预涂型转鼓真空过滤机及其在淀粉糖化液过滤中的应用

7王一 《食品与发酵工业》 Food and Fermentation h1dustries ． 1995 No．1 潮 糨叱坡，过 ，真 预涂型转鼓真空过滤机及其在淀粉糖化液 过滤中的应用 登蒸扎 (轻工业部食品发酵I业科学研究所 ，北京．100027) 在淀粉制糖中，糖化液的精制工序 ：糖化 液一脱色一过滤一离交一精制糖液。过滤的 目的是 除去糖化液 中的不溶杂质，是淀粉糖 化液的主要精制工序之一 过滤操作的好坏 直接影响到产品的质量、成本和生产水平 在 淀粉制糖 中，传统的过滤方法是采用聚丙烯 板框压滤机对脱色后的糖化液进行过滤，这 种传统的过滤方法存在一些缺点：其一、压滤 机使用一段 时间后，由于板、框变形引起板、 滤布、框间压不严实造成漏液、喷料，引起过 滤后的液体不清，影响正常生产；其 二、间歇 操作劳动强度大，劳动环境差，自动化程度 低；其三、过滤速度随着滤饼的逐渐增厚而降 低，而且滤饼的洗涤和滤布的洗涤回用较费 时间、劳动强度大、效率低。为了克服上述缺 点，采用了预涂型转鼓真空过滤机代替传统 的聚丙烯板框压滤机进行糖化液过滤 预涂型转鼓真空过滤机在国外使用比较 普遍，我国 1 981年从美国引进，由于各方面 的原因，国内当前使用该机的厂家不多。 通过年产 3000t液体葡萄糖浆及 2000t 高果糖浆的生产实践，预涂型转鼓真空过滤 机对糖化液过滤，不但可 以克服传统过滤方 法的部分缺点，而且还可以提高过滤速度。其 主要特点可归纳为：(1)过滤始终在新鲜的预 涂层表面上进行 ，从而过滤速度很快 ；(2)可 以稳定地获得澄清的滤液；(3)因为不会堵塞 滤布，所以能过滤含细微颗粒的滤浆；(4)保 养容易 ，除了预涂层形成期间外 ，几乎不需人 72 手 。当然，采用预涂型转鼓真空过滤机代替传 统的聚丙烯板框压滤机的过滤方法也带来了 一 些新问题：(1)卸除的滤饼中含有硅藻土助 滤剂；(2)因为必须使用助滤剂，所以增加了 费用，而且也增加了滤饼的体积。尽管如此， 在生产 中，只要我们选择合适 的过滤工艺参 数，就可以尽量减少这些问题。 预涂型转鼓真空过滤机的 工作过程和原理 图 l为预涂型转鼓真空过滤设备 图。 预涂型转鼓真空过滤机的工作由预涂助 滤剂(如硅藻土)和过滤两个过程组成。其工 作过程和原理如下：工作时，先启动转鼓和搅 拌器，并将预涂罐内预先配制好 的硅藻土混 合液泵人过滤机 内的料槽 中，当硅藻土混合 液在料槽内达到一定高度(液位)后 ，再启动 真空泵。在真空泵的抽吸作用下，转鼓表面将 不断吸上硅藻土混合液进行分离，分离的滤 液透过滤布，经滤室、滤液管吸到自动平衡排 液器内，而硅藻土颗粒则被不断地截留而形 成均匀的硅藻土滤层并逐渐增厚 ，直到达到 所需的厚度。该硅藻土滤层即是待过滤糖化 液的过滤介质，一定厚度的预涂层形成后，即 可将糖化液泵人料槽 内进行过滤操作，滤液 在真空抽吸作用下，穿过硅藻土预涂层被吸 维普资讯 http://www.cqvip.com 《食品与发酵工业》 l and Fermentation Industries 入 自动平衡排液器内 过滤开始时，滤液不 清，进行回流，检测达到指标要求后 ，终止滤 液回流，将滤液泵入清糖液贮罐内。在过滤过 程 中，糖化液中的活性炭及微细颗粒刚被截 留在硅藻土表层，并被 自动切入硅藻土表层 的刮刀不 断将其刮除 (连 同硅藻 土表层一 起)，从而达到固液分离的目的 随着过滤过 程的连续进行 ，高度澄清的滤液将不断地被 吸出，转鼓上的硅藻层不断减薄更新．待硅藻 土层减薄到一定厚度时，将停止刮刀进刀。一 个过滤操作循环即告完成。经冲掉剩余的硅 藻土层(可用于下一个操作循环预涂过滤层 中)后，再重新放入硅藻土混合液，即可开始 下一个操作循环 回流 去下工段 l。{ i．i 空气 一 { 图 1 预绦型转 鼓真 空过砖 设备 流程示 意臣 l、2预涂罐、脱色罐(互用){ 3．泵 } 4．预涂型转鼓真空过滤机 } 5．滤饼排出槽 6．自动平衡排液器； 7．滤液槽 ； 8．真空泵} 9．气水分离罐 影 响 过 滤 的 因 素 一 、硅藻土助滤剂 在过滤过程 中采用硅藻土助滤剂过滤， 从性质上讲有三种作用t(1)筛分作用；(2)阻 留作用；(3)吸附作用。从这三种作用看，过滤 中采用硅藻土助滤剂作为过滤介质，主要的 目的是将悬浮在滤液 中的固体粒子截留在此 介质的表面及通道中，以使固液达到分离。硅 藻土助滤剂颗粒的大小影响过滤速度和过滤 液的澄清。如果硅藻土助滤剂的比表面积小， 料液流过助滤剂滤层时所受到的阻力也就越 小 ，助滤剂的比表面积与阻力是成正比的，因 此在允许澄清度的范围内，要尽可能减小其 比表面积，否则比表面积过大，颗粒过细，比 阻增加 ，流速降低。 二、滤布 滤布的功用只是承住硅藻土，在过滤时 糖化液中的杂质不与滤布接触，不致堵塞滤 布 的孔隙，这样可以保持较高的过滤速度和 较长的过滤周期。滤布的选择是否合适，直接 影响到预涂层是否易于形成及过滤速度和过 滤澄清度等。在选择滤布时，应考虑选用透气 性好、滤布尺寸稳定、耐温、强度高、清洗容 易、与硅藻土助滤剂相匹配的滤布，使其易于 迅速形成预涂层。 三、预涂液的浓度 预涂液的浓度较稀，形成预涂层的堆集 层不稳定，易脱落，另外，形成的预涂层所需 的时间较长，将会无谓地增加操作费用。预涂 液较浓，水份含量相对较少．易收缩而出现裂 纹．导致滤液过滤不清；其次，输送管道易发 生堵塞而影响生产。转鼓在推荐的转速、浸没 深度和真空度下操作时．硅藻土浆的浓度在 4 ～8 的范围内对迅速形成预涂层最为有 效 四、真空度 真空度的高低直接影响到预涂层形成的 好坏及过滤糖化液的速度和澄清度。真空度 较低时，预涂层形成的时间较长，糖化液过滤 澄清度高，但过滤速度较慢；真空度较高时， 开始截留在转鼓表面上的薄的硅藻土层脱水 73 维普资讯 http://www.cqvip.com 《食品与发酵工业 Food and rn1er衄右衄 IndustrieS 太快 ，随后就会产生裂缝。当硅藻土层变厚 时，真空度不断上升而不裂缝 ，因为较厚的硅 藻土层含较多的液体。在过滤时，采用较高的 真空度可以获得较快的过滤速度，但澄清度 将受到影响 在生产中要控制好真空度，预涂 层形成期问，真空度可先低后高，过滤过程可 适当提高真空度。 五、预涂层的厚度 硅藻土助滤剂预滁层，除了其 良好的吸 附性能外，微细的土粒堆集而成为形态复杂、 类如“迷宫”式的曲折微孔通道，这就使它作 为一种过滤介质，始终保持了良好的滤过性。 因此预涂层要保持适当的厚度，太薄将会使 堆集层不稳定，使滤液混浊，增加 回流时间； 其次不能满足大量生产的需要。太厚则增加 了用土量 ，增加了过滤阻力，且表面的结构也 不致密，一旦浸人滤槽中，就会出现部分脱落 现象，影响生产。预涂层厚度的选择，除了考 虑被过滤的糖化液的数量外，还要考虑到此 厚度应能获得澄清液的前提下，获得足够高 的过滤速度。 六、转鼓转速 转鼓转速的快与慢直接影响预涂层的形 成、过滤速度和滤液澄清度。在预涂层形成期 间，转速较慢时，由于在滤槽中脱水干燥时间 较长 ，新形成的薄的预涂层会出现裂缝。当转 速较快时，在转鼓上新形成的薄的预涂层很 快就转人滤槽中，这时预涂层剥蚀速度超过 预涂层形成的速度，就阻碍了预涂层的形成。 在糖化液过滤期间，转速较慢时，当真空度不 变时，由于被截留在预涂层上的滤饼较厚，较 致密，而使滤液较清，但影响了过滤速度。转 速较快时，可提高糖化液的过滤速度，但影响 了滤液的澄清。我们应当选择适当的转鼓速 度．以使预涂层易于形成，在满足澄清度的要 求下，有较快的过滤速度 七、转鼓浸没深度 在预涂层形成期间，浸没深度应能使预 涂层保持住水份 不易产生裂纹且不易剥蚀 的深度，这样转鼓每转一圈会有足够的硅藻 74 土混合液截留到有较多 的过滤表面，以迅速 形成预涂层要求的厚度。预涂层形成期间，浸 没深度超过于 300rnm即可 八、刮刀的进刀速度 刮刀的进刀速度决定了过滤周期的长短 和流速的快慢 。进刀速度快则过滤周期短、流 速快，硅藻土滤层没有得到充分利用，减少了 使用寿命，增加了过滤费用，另外滤液的澄清 度也会受到影响。反之，周期长、过滤速度慢、 滤液澄清度提高。适当的进刀速度可得到合 适的(即经济、效率高的)过滤速度。在这种情 况下，刮刀仅刮掉悬浮在过滤表面上悬浮的 固体，转鼓转动一圈偶而多刮掉一点，足够恢 复新鲜的过滤表面，这样问断的修刮过滤表 面，能增加过滤层的寿命，降低过滤成本。 总之，预涂型转鼓真空过滤机的过滤操 作有两个基本步骤：迅速、均匀而无裂缝地形 成预涂层，在达到所希望的流速和澄清度下 进行长时间经济的过滤操作 。 预涂型转鼓真空过滤机的操作的关键在 于预涂层的形成。预涂层出现裂缝和脱落现 象是预涂型转鼓真空过滤机过滤的主要问 题，它的主要原因是 由于预涂层过分脱水而 引起的，特别是在形成预涂层初期，此时较高 的真空度最容易将液体吸出，导致预涂层开 裂、滤液澄清度下降。裂缝通常是预涂层从转 鼓上脱落的前兆，而影响生产的正常进行。预 涂层形成和脱水的迅速取决于助滤剂的选 择、滤布、预涂液的浓度、真空度、转鼓转速、 转鼓浸没深度等每一个相互联系因素的适当 控制 良好的过滤，取决于预涂层的厚度、真空 度、转鼓转速、转鼓浸没深度、刮刀进刀速度、 料液性能等主要因素的最佳组合。 生 产 应 用 情 况 一 、技术参数 预涂型转鼓真空过滤机的主要技术参数 维普资讯 http://www.cqvip.com 《食品与发酵工业》 Food and Fermentation Industries 如下 ： 过滤面积(m )： 25 转鼓直径(“Ⅱl1)： 1 600 转鼓宽度(“Ⅱl1)： 1060 真空头数(个)： 18 转鼓转速(rpm)： 0．1 56～1．56 搅拌器摆动次数(次／rain)： 25 刮刀进刀速度(mm／rnin)：0．O34～0．34 刮 刀退 刀速 度(mm／n~n)： i 8．5 二、工艺参数 表 】是在年产 3000t液体葡萄糖浆和年 产 2000t高果糖浆试生产中使用 5m过滤面 积的预涂型转鼓真空过滤机过滤糖化液的工 艺参数。表中数据说明： (1)预涂层厚度可根据每天需过滤的糖 化液的多少来确定 其厚度≥60rmn。 (2)转鼓真空度及转鼓转速可根据实际 的生产情况傲一些谰整 (3)在年产 2000t高果糖浆试生产中，由 于真空系统出了问题，故上表 l中的真空度 数据偏低 。 (4)该机的刮刀进刀速度是通过调节直 流电动机的电压来反 映刮刀进刀速度的变 化。故上表中的刮刀进刀速度单位用电压伏 f 特(V)表示。 表1 采用5hp 过滤机过滤董化液的工艺参数 正 。 3000t 拒 2000t 工艺 参数 蔽体 葡萄糖 浆 高果糖 浆 硅 藻 I颗 拉( l5～45 l5～45 预凉 液浓度 ( ) 6～8 4～ 8 滤布 丙纶或 涤纶 尼龙 预涂层厚度(mm) 6O一90 60～1O0 转 鼓 预涂 (MPa) 0．04～0．05 0．033～O．04 真空 度 过 滤(MPa) O．O5～0．06 0．O32～0．05 转 鼓 预涂 (rpm) 1～ l|25 l 转 速 过 滤(rpm) 0．5 0．j 转鼓 爵没 深度 (n一) > 300 >300 刮刀进刀速度 V 18～22 18～20 三、生产情况 表 2是在年产 2000t高果糖浆试生产中 连续 7批的生产情况 表 2 年产 2O00t高果糖浆生产中连续 7批的生产情况 生产 日期 8月 日 8月 6日 8月 8日I8月 9日 8月11日l 8月 12日 8月13日 硅藻土用量(kg) 160 2O l20 1。 60 I 60 0 过蔗 糖化液 的体 积(m。) 16．0j l6 7 9_4 10 8 9·8 1 9·9 l1 8 过摅 时间 (h) 9．33 l0．4 5 6_l6 6 l6 过滤 速度 (m ／h) I_72 l 6I 1．96 c I．6 1．92 在生产中硅藻土的用量及是否需加硅藻 土可根据实际情况来决定 上批未刮下的硅 藻土预涂层可用于下批的生产中。从表 2中 看出：硅藻土的平均用量：4．97kg／mj，平均过 滤速度 ：1．76m ／h。 使用预涂型转鼓真空过滤机与聚丙烯 板框压滤机过滤的比较 一 、过滤速度稳定 预涂型转鼓真空过滤机在过滤过程 中 由于刮刀将沉积在过滤表面上有杂质的硅藻 土薄层刮掉，能保持过滤面总是于净的硅藻 土层，使过滤始终在新鲜的预涂层上进行，不 会 出现预涂层孔隙发生堵塞的现象 ，这样过 滤的速度不致降低，使过滤速度稳定。而板框 压滤机的过滤速度随着滤饼的逐渐增厚、阻 力增加而降低。 二、过滤速度高 在年产 2000t高果糖浆生产中采用过滤 面积为 5m 预涂型转鼓真空过滤机过滤糖化 液的平均过滤速度为 1．76m ／h。 采用的过滤面积为 40m。的聚丙烯板框 75 维普资讯 http://www.cqvip.com 《食品与发酵工业》 Food and Fermentation Industries 压滤机在年产 2000吨高果糖浆生产中，过滤 糖化液的平均速度为 1．o～1．1ma／h。 三、过滤液质量稳定 使用预涂型转鼓真空过滤机，当外界影 响因索：如转鼓转速、真空度、刮刀进刀速度 适当且不变时，因进料方式为真空吸料方式， 吸人滤层均匀不易损坏，吸料始终在新鲜的 预涂层表面进行，且操作莲续，使过滤液质量 稳定 使用聚丙烯板框压滤机时，因滤布磨损 厉害易破 ，板、框易变形，保持密封困难，进料 方式 为压力进料方式易冲坏滤层，间歇操作 连续处理量不大 ，造成滤液质量不稳定。 四、劳动强度降低 ，工作效率高 使用预涂型转鼓真空过滤机 ，机械化程 度高，能 自动连续操作，处理量大，保养容易， 除 了'预涂层形成期间外 ，几乎不需操作人员， 劳动强度降低 ，工作效率高 使用聚丙烯板框压滤机 ，由于是间歇操 作，准备工作时间长，另外滤布磨损厉害，保 持密封困难 ．拆卸、清理 、重装的操作繁重 ，另 外滤饼的洗涤及滤布的洗涤较 费时间，劳动 强度大，工作效率低 五、与物料接触的材料性能好 使用预滁型转鼓真空过滤机，与物料接 触的材料为不锈钢材，耐温高 ．不易变形，过 滤材料性能稳定。 聚丙烯板框压滤机与物料接触的材料为 聚丙烯材料，长期使用板框易变形、老化引起 强度降低，造成喷料等，影响正常生产。 六 增加辅助设备、辅助材料的投入，使 生产成本增加 预涂型转鼓真空过滤机过滤的特点是： 在正式过滤前先在滤布上形成预涂层，尔后 正式过滤便依靠 预涂层来完成，过滤的推动 力是靠真空抽滤来完成的 这样，辅助设备增 加了真空系统设备，辅助材料增加了硅藻土 助滤剂 ，另外卸除的滤饼中含有助滤剂，所以 不能用在以滤饼为产品的场台，使设备投资 和生产成本增加。 76 使用聚丙烯板框压滤机，过滤辅助设备 需增加洗涤滤布的洗布机，辅助设备少，辅助 材料仅需滤布即可。 七、工作环境有所改善 预涂型转鼓真空过滤机在过滤过程中． 由于刮刀 自动刮下的滤渣送进一容器 中，另 外滤布上的硅藻土助滤剂卸下及冲洗容易， 故工作环境有所改善。 聚丙烯板框压滤机由于拆卸板、框 滤布 和清洗滤渣、滤布都需要操作人员来处理 ，这 样不可避免的要影响周围的工作环境 一 、 使用预涂型转鼓真空过滤机在过滤 淀粉糖化液的生产中表明：在过滤速度、劳动 强度、工作效率等方面优于传统的聚丙烯板 框压滤机过滤淀粉糖化液的方法。 二、使用预馀型转鼓真空过滤机过滤淀 粉糖化液操作的好坏关键在于预涂层形成的 好坏。而 良好的预涂层取决于助滤剂的选择、 滤布、预涂液浓度、转鼓真空度、转鼓转速、转 鼓浸没深度等因素相互联系的适当控制，它 是良好过滤操作的关键。而经济的、效率高的 过滤操作的关键取决于预涂层的质量及厚 度、转鼓真空度、转鼓转速、转鼓浸没深度、刮 刀进刀速度、料液性能等因素的最佳组合 参考文献 [1：张力 田：《淀粉糖》，轻工业 出版社 ，1981 [2]唐立夫等：《过滤机 ，机械工业出版社．1984 [3]陈名南(译)；淀粉与淀糖t1982，No．3 43 - 4]J．G．Brennan，et al-：CFo~I D ∞哪“g( 卜 an㈣ ．Applied Scieaoe PaNishersIAmi ．LONDON． 1979 [5]} y c ：~Fermentation and Biochemical — gineering Handhoak：~，Noye~Publieation~，1983 [6]C1y& 0h：《Hl廿an0n 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