崔光水　李貴伶　蘇學勤　胡宗智　王蒙　張偉

摘 要：本文介紹了根據(jù)葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液特點，選擇適合其固液分離的連續(xù)式離心機，研制出連續(xù)進出料，用水和酒精兩種洗滌劑同時洗滌且兩種洗滌液分開，具有防爆功能的新型臥式螺旋離心機。其結(jié)構(gòu)特點是：機體內(nèi)設(shè)置水洗區(qū)和酒洗區(qū)；在螺旋體外緣增設(shè)導(dǎo)流槽，液體流通道內(nèi)設(shè)置隔板，水洗液與酒洗液分開；機體內(nèi)安裝氮氣管作為防爆裝置。加長轉(zhuǎn)鼓長度、提高轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、調(diào)整螺距與速比差，增加物料在轉(zhuǎn)鼓中滯留時間。該設(shè)備經(jīng)生產(chǎn)實際應(yīng)用：運行平穩(wěn)、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、勞動效率高、應(yīng)用效果明顯。推廣前景廣闊。

關(guān)鍵詞：臥式螺旋離心機；洗滌劑；葡萄糖酸內(nèi)酯；轉(zhuǎn)鼓

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.270

1 研制背景

葡萄糖酸內(nèi)酯作為食品添加劑主要用作酸味劑、膨松劑、整合劑，廣泛用于食品、日用化工、醫(yī)藥、化妝品、塑料和樹脂改性、電鍍拋光、金屬清洗加工合成方面、作為穩(wěn)定性和凝固劑用于生產(chǎn)香腸、魚縻劑、豆腐[1] 。生產(chǎn)方法是以葡萄糖酸鈉為原料經(jīng)配料、離子交換、蒸發(fā)、結(jié)晶、離心分離、烘干包裝等工序加工而成。其中，在葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液的離心分離工序，采用離心分離設(shè)備將葡萄糖酸內(nèi)酯溶液進行固液分離后，用純凈水洗去晶體表面的母液，再用食用無水酒精洗去晶體表面的水不溶物。分離出的晶體進入烘干機除去水分與揮發(fā)分經(jīng)檢測合格包裝入庫，水洗后的母液進入儲罐收集后，再次進入蒸發(fā)工序，而無水酒精洗滌后的母液單獨收集處理。

目前國內(nèi)用于物料分離的設(shè)備按操作方式分為間歇式離心機和連續(xù)式離心機[2]，采用間歇式離心機分離葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液時，能夠滿足上述用水和無水酒精分別洗滌葡萄糖酸內(nèi)酯晶體的要求，同時滿足兩種母液分開儲存的要求，但采用間歇式離心機物料處理量??；人工操作勞動量大；設(shè)備數(shù)量多占地面積大；人工用量多費用高；同時很難保證食品衛(wèi)生。因此，在葡萄糖酸內(nèi)酯固液分離時選用連續(xù)式離心機，實現(xiàn)連續(xù)進料連續(xù)出料同時進行水和無水酒精洗滌的自動化程度高的連續(xù)離心機非常必要。然而，目前國內(nèi)離心機的生產(chǎn)企業(yè)中，能夠滿足兩種不同洗滌劑同時洗滌，流出的兩種母液分開儲存的連續(xù)式離心機尚未開發(fā)，而且，用無水酒精洗滌時，酒精在高速旋轉(zhuǎn)的機體腔內(nèi)易揮發(fā)，酒精濃度高，設(shè)備防爆裝置是必須考慮的。在此背景下研究開發(fā)滿足葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液固液分離的連續(xù)式離心機是有重要的現(xiàn)實意義的。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 物料特性分析

葡萄糖酸內(nèi)酯為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，幾乎無臭，味先甜后酸（與葡萄糖酸的味道不同）。易溶于水（60g/100mL），稍溶于乙醇（1g/100mL），幾乎不溶于乙醚，在水中水解為葡萄糖酸及其δ-內(nèi)酯和r-內(nèi)醋的平衡混合物。1%水溶液pH等于3.5，2h后變?yōu)閜H2.5[3]。

葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液固形物含量在 90--106%（w/w）；固液比55-65%；比重： ≤1.5t/m3；晶體粒度：0.42—1.1 ㎜占60%；離心機進料溫度≤50℃時，其溶液粘度3000—3500cp；離心分離后的濕晶體水分≤2.5%。

2.2 現(xiàn)有離心機結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 間歇式離心機

根據(jù)以上物料特性分析，滿足分離葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液的分離設(shè)備按結(jié)構(gòu)可選用間歇式離心機，如三足式離心機、上懸式離心機、刮刀卸料式離心機。其優(yōu)點：

⑴ 對物料適應(yīng)性強，可用于固液分離、成品脫液、濾餅洗滌。

⑵ 結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、維修、使用成本低。

⑶ 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，易于實現(xiàn)密閉和防爆。

缺點：卸料要停車，效率低。

因此，間歇式離心機不能實現(xiàn)連續(xù)進料連續(xù)出料，自動化程度低；連續(xù)式離心機，如活塞卸料式離心機、活塞卸料式離心機、離心卸料式離心機、振動卸料式離心機、臥式螺旋式離心機、進動卸料式離心機都能實現(xiàn)連續(xù)加料、分離、洗滌、卸料各道工序在同一時間內(nèi)完成。但滿足兩種不同洗滌劑同時洗滌且母液分開，目前國內(nèi)尚無先例，只能根據(jù)連續(xù)式離心機的構(gòu)造特點加以改進。

2.2.2 連續(xù)式離心機

連續(xù)式離心機如離心卸料式離心機、振動卸料式離心機、臥式螺旋篩網(wǎng)式離心機、進動卸料式離心機。加料、分離、卸料各道工序在同一時間內(nèi)完成。臥式螺旋離心機構(gòu)造特點是：它由兩部分組成：一部分是轉(zhuǎn)鼓，另一部分是螺旋輸送器。螺旋在轉(zhuǎn)鼓里面，且兩者同軸，轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間有 1.2---2mm的間隙。工作原理：轉(zhuǎn)鼓與螺旋轉(zhuǎn)向相同，螺旋轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)鼓略高或略低， 轉(zhuǎn)速差由差速器調(diào)節(jié)。當要分離的懸浮液進入離心機轉(zhuǎn)鼓后，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強大的離心力把比液相密度大的固相顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在有相對運動（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對運動把沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的固相推向轉(zhuǎn)鼓小端出口處排出，分離后的清液從離心機另一端排出。差速器（齒輪箱）的作用是使轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間形成一定的轉(zhuǎn)速差。當漿液由供料端進入轉(zhuǎn)鼓中，泥漿液隨同轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，這時固體顆粒在離心力的作用下便沉降到轉(zhuǎn)鼓的篩網(wǎng)上，在螺旋輸送器的作用下，將沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上的固體顆粒排出。這樣就實現(xiàn)了固—液兩相的分離。而分離出來的液體經(jīng)導(dǎo)流槽匯集到出料口進入物料儲罐。其構(gòu)造如圖1示。

2.3 分析結(jié)論與需要解決的問題

根據(jù)上述物料特性和離心機的工作原理與構(gòu)造特點，結(jié)論是：臥式螺旋離心機最適合葡萄糖酸內(nèi)酯溶液的分離要求。需要解決的問題是： 連續(xù)進料、兩種洗滌劑水和無水酒精同時進行洗滌；母液分開；設(shè)備防爆問題。另外，葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液粘度大，分離困難；結(jié)晶顆粒在轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間卸出時不被破壞，都應(yīng)在設(shè)計時得到解決。

3 設(shè)計方案

根據(jù)普通臥式螺旋離心機構(gòu)造（改造前）特點（構(gòu)造見圖1）與

工作原理，實現(xiàn)葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液分離工藝要求，解決問題的計方案是：在螺旋錐筒上設(shè)計水洗區(qū)與酒洗區(qū)；在液體流出通道內(nèi)設(shè)置隔板；在離心機腔體內(nèi)設(shè)置氮氣管。調(diào)整螺距和減小速比使物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留的時間越長。臥式螺旋離心機改造后結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 在螺旋錐筒上設(shè)計水洗區(qū)與酒洗區(qū)

在離心機殼上部裝有水洗管、酒洗管直接伸入離心機腔內(nèi)的螺旋導(dǎo)料錐筒側(cè)部，螺旋導(dǎo)料錐筒內(nèi)側(cè)前部設(shè)兩個水洗管，后側(cè)部設(shè)一個酒洗管。物料管直接進入螺旋導(dǎo)料錐筒內(nèi)側(cè)中心。

通過上述設(shè)計，實現(xiàn)了物料甩干、晶體水洗去除母液、酒洗去除水不溶物的連續(xù)進料洗滌的設(shè)計要求。

其工藝過程及原理是：葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液通過螺旋導(dǎo)料錐筒內(nèi)側(cè)中心進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)篩網(wǎng)上，轉(zhuǎn)鼓與螺旋同向轉(zhuǎn)動，高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的離心力使粘度3500cp左右的葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液進行固液分離，洗滌進入液體流出通道，晶體留在篩網(wǎng)內(nèi)側(cè)，由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓在差速器的作用下形成一定的轉(zhuǎn)速差，將晶體推向后面的水洗區(qū)與酒洗區(qū)，經(jīng)洗滌后晶體甩出轉(zhuǎn)鼓進入下料口。這樣連續(xù)進料、水洗、酒洗同時進行的工藝要求得以實現(xiàn)。

3.2 在螺旋體外緣增設(shè)導(dǎo)流槽液體流通道內(nèi)設(shè)置隔板

如圖2所示，在轉(zhuǎn)鼓外腔設(shè)置一圈隔板，將固液分離后的液體和水洗液匯集一起經(jīng)隔板隔離進入母液通道單獨收集；而酒洗后的液體經(jīng)隔板隔離單獨收集，這樣兩種洗滌劑的母液就實現(xiàn)單獨收集儲存。

3.3 離心機腔內(nèi)安裝防爆管--氮氣管

當葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液經(jīng)固液分離后，晶體推進到水洗區(qū)，經(jīng)水洗后的晶體進入酒洗區(qū)，晶體含有部分水份無水酒精洗滌后，部分酒精在離心機腔內(nèi)揮發(fā)，使離心機腔內(nèi)酒精氣體濃度增大易造成爆炸隱患，設(shè)置惰性氣體防爆管--氮氣管，通入氮氣后，完全消除酒精氣爆炸隱患。

3.4 設(shè)備運行參數(shù)進行調(diào)整

通過對普通臥式螺旋離心機結(jié)構(gòu)進行上述改造后，解決了連續(xù)進料、連續(xù)水洗酒洗、水洗液與酒洗液分開、設(shè)備防爆問題。但由于葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液粘度大，分離困難，同時要求離心分離后的萄糖酸內(nèi)酯晶體不被破壞，因此，對普通臥式螺旋離心機的設(shè)備運行參數(shù)進行調(diào)整。調(diào)整參數(shù)如下：

3.4.1 提高離心機轉(zhuǎn)速

普通臥式螺旋離心機轉(zhuǎn)速一般在2600轉(zhuǎn)/分，調(diào)整到2800轉(zhuǎn)/分；由于轉(zhuǎn)速調(diào)高，臥式螺旋離心機的離心力增大，在萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液粘度大的情況下也能快速進行固液分離。

3.4.2 調(diào)整螺距和減小速比差增加物料在篩中滯留時間

通過調(diào)整螺距和減小速比使物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留的時間越長，固液分離時間加長，排出晶體慢，晶體水份減小。

3.4.3 適當提高轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的間隙

根據(jù)萄糖酸內(nèi)酯結(jié)晶溶液中晶體顆粒大小，在普通臥式螺旋離心機轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間1--1.2mm的正常間隙調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，調(diào)整到1-- 2mm區(qū)間范圍，解決和防止萄糖酸內(nèi)酯晶體的晶型受到破壞。

4 應(yīng)用效果

按照上述設(shè)計方案研制的臥式螺旋離心機，經(jīng)在工廠現(xiàn)場實際應(yīng)用，與傳統(tǒng)的間歇離心機相比：運行平穩(wěn)、檢修率低、安全可靠；同時具有自動化程度高、節(jié)省人工、產(chǎn)品質(zhì)量好、 生產(chǎn)成本低的效果。具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]汪炯.葡萄糖酸以及葡萄糖酸內(nèi)酯制備工藝研究--[D].暨南大學 2012，TS202.3.

[2]金綠松，林元喜.《離心分離（現(xiàn)代分離科學與技術(shù)叢書）》[M].化學工業(yè)出版社出版，2008（08） ISBN：9787122030368.

[3]王博彥，金其榮等.發(fā)酵有機酸生產(chǎn)與應(yīng)用手冊[M].中國輕工業(yè)出版社，2000（09）：503-523.

基金項目：山東省科技發(fā)展計劃項目 （2014YD2121）

作者簡介：崔光水（1964-），男，山東日照人，工程師，主要從事：生物化工技術(shù)與新產(chǎn)品開發(fā)。