟(jì)上也有較好的投資回報(bào)率。

作者簡(jiǎn)介：楊莉莉（1985-），女，湖北大冶人，工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)轸~膠原蛋白肽、魚明膠生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用。

梁呂保（1982-），男，廣東茂名人，助理工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)轸~膠原蛋白肽、魚明膠生產(chǎn)工藝。