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全自动隔膜压滤机在制糖过滤中的应用

     王兆强
在制糖生产中,过滤是重要环节,它不仅关系到成品质量,还涉及到加工过程中的糖分损失。对于不同的工艺方法,一般要选用不同的过滤设备。我国加工甜菜的糖厂、原糖精炼糖厂与少部分甘蔗糖厂,采用碳酸法工艺,主要过滤设备是全自动隔膜压滤机与半自动压滤机。绝大部分甘蔗糖厂是采用亚硫酸法工艺,过滤设备种类较多,主要是真空吸滤机、无布真空吸滤机与半自动压滤机。全自动隔膜压滤机是新近在亚法糖厂投运的过滤设备。
全自动隔膜压滤机是现在发达国家制糖业采用的主流过滤设备,在我国制糖业已有应用,从根本上改变以前压滤设备在制糖生产中应用的被动局面,收到很好的效果。这种设备是采用带挤压隔膜的聚丙烯滤板,利用plc与变频技术,实现对整个压滤机与工艺过程的全自动控制。
半自动压滤机是我国在上世纪80年代,学习当时西欧技术设计开发的糖业过滤设备,采用铸铁滤板、液压顶紧自动保压、机械手自动拉板,此种压滤机逐渐发展,现在已有过滤面积80~175m2几种定型产品。
真空吸滤机是一种连续过滤设备,是在转鼓上安装滤布使其随转鼓一同转动,同时将滤布引出,脱泥后进行洗涤,糖汁在真空的作用下,通过滤布分离滤泥。
无布真空吸滤机是国外原糖加工普遍使用的过滤设备,上世纪90年代,在环保的压力下,广西糖厂率先将此种过滤设备应用在亚法制糖。它是采用吸滤的方法,过滤泥汁中掺入蔗渣,在真空的作用下,通过钢网与蔗渣组成的过滤介质,截留悬浮液中固体颗粒,实现固液分离。
 
一、全自动隔膜压滤机应用情况
此设备采用压滤方式,利用先进的控制技术与隔膜压榨手段,提高整机的生产效率,缩短了过滤时间,提高滤饼含固率。通过对滤饼的压榨优化了洗水方案,降低了滤饼含糖与含水。由于加工原料与工艺方法的不同,要分别针对碳酸法与亚硫酸法工艺特点,设计设备结构与控制方案。
(1)在碳酸法工艺中应用
过滤设备主要参数:
项目 参数
过滤面积 150 m2
滤板尺寸 1200×1200 mm
滤板生产厂商 德国连恩舍公司
滤板结构 角进料专用糖板
滤板材料 聚丙烯/pp
滤板数量 69 块
滤腔数量 68个
滤腔容积 3288l
最大过滤压力 0.5 mpa
最大过滤温度 85℃
碳酸饱充法滤泥结构好,主要成分碳酸钙能形成大而密的晶状结构,便于过滤与洗涤。全自动隔膜压滤机正是根据这一特点,合理设计使生产过程达到高效化。对于碳法增稠泥浆过滤,在含固率为250~300g/l时,进料可在2~3min内完成,最大进料量可达200m3/h。在原糖加工采用碳法过滤,就要控制过滤速度,保证生产均衡。
<根据pgb-150压滤机在依安糖厂应用情况,其过滤速度与进料量变化如图1所示。
   
图1   全自动隔膜压滤机在碳法应用进料流速与流量
通过隔膜压榨可减少洗水量,均匀降低整个压滤机滤饼含糖。总洗水量可稳定控制在干滤泥量的1~1.3倍,其中少部分洗水随滤清汁进入蒸发,大部分进入制糖其它工段,因此引起的清汁锤度降很小,基本控制在0.1~0.3°bx。在洗水降低滤泥糖分的前提下,可减少蒸发负担,降低能源消耗。  
最终滤泥含糖与含水情况,是过滤设备在制糖上应用的关键。在依安糖厂应用,在不同的时间和压滤机的不同位置处随机采样,滤泥含糖为0.3%~0.6%,平均0.48%,滤泥水分28.2%~31.2%,平均29.7%。
全自动隔膜压滤机在碳酸法上是高效设备,在增稠过滤中表现的尤为突出,一个过滤周期可在22~25min内完成,一次卸滤泥重量在3400kg左右,每天可生产滤泥200吨左右,一台设备运行可满足日处理3000吨甜菜糖厂生产要求。
(2)在亚硫酸法工艺中应用
过滤设备主要参数:
项目 参数
过滤面积 180 m2
滤板尺寸 1200×1200 mm
滤板生产厂商 德国连恩舍公司
滤板结构 角进料专用糖板
滤板材料 聚丙烯/pp
滤板数量 77 块
滤腔数量 76个
滤腔容积 2600l
最大过滤压力 0.5 mpa
最大过滤温度 85℃
在亚硫酸法制糖中,过滤液是沉降池底排泥汁,其中胶体团粒含量较高,滤泥层过滤阻力较大,所形成滤饼透气与透水性能不如碳酸法滤泥。应用全自动隔膜压滤机的工作效率,虽然达不到碳法的水平,但也可充分发挥其高效的特点,在泥汁含固率为40~60g/l情况下,压滤机进料通过位压与泵压结合的方式,一次进料可在50~55分钟内完成,一般进料流量在60~20m3/h。根据pgb-180压滤机在瑞丽糖厂应用情况,在一个进料周期内,不同阶段过滤速度与进料量变化如图2所示。对含固率相对高的泥汁,进料时间要相对缩短,最终进料流量相对低,滤饼的洗水与吹气阻力要增加,降低滤泥含糖与含水所用时间要增加。
亚法过滤所形成的滤饼,含有胶体与磷酸化合物量较大,导致滤饼成型性能好,但透水性能差,时常造成含糖含水高。全自动隔膜压滤机通过多种工艺手段,结合滤饼压榨功能,可将绝大多数滤饼含糖控制在干滤泥转光度4~9%左右,含水率在50~60%。
   
图2 亚法全自动隔膜压滤机进料流速与流量
在瑞丽糖厂应用的一次过滤中工艺状况如下:
泥汁含固率:              50~60g/l
过滤温度:                80~85℃
进料压力:                0.4mpa
进料时间:                53min
过滤周期:                120min
正洗水量:                2.2 m3
角洗水量:                0.7 m3
在这个工艺过程中,正确处理正洗水、中压榨、角洗水与最后压榨的关系很重要,要想真正洗脱滤泥中的糖分,提高设备效率,这是关键环节,必须采用自动化控制,此过程具体变化如图3所示。
 
 图3  洗水与压榨过程中滤液锤度变化
在亚法制糖上应用全自动隔膜压滤机,可以有效降低滤泥含糖与含水,提高生产效率,滤饼结构完整、脱落迅速、自动化控制水平高、减少了劳动强度,对环保没有影响。
 
二、甘蔗亚法糖厂过滤设备
亚法糖厂过滤设备种类较多,几种典型设备的情况如下表。
主要指标 真空吸滤机 无布真空吸滤机 半自动压滤机 全自动隔膜压滤机
过滤面积m2 35 35 150 180
过滤清汁量m3/h >15 5 12
滤泥产量t/h 2.6 2.4 0.34 0.9
干滤泥量 t/h 0.65 0.6 0.12 0.45
干滤泥转光度% 14.1 6.14 16 7.6
总洗水量m3/h 2~3 2~5 较少 1.45
进清汁洗水量m3/h 2~3 3~5 较少 1.1
过滤周期 连续 连续 6h 2h
过滤设备工作效能的发挥会受很多条件影响,与中和控制、泥汁温度、原料品质、絮凝剂的添加等都有密不可分的关系,但就上述几种设备,总的来说真空吸滤设备在泥汁含固率稍高、泥汁结构较泡的情况下,过滤设备效能较高。压滤设备就不同了,是在泥汁含固适中、泥汁结构比较结实的情况下,过滤设备效能较高。
要高效发挥真空吸滤设备的能力,就要获得较高浓度的泥汁,可能导致糖水停留时间加长,采用压滤设备对泥汁浓度要求要稍低一些,能达到快速过滤的目的。在应用设备现场对澄清汁色值进行比较,高浓度的沉降泥汁沉降池,澄清汁平均色值为1727.25iu,在降低泥汁后,沉降池澄清汁平均色值为1638.07iu,前后相对降低了5.16%。
 

三、比较与分析
(1)碳酸法糖厂过滤设备比较
碳酸法糖厂应用压滤机进行过滤,比较典型的是在一碳增稠工艺中应用,现在制糖应用的压滤机可分为全自动隔膜压滤机与半自动压滤机。它们的比较
如下
见表
结构与性能 pgb-150型全自动隔膜压滤机 ba150型半自动压滤机
过滤面积m2 150 150
滤板材料与结构 纯聚丙烯/ 角进料隔膜滤板 铸铁/ 中心进料
滤板损坏与积垢 少/ 不易积垢 较多/易积垢
自动化控制 整个过程全自动 自动保压与拉板
结束进料功能 自动检测与控制(流量/时间/最小流量) 人工观测(时间/压力)
相同工艺过滤周期 短/ 20~25min 长/ 60~120min
其它功能 机上自动洗布/机上酸洗/进料变频控制
含糖(对泥) ≤0.5% ≥1.7%
滤布损耗 较多
含水率 少/ 30~35% 较高/ ≥40%
洗水量 少/ 2.2~3m3 较多/ 4~6m3
洗水造成锤度降 小/ 0.2~0.3ºbx
洗水时间 3~5min ≥20min
压缩空气消耗
过滤质量 很好
劳动强度
3000吨甜菜糖厂使用 1台/ 增稠工艺 7~10台/ 增稠工艺
隔膜滤板是压滤机主要部件,采用纯聚丙烯材料制造,具有重量轻、热损失少、韧性好、机械强度高、耐腐蚀、不易积垢的优良特性。合理的隔膜设计与角进料结构,使压滤机有更加完善的功能。
先进的自动化控制,可以保证最优化的工艺得以实施,plc与变频控制可保证在过滤初期清汁质量,还能最大发挥压滤设备变量进料的效率。

通过隔膜压榨可有效降低滤饼含水率、缩短进料时间、增加洗水效果,在卸泥前已将滤饼压榨成型,最大的降低了含水率,可顺利完成卸泥过程。半自动压滤机要顺利卸泥,就要依靠增加进料时间与压力,使滤泥填满滤腔并降低含水,只有在滤腔完全充满后,吹气与洗水才能起作用,但碳法滤饼易龟裂,使洗水与吹气性能受到很大限制。半自动压滤机在过滤的后期,耗时很大、过滤效率很低。应用隔膜压榨,提高效率剪除过滤低效时间,还可减少滤饼含水分,参见图4。

图4 通过隔膜压榨提高效率降低滤饼含水分

全自动隔膜压滤机能达到洗水时间短、洗水量少还可使滤饼糖分降低,主要原因是在高效进料段就结束了进料过程。一般结束进料时流量在100m3/h左右,这时滤饼结构松散透水性能良好,两层滤饼间有洗水通路,通过正洗水、中间压榨与角洗水的合理搭配,达到高效洗涤滤饼的目的。在适量的正洗水后,通过隔膜进行微压榨过程,可在不完全压实滤饼情况下,将滤饼空间收缩修补裂痕,使洗水均匀穿透整块滤饼,洗水与吹气不产生短路现象,提高洗水效率,节省压缩空气,达到了更好的效果。

全自动隔膜压滤机可以保证过滤与洗水效率的另一关键问题,是具有机上洗布与酸洗功能。压滤设备在过滤过程中,主要是依靠泥层作为过滤介质,但滤布的过滤阻力也是不可忽视的因素,特别是滤布应用几个周期后,过滤与洗水过程中,如不能及时清理滤布表面所积的泥垢,阻力要成倍增加。如果是在若干过滤周期中有几次工艺状况不好的情况,会全面影响其它架次的过滤与洗水。在一般工艺情况下40~50个过滤周期,要洗一次布,如果有饱充不正常现象,要在情况好转后立即洗布,假如不及时清洗滤布,洗水流量下降非常明显,由正常的正洗水流量70m3/h很快降到20m3/h左右,角洗水流量就更低了,基本上在10m3/h以下,同样洗水量洗水时间被数倍延长。在15~20个洗布周期后,就要对压滤机进行酸洗,酸洗过程中可将滤板、滤布背面、管道与阀门、视镜等进行全面洗涤,达到彻底软化滤布的目的。

半自动压滤机无机上洗布功能,要在应用一段时间后将滤布拆卸下来洗涤,人工与设备条件都将限制洗布周期不能很短,丧失了压滤机适应工艺条件变化的能力,使过滤与洗水效能受到严重制约。此方面的反应,在原糖加工中更为明显。人工拆洗滤布劳动强度大、参与人员多、消耗时间长,为生产管理带来很多困难。拆洗是滤布导致损耗与漏榨的重要因素,洗涤后会造成滤布缩水变型,新更换的滤布还有在机上使用定型的过程,易出现漏榨现象。

全自动隔膜压滤机过滤质量要好于半自动压滤机,虽然两种设备在过滤原理上是相同的,但全自动隔膜压滤机在进料上采用变频控制,其优势在于:一是可根据泥层增加逐步增加过滤压力,充分发挥泥层过滤的优势;二是开始过滤时泥浆泵在变频控制下,转速低可保护泥浆中颗粒少受破坏,尽快建立起架桥效应,这些是在半自动压滤机无法实现的。

(2)甘蔗亚法糖厂过滤设备比较

亚法糖厂应用的几种过滤设备结构与性能的比较如下表。

性能  真空吸滤机 无布真空吸滤机  半自动压滤机  全自动隔膜压滤机
过滤方式 连续  连续  间歇  间歇 
设备结构  真空转鼓 真空转鼓   中心进料 铸铁滤板 中心进料 聚丙烯隔膜滤板
 过滤介质   滤布 不锈钢筛板 滤布 滤布
过滤面积   35m2 35m2 150m2  180m2
清汁质量   很好 最好
滤清汁 平均流量  15 m3/h    4~6 m3/h 10~13 m3/h
干滤泥转光度  8~14.1%  4~6%  16%  4~9% 
滤饼含水率   高/73~75%  高/73~75% 较少/≥60%  少/≥48%
卸饼状况 一般 一般/有时粘网 困难/滤饼粘布 迅速/滤饼完整
干滤泥 平均产量 t/h 0.65 0.6   0.12 0.45
滤布损耗  多 较少
总洗水量 48~72m3/天 48~120m3/天 较少 28~36m3/天
洗水造成清汁锤度降 较大/全进清汁 大/全进滤液 小/全进清汁 小/一部分进清汁
洗水时间 连续 连续 15~40min 8~15min 
洗布水污染 严重 450m3/天 基本无 基本无
对沉降及其它影响 无   有影响 无 
设备效率  较高   较高
劳动强度  低  
(3)全自动隔膜压滤机亚法应用性能分析
应用在亚法制糖的全自动隔膜压滤机,在结构与工艺设计上,充分研究了亚法过滤的特点,结合先进控制设备,完善的机上洗布与酸洗功能,不仅解决了半自动压滤机存在的主要问题,还使每台全自动隔膜压滤机成为一个过滤系统,使过滤设备适应工艺变化能力得到加强,基本上保证每次过滤工艺效果十分接近。
通过实践我们总结出在亚法过滤中,滤泥颗粒细腻,泥层阻力很大,洗水与压榨时间较长,要提高过滤效率就要增加过滤面积,提高一个过滤周期内处理干滤泥能力。现在国内亚法糖厂应用的压滤机,大部分过滤面积在150~180m2,这适用于小型糖厂应用,可以均衡间歇过滤设备工作特点,但对于3000吨以上的糖厂,应该应用250m2以上的压滤机。一台250m2全自动隔膜压滤机,生产能力可以达到35m2真空吸滤机水平。  
四、经济效益分析
全自动隔膜压滤机在国内糖业是新生设备,在南方与北方的糖厂都有应用。
(1)全自动隔膜压滤机在碳法糖厂与半自动压滤机比较

1、降低滤泥糖分损失

碳法糖厂滤泥产量大,通过降低滤泥糖分,可创造很大经济效益。全自动隔膜压滤机滤泥平均含糖在0.5%(对泥)以下,而半自动压滤机滤泥平均含糖在1.7%以上。对3000吨糖厂,全自动隔膜压滤机糖分损失约0.95吨/天,而 半自动压滤机糖分损失4.5吨/天,相对减少3.5吨/天,按生产170天计,减少滤泥糖分损失595吨,价值约167万元。

2、减少滤泥量节约回填场地与运输费用
由于滤泥含水率降低,使滤泥输送量减少。50万吨甜菜降低的滤泥重量约28600吨,运输与回填费用折合人民币约27万元。
3、节约滤布损耗
半自动压滤机加工50万吨甜菜需用国产滤布56套,全自动隔膜压滤机需用进口滤布2套,节约滤布费用折合人民币约25万元。
4、以上的直接经济效益为219万元,此外还有多回收热水、降低蒸发负荷、减少设备数量与维护费用等一些间接经济效益。
(2)全自动隔膜压滤机在亚法糖厂与半自动压滤机比较
1、降低滤泥糖分损失
亚法糖厂滤泥产量相对少,但含糖高,降低滤泥糖分也有很大经济效益。全自动压滤机干滤泥平均转光度可控制在9%以下,而一般半自动压滤机干滤泥转光度在16%,干滤泥与蔗比按照1.5%计算,50万吨甘蔗可节约糖分损失折合人民币大约为147万元。
2、节约滤布与压缩空气消耗
配置洗布机后,可达到机上洗布,同时改进滤布缝制方法,可大量节约滤布。如果按照不安装洗布机来计算,可节省滤布损耗在6~7万元以上。隔膜压榨可减少压缩空气消耗,在此方面可节电2.6万元。
3、以上的直接经济效益为156万元,还有提高设备效率、提高产品质量、改善操作环境等间接经济效益。
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