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(jìn)行分離，也就是利用重力作為分離的推動(dòng)力。由于重力是一個(gè)基本不變的量，固體與液體間的密度差也不會(huì)有太大變化，所以當(dāng)沉降過(guò)程進(jìn)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(tuán)聚，使得沉降速度急劇下降，此時(shí)就應(yīng)將泥汁從沉降池中導(dǎo)出，使用適合的設(shè)備進(jìn)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(jìn)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(lái)，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(wú)濾布真空吸濾機(jī)處理泥汁，一是排出的濾泥水分比較高，達(dá)到70%左右，由于含水分太高，增大企業(yè)排出廠外的運(yùn)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(jī)處理泥汁時(shí)洗水量比較大，達(dá)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(wú)濾布真空吸濾機(jī)來(lái)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(huì)增加蔗汁的色值，吸濾機(jī)及其附帶的蔗渣旋風(fēng)分離器、水泵以及自身驅(qū)動(dòng)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(duì)泥汁進(jìn)行固液分離，利用離心力作為分離的推動(dòng)力，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的離心力可達(dá)到重力的3000倍以上，快速分離泥汁，分離時(shí)間在1分鐘之內(nèi)，嘗試取代現(xiàn)有的泥汁分離脫水的無(wú)濾布真空吸濾機(jī)，從理論上是可行的。

1 糖廠泥汁分離的機(jī)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(wèn)題，許多企業(yè)進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，有采用壓濾機(jī)進(jìn)行脫水、真空吸濾機(jī)處理或者熱壓干燥機(jī)等都存在一些缺點(diǎn)，主要是濾泥水分較高?，F(xiàn)在用得最多的是無(wú)濾布真空吸濾機(jī)，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(wèn)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(guò)化學(xué)反應(yīng)，使糖液中形成亞硫酸鈣、磷酸鈣等鈣鹽，通過(guò)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(shí)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(jī)較難過(guò)濾，無(wú)濾布吸濾機(jī)也要添加一些甘蔗渣做為過(guò)濾介質(zhì)。亞硫酸法糖廠使用無(wú)濾布真空吸濾機(jī)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(guò)濾介質(zhì)會(huì)增加色素。因此，無(wú)濾布真空吸濾機(jī)過(guò)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(jī)理

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)沉降式離心機(jī)用來(lái)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(dòng)力，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力可達(dá)到重力的3000倍以上。沉降分離速度與推動(dòng)力成正比，所以泥汁在沉降離心機(jī)內(nèi)是可以進(jìn)一步進(jìn)行沉降并分離的。本項(xiàng)目采用兩級(jí)沉降式離心機(jī)代替無(wú)濾布真空吸濾機(jī)對(duì)泥汁進(jìn)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(diǎn)，同時(shí)離心濾液因停留時(shí)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(duì)糖分進(jìn)一步回收有利。

2.1 工藝路線(xiàn)

糖廠泥汁離心分離機(jī)理工藝流程圖，見(jiàn)圖1。

圖1 糖廠泥汁離心分離機(jī)理工藝流程圖

2.2 沉降式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

沉降式離心機(jī)結(jié)構(gòu)圖及工作原理見(jiàn)圖2，泥汁懸浮液經(jīng)進(jìn)料管1從螺旋體出料口13進(jìn)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(kāi)口14溢流出轉(zhuǎn)鼓。螺旋體與轉(zhuǎn)鼓之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（即為差速轉(zhuǎn)）是通過(guò)差速器16來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其大小由輔電機(jī)來(lái)控制，從而實(shí)現(xiàn)了離心機(jī)對(duì)物料的連續(xù)分離過(guò)程。

3 技術(shù)方案

圖2 沉降式離心機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖3 項(xiàng)目工作路線(xiàn)圖

3.1 研究路線(xiàn)

項(xiàng)目工作路線(xiàn)圖，見(jiàn)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(jìn)一步充分利用。

項(xiàng)目對(duì)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(jìn)行固液分離，經(jīng)過(guò)調(diào)研和前期試驗(yàn)，選用沉降式離心機(jī)對(duì)亞硫酸法糖廠泥汁進(jìn)行脫水試驗(yàn)，用沉降式離心機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)真空吸濾機(jī)，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(dá)到減少環(huán)境污染與蔗糖損失、促進(jìn)糖廠分離物濾泥的方便運(yùn)輸和進(jìn)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(xiàn)上試驗(yàn)應(yīng)用。由于生產(chǎn)場(chǎng)地不足，在保證生產(chǎn)安全正常的情況下，拆掉原有的一臺(tái)無(wú)濾布真空吸濾機(jī)，空出場(chǎng)地安裝5臺(tái)臥式沉降式離心機(jī)，用于分離泥汁，沉降器出來(lái)的泥汁管道進(jìn)行改裝，使其既可以在原有生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)，也可以采用沉降式離心機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。

在新安裝的沉降式離心機(jī)，采用兩級(jí)脫水分離，新增加部分設(shè)備安裝場(chǎng)地，由于離心脫水機(jī)為高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。沉降式離心機(jī)設(shè)備新增泥汁管道，接濾泥裝置，需要對(duì)車(chē)間進(jìn)行局部改造，以適應(yīng)生產(chǎn)試驗(yàn)的要求。

3.4 主要研究?jī)?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(jìn)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(jìn)行一些改造，以適應(yīng)糖廠濾泥處理的使用。沉降式離心機(jī)主要是利用高速運(yùn)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(dá)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(jī)物質(zhì)的負(fù)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(jìn)行沉降分離，沉降時(shí)間較長(zhǎng)，一般1個(gè)多小時(shí)，對(duì)糖分造成轉(zhuǎn)化損失，而且糖汁的色值也增加，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不利。利用沉降式離心分離設(shè)備進(jìn)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(shí)，達(dá)到最佳效果。

3.4.3 條件和參數(shù)

沉降式離心分離機(jī)為臥式差速離心機(jī)，轉(zhuǎn)速在1600～3500轉(zhuǎn)/分，分離因素為0.9，裝機(jī)容量為55kWh。選取2000轉(zhuǎn)/分和3000轉(zhuǎn)/分，進(jìn)行試驗(yàn)，最后選取2100轉(zhuǎn)/分的速度進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用，在泥汁的處理量方面，進(jìn)行了處理能力的篩選試驗(yàn)，在滿(mǎn)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(dá)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(wèn)題，我們研究采用沉降式離心分離機(jī)對(duì)泥汁進(jìn)行固液分離，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，取得了較大的進(jìn)展，濾泥水分降到了50%，濾泥轉(zhuǎn)光度下降了50%，達(dá)到1.6%，基本達(dá)到了項(xiàng)目的預(yù)期效果。該項(xiàng)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(jì)沉降式離心機(jī)的大小、轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)鼓的長(zhǎng)度和角度，以得到更理想的效果。

針對(duì)亞硫酸法糖廠泥汁懸浮凝聚顆粒的特點(diǎn)，采用沉降式離心機(jī)代替無(wú)濾布真空吸濾機(jī)，物料在沉降式離心機(jī)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(shí)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(yùn)輸量、促進(jìn)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(shí)，給糖廠帶來(lái)穩(wěn)定持續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益。這是一項(xiàng)制糖業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目，其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)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(wèn)題

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

4.1 沉降式離心機(jī)的裝機(jī)容量

前期我們?cè)谑撂菑S做了一些沉降式離心機(jī)對(duì)泥汁分離的試驗(yàn)，整套設(shè)備主要由兩臺(tái)離心機(jī)組成，1#離心機(jī)電機(jī)功率：55kW；2#離心機(jī)電機(jī)功率：22kW。設(shè)備處理能力：一臺(tái)離心機(jī)每小時(shí)處理泥汁量約15m3。

4.2 設(shè)備運(yùn)行生產(chǎn)試驗(yàn)

第一，設(shè)備入汁管道臨時(shí)改造，由于與無(wú)濾布真空吸濾機(jī)共用入料管，調(diào)試初期存在入料不穩(wěn)定的情況，通過(guò)降低處理量，按10～13m3/h的入料量控制，設(shè)備運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定；1#機(jī)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(jī)濾汁與無(wú)濾布吸濾機(jī)的濾汁感觀無(wú)差別，具有相同的濾出效果；2#離心機(jī)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(jìn)行處理。

第三，2019/2020年榨季我們?cè)谏a(chǎn)上新安裝了5臺(tái)沉降式離心機(jī)，把石塘糖廠生產(chǎn)的泥汁全部由沉降式離心機(jī)進(jìn)行處理，取代現(xiàn)有的無(wú)濾布真空吸濾機(jī)。

生產(chǎn)正常后，我們把原有的無(wú)濾布真空吸濾機(jī)停下來(lái)，用5臺(tái)沉降式離心機(jī)替代，一次轉(zhuǎn)換成功，沉降式離心機(jī)運(yùn)行正常，經(jīng)過(guò)調(diào)試進(jìn)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(yàn)查定數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1和表2。

4.3 運(yùn)行效果

針對(duì)亞硫酸法糖廠泥汁懸浮凝聚顆粒的特點(diǎn)，采用沉降式離心機(jī)代替無(wú)濾布真空吸濾機(jī)，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(duì)項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查定，濾泥水分49.2%，濾泥轉(zhuǎn)光度1.85%，洗水量4.63%，達(dá)到了項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)要求。

5 社會(huì)效益分析和存在問(wèn)題

無(wú)濾布真空吸濾機(jī)處理泥汁由于濾泥水分高，難以進(jìn)一步進(jìn)行綜合利用，給環(huán)境造成一定的壓力；同時(shí)也因洗水量過(guò)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(yàn)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(shí)降低生產(chǎn)成本，沉降離心機(jī)的出現(xiàn)將給制糖澄清工藝帶來(lái)新的理念，解決濾泥含水量高對(duì)環(huán)境造成影響的問(wèn)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(duì)制糖工業(yè)的科技進(jìn)步、工藝革新將起到非常大的推動(dòng)作用。因此本項(xiàng)目的應(yīng)用研究有著良好的推廣前景和較大的市場(chǎng)需求。

表1 無(wú)濾布真空吸濾機(jī)生產(chǎn)查定數(shù)據(jù)

表2 沉降式離心機(jī)生產(chǎn)查定數(shù)據(jù)

在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)離心分離機(jī)出來(lái)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(lái)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(jìn)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(jī)設(shè)備的成本方面，需要進(jìn)一步的改進(jìn)，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(duì)廣西的環(huán)境污染是相當(dāng)嚴(yán)重的。該項(xiàng)目既解決了糖廠濾泥的環(huán)保問(wèn)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(xiàng)目，為促進(jìn)廣西蔗糖業(yè)的健康發(fā)展，項(xiàng)目意義重大，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。