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                  全自動隔膜壓濾機在制糖過濾中的應用

                       王兆強
                  在制糖生產中,過濾是重要環節,它不僅關系到成品質量,還涉及到加工過程中的糖分損失。對于不同的工藝方法,一般要選用不同的過濾設備。我國加工甜菜的糖廠、原糖精煉糖廠與少部分甘蔗糖廠,采用碳酸法工藝,主要過濾設備是全自動隔膜壓濾機與半自動壓濾機。絕大部分甘蔗糖廠是采用亞硫酸法工藝,過濾設備種類較多,主要是真空吸濾機、無布真空吸濾機與半自動壓濾機。全自動隔膜壓濾機是新近在亞法糖廠投運的過濾設備。
                  全自動隔膜壓濾機是現在發達國家制糖業采用的主流過濾設備,在我國制糖業已有應用,從根本上改變以前壓濾設備在制糖生產中應用的被動局面,收到很好的效果。這種設備是采用帶擠壓隔膜的聚丙烯濾板,利用plc與變頻技術,實現對整個壓濾機與工藝過程的全自動控制。
                  半自動壓濾機是我國在上世紀80年代,學習當時西歐技術設計開發的糖業過濾設備,采用鑄鐵濾板、液壓頂緊自動保壓、機械手自動拉板,此種壓濾機逐漸發展,現在已有過濾面積80~175m2幾種定型產品。
                  真空吸濾機是一種連續過濾設備,是在轉鼓上安裝濾布使其隨轉鼓一同轉動,同時將濾布引出,脫泥后進行洗滌,糖汁在真空的作用下,通過濾布分離濾泥。
                  無布真空吸濾機是國外原糖加工普遍使用的過濾設備,上世紀90年代,在環保的壓力下,廣西糖廠^將此種過濾設備應用在亞法制糖。它是采用吸濾的方法,過濾泥汁中摻入蔗渣,在真空的作用下,通過鋼網與蔗渣組成的過濾介質,截留懸浮液中固體顆粒,實現固液分離。
                   
                  一、全自動隔膜壓濾機應用情況
                  此設備采用壓濾方式,利用先進的控制技術與隔膜壓榨手段,提高整機的生產效率,縮短了過濾時間,提高濾餅含固率。通過對濾餅的壓榨優化了洗水方案,降低了濾餅含糖與含水。由于加工原料與工藝方法的不同,要分別針對碳酸法與亞硫酸法工藝特點,設計設備結構與控制方案。
                  (1)在碳酸法工藝中應用
                  過濾設備主要參數:
                  項目 參數
                  過濾面積 150 m2
                  濾板尺寸 1200×1200 mm
                  濾板生產廠商 德國連恩舍公司
                  濾板結構 角進料專用糖板
                  濾板材料 聚丙烯/pp
                  濾板數量 69 塊
                  濾腔數量 68個
                  濾腔容積 3288l
                  ^大過濾壓力 0.5 mpa
                  ^大過濾溫度 85℃
                  碳酸飽充法濾泥結構好,主要成分碳酸鈣能形成大而密的晶狀結構,便于過濾與洗滌。全自動隔膜壓濾機正是根據這一特點,合理設計使生產過程達到高效化。對于碳法增稠泥漿過濾,在含固率為250~300g/l時,進料可在2~3min內完成,^大進料量可達200m3/h。在原糖加工采用碳法過濾,就要控制過濾速度,保證生產均衡。
                  <根據pgb-150壓濾機在依安糖廠應用情況,其過濾速度與進料量變化如圖1所示。
                     
                  圖1   全自動隔膜壓濾機在碳法應用進料流速與流量
                  通過隔膜壓榨可減少洗水量,均勻降低整個壓濾機濾餅含糖??傁此靠煞€定控制在干濾泥量的1~1.3倍,其中少部分洗水隨濾清汁進入蒸發,大部分進入制糖其它工段,因此引起的清汁錘度降很小,基本控制在0.1~0.3°bx。在洗水降低濾泥糖分的前提下,可減少蒸發負擔,降低能源消耗。  
                  ^終濾泥含糖與含水情況,是過濾設備在制糖上應用的關鍵。在依安糖廠應用,在不同的時間和壓濾機的不同位置處隨機采樣,濾泥含糖為0.3%~0.6%,平均0.48%,濾泥水分28.2%~31.2%,平均29.7%。
                  全自動隔膜壓濾機在碳酸法上是高效設備,在增稠過濾中表現的尤為突出,一個過濾周期可在22~25min內完成,一次卸濾泥重量在3400kg左右,每天可生產濾泥200噸左右,一臺設備運行可滿足日處理3000噸甜菜糖廠生產要求。
                  (2)在亞硫酸法工藝中應用
                  過濾設備主要參數:
                  項目 參數
                  過濾面積 180 m2
                  濾板尺寸 1200×1200 mm
                  濾板生產廠商 德國連恩舍公司
                  濾板結構 角進料專用糖板
                  濾板材料 聚丙烯/pp
                  濾板數量 77 塊
                  濾腔數量 76個
                  濾腔容積 2600l
                  ^大過濾壓力 0.5 mpa
                  ^大過濾溫度 85℃
                  在亞硫酸法制糖中,過濾液是沉降池底排泥汁,其中膠體團粒含量較高,濾泥層過濾阻力較大,所形成濾餅透氣與透水性能不如碳酸法濾泥。應用全自動隔膜壓濾機的工作效率,雖然達不到碳法的水平,但也可充分發揮其高效的特點,在泥汁含固率為40~60g/l情況下,壓濾機進料通過位壓與泵壓結合的方式,一次進料可在50~55分鐘內完成,一般進料流量在60~20m3/h。根據pgb-180壓濾機在瑞麗糖廠應用情況,在一個進料周期內,不同階段過濾速度與進料量變化如圖2所示。對含固率相對高的泥汁,進料時間要相對縮短,^終進料流量相對低,濾餅的洗水與吹氣阻力要增加,降低濾泥含糖與含水所用時間要增加。
                  亞法過濾所形成的濾餅,含有膠體與磷酸化合物量較大,導致濾餅成型性能好,但透水性能差,時常造成含糖含水高。全自動隔膜壓濾機通過多種工藝手段,結合濾餅壓榨功能,可將絕大多數濾餅含糖控制在干濾泥轉光度4~9%左右,含水率在50~60%。
                     
                  圖2 亞法全自動隔膜壓濾機進料流速與流量
                  在瑞麗糖廠應用的一次過濾中工藝狀況如下:
                  泥汁含固率:              50~60g/l
                  過濾溫度:                80~85℃
                  進料壓力:                0.4mpa
                  進料時間:                53min
                  過濾周期:                120min
                  正洗水量:                2.2 m3
                  角洗水量:                0.7 m3
                  在這個工藝過程中,正確處理正洗水、中壓榨、角洗水與^后壓榨的關系很重要,要想真正洗脫濾泥中的糖分,提高設備效率,這是關鍵環節,必須采用自動化控制,此過程具體變化如圖3所示。
                   
                   圖3  洗水與壓榨過程中濾液錘度變化
                  在亞法制糖上應用全自動隔膜壓濾機,可以有效降低濾泥含糖與含水,提高生產效率,濾餅結構完整、脫落迅速、自動化控制水平高、減少了勞動強度,對環保沒有影響。
                   
                  二、甘蔗亞法糖廠過濾設備
                  亞法糖廠過濾設備種類較多,幾種典型設備的情況如下表。
                  主要指標 真空吸濾機 無布真空吸濾機 半自動壓濾機 全自動隔膜壓濾機
                  過濾面積m2 35 35 150 180
                  過濾清汁量m3/h >15 5 12
                  濾泥產量t/h 2.6 2.4 0.34 0.9
                  干濾泥量 t/h 0.65 0.6 0.12 0.45
                  干濾泥轉光度% 14.1 6.14 16 7.6
                  總洗水量m3/h 2~3 2~5 較少 1.45
                  進清汁洗水量m3/h 2~3 3~5 較少 1.1
                  過濾周期 連續 連續 6h 2h
                  過濾設備工作效能的發揮會受很多條件影響,與中和控制、泥汁溫度、原料品質、絮凝劑的添加等都有密不可分的關系,但就上述幾種設備,總的來說真空吸濾設備在泥汁含固率稍高、泥汁結構較泡的情況下,過濾設備效能較高。壓濾設備就不同了,是在泥汁含固適中、泥汁結構比較結實的情況下,過濾設備效能較高。
                  要高效發揮真空吸濾設備的能力,就要獲得較高濃度的泥汁,可能導致糖水停留時間加長,采用壓濾設備對泥汁濃度要求要稍低一些,能達到快速過濾的目的。在應用設備現場對澄清汁色值進行比較,高濃度的沉降泥汁沉降池,澄清汁平均色值為1727.25iu,在降低泥汁后,沉降池澄清汁平均色值為1638.07iu,前后相對降低了5.16%。
                   

                  三、比較與分析
                  (1)碳酸法糖廠過濾設備比較
                  碳酸法糖廠應用壓濾機進行過濾,比較典型的是在一碳增稠工藝中應用,現在制糖應用的壓濾機可分為全自動隔膜壓濾機與半自動壓濾機。它們的比較
                  如下
                  見表
                  。
                  結構與性能 pgb-150型全自動隔膜壓濾機 ba150型半自動壓濾機
                  過濾面積m2 150 150
                  濾板材料與結構 純聚丙烯/ 角進料隔膜濾板 鑄鐵/ 中心進料
                  濾板損壞與積垢 少/ 不易積垢 較多/易積垢
                  自動化控制 整個過程全自動 自動保壓與拉板
                  結束進料功能 自動檢測與控制(流量/時間/^小流量) 人工觀測(時間/壓力)
                  相同工藝過濾周期 短/ 20~25min 長/ 60~120min
                  其它功能 機上自動洗布/機上酸洗/進料變頻控制
                  含糖(對泥) ≤0.5% ≥1.7%
                  濾布損耗 較多
                  含水率 少/ 30~35% 較高/ ≥40%
                  洗水量 少/ 2.2~3m3 較多/ 4~6m3
                  洗水造成錘度降 小/ 0.2~0.3ºbx
                  洗水時間 3~5min ≥20min
                  壓縮空氣消耗
                  過濾質量 很好
                  勞動強度
                  3000噸甜菜糖廠使用 1臺/ 增稠工藝 7~10臺/ 增稠工藝
                  隔膜濾板是壓濾機主要部件,采用純聚丙烯材料制造,具有重量輕、熱損失少、韌性好、機械強度高、耐腐蝕、不易積垢的優良特性。合理的隔膜設計與角進料結構,使壓濾機有更加完善的功能。
                  先進的自動化控制,可以保證^優化的工藝得以實施,plc與變頻控制可保證在過濾初期清汁質量,還能^大發揮壓濾設備變量進料的效率。

                  通過隔膜壓榨可有效降低濾餅含水率、縮短進料時間、增加洗水效果,在卸泥前已將濾餅壓榨成型,^大的降低了含水率,可順利完成卸泥過程。半自動壓濾機要順利卸泥,就要依靠增加進料時間與壓力,使濾泥填滿濾腔并降低含水,只有在濾腔完全充滿后,吹氣與洗水才能起作用,但碳法濾餅易龜裂,使洗水與吹氣性能受到很大限制。半自動壓濾機在過濾的后期,耗時很大、過濾效率很低。應用隔膜壓榨,提高效率剪除過濾低效時間,還可減少濾餅含水分,參見圖4。

                  圖4 通過隔膜壓榨提高效率降低濾餅含水分

                  全自動隔膜壓濾機能達到洗水時間短、洗水量少還可使濾餅糖分降低,主要原因是在高效進料段就結束了進料過程。一般結束進料時流量在100m3/h左右,這時濾餅結構松散透水性能良好,兩層濾餅間有洗水通路,通過正洗水、中間壓榨與角洗水的合理搭配,達到高效洗滌濾餅的目的。在適量的正洗水后,通過隔膜進行微壓榨過程,可在不完全壓實濾餅情況下,將濾餅空間收縮修補裂痕,使洗水均勻穿透整塊濾餅,洗水與吹氣不產生短路現象,提高洗水效率,節省壓縮空氣,達到了更好的效果。

                  全自動隔膜壓濾機可以保證過濾與洗水效率的另一關鍵問題,是具有機上洗布與酸洗功能。壓濾設備在過濾過程中,主要是依靠泥層作為過濾介質,但濾布的過濾阻力也是不可忽視的因素,特別是濾布應用幾個周期后,過濾與洗水過程中,如不能及時清理濾布表面所積的泥垢,阻力要成倍增加。如果是在若干過濾周期中有幾次工藝狀況不好的情況,會全面影響其它架次的過濾與洗水。在一般工藝情況下40~50個過濾周期,要洗一次布,如果有飽充不正?,F象,要在情況好轉后立即洗布,假如不及時清洗濾布,洗水流量下降非常明顯,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,同樣洗水量洗水時間被數倍延長。在15~20個洗布周期后,就要對壓濾機進行酸洗,酸洗過程中可將濾板、濾布背面、管道與閥門、視鏡等進行全面洗滌,達到徹底軟化濾布的目的。

                  半自動壓濾機無機上洗布功能,要在應用一段時間后將濾布拆卸下來洗滌,人工與設備條件都將限制洗布周期不能很短,喪失了壓濾機適應工藝條件變化的能力,使過濾與洗水效能受到嚴重制約。此方面的反應,在原糖加工中更為明顯。人工拆洗濾布勞動強度大、參與人員多、消耗時間長,為生產管理帶來很多困難。拆洗是濾布導致損耗與漏榨的重要因素,洗滌后會造成濾布縮水變型,新更換的濾布還有在機上使用定型的過程,易出現漏榨現象。

                  全自動隔膜壓濾機過濾質量要好于半自動壓濾機,雖然兩種設備在過濾原理上是相同的,但全自動隔膜壓濾機在進料上采用變頻控制,其優勢在于:一是可根據泥層增加逐步增加過濾壓力,充分發揮泥層過濾的優勢;二是開始過濾時泥漿泵在變頻控制下,轉速低可保護泥漿中顆粒少受破壞,盡快建立起架橋效應,這些是在半自動壓濾機無法實現的。

                  (2)甘蔗亞法糖廠過濾設備比較

                  亞法糖廠應用的幾種過濾設備結構與性能的比較如下表。

                  性能  真空吸濾機 無布真空吸濾機  半自動壓濾機  全自動隔膜壓濾機
                  過濾方式 連續  連續  間歇  間歇 
                  設備結構  真空轉鼓 真空轉鼓   中心進料 鑄鐵濾板 中心進料 聚丙烯隔膜濾板
                   過濾介質   濾布 不銹鋼篩板 濾布 濾布
                  過濾面積   35m2 35m2 150m2  180m2
                  清汁質量   很好 ^好
                  濾清汁 平均流量  15 m3/h    4~6 m3/h 10~13 m3/h
                  干濾泥轉光度  8~14.1%  4~6%  16%  4~9% 
                  濾餅含水率   高/73~75%  高/73~75% 較少/≥60%  少/≥48%
                  卸餅狀況 一般 一般/有時粘網 困難/濾餅粘布 迅速/濾餅完整
                  干濾泥 平均產量 t/h 0.65 0.6   0.12 0.45
                  濾布損耗  多 較少
                  總洗水量 48~72m3/天 48~120m3/天 較少 28~36m3/天
                  洗水造成清汁錘度降 較大/全進清汁 大/全進濾液 小/全進清汁 小/一部分進清汁
                  洗水時間 連續 連續 15~40min 8~15min 
                  洗布水污染 嚴重 450m3/天 基本無 基本無
                  對沉降及其它影響 無   有影響 無 
                  設備效率  較高   較高
                  勞動強度  低  
                  (3)全自動隔膜壓濾機亞法應用性能分析
                  應用在亞法制糖的全自動隔膜壓濾機,在結構與工藝設計上,充分研究了亞法過濾的特點,結合先進控制設備,完善的機上洗布與酸洗功能,不僅解決了半自動壓濾機存在的主要問題,還使每臺全自動隔膜壓濾機成為一個過濾系統,使過濾設備適應工藝變化能力得到加強,基本上保證每次過濾工藝效果^接近。
                  通過實踐我們總結出在亞法過濾中,濾泥顆粒細膩,泥層阻力很大,洗水與壓榨時間較長,要提高過濾效率就要增加過濾面積,提高一個過濾周期內處理干濾泥能力?,F在國內亞法糖廠應用的壓濾機,大部分過濾面積在150~180m2,這適用于小型糖廠應用,可以均衡間歇過濾設備工作特點,但對于3000噸以上的糖廠,應該應用250m2以上的壓濾機。一臺250m2全自動隔膜壓濾機,生產能力可以達到35m2真空吸濾機水平。  
                  四、經濟效益分析
                  全自動隔膜壓濾機在國內糖業是新生設備,在南方與北方的糖廠都有應用。
                  (1)全自動隔膜壓濾機在碳法糖廠與半自動壓濾機比較

                  1、降低濾泥糖分損失

                  碳法糖廠濾泥產量大,通過降低濾泥糖分,可創造很大經濟效益。全自動隔膜壓濾機濾泥平均含糖在0.5%(對泥)以下,而半自動壓濾機濾泥平均含糖在1.7%以上。對3000噸糖廠,全自動隔膜壓濾機糖分損失約0.95噸/天,而 半自動壓濾機糖分損失4.5噸/天,相對減少3.5噸/天,按生產170天計,減少濾泥糖分損失595噸,價值約167萬元。

                  2、減少濾泥量節約回填場地與運輸費用
                  由于濾泥含水率降低,使濾泥輸送量減少。50萬噸甜菜降低的濾泥重量約28600噸,運輸與回填費用折合人民幣約27萬元。
                  3、節約濾布損耗
                  半自動壓濾機加工50萬噸甜菜需用國產濾布56套,全自動隔膜壓濾機需用進口濾布2套,節約濾布費用折合人民幣約25萬元。
                  4、以上的直接經濟效益為219萬元,此外還有多回收熱水、降低蒸發負荷、減少設備數量與維護費用等一些間接經濟效益。
                  (2)全自動隔膜壓濾機在亞法糖廠與半自動壓濾機比較
                  1、降低濾泥糖分損失
                  亞法糖廠濾泥產量相對少,但含糖高,降低濾泥糖分也有很大經濟效益。全自動壓濾機干濾泥平均轉光度可控制在9%以下,而一般半自動壓濾機干濾泥轉光度在16%,干濾泥與蔗比按照1.5%計算,50萬噸甘蔗可節約糖分損失折合人民幣大約為147萬元。
                  2、節約濾布與壓縮空氣消耗
                  配置洗布機后,可達到機上洗布,同時改進濾布縫制方法,可大量節約濾布。如果按照不安裝洗布機來計算,可節省濾布損耗在6~7萬元以上。隔膜壓榨可減少壓縮空氣消耗,在此方面可節電2.6萬元。
                  3、以上的直接經濟效益為156萬元,還有提高設備效率、提高產品質量、改善操作環境等間接經濟效益。
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