第五章蔗汁絮凝的分离设备

第五章蔗汁絮凝的分离设备目的：必须将这些絮凝颗粒与清汁分离才得获得洁净的清汁。在糖厂均采用沉降、浮升与过滤手段。对沉降过滤处理的技术要求：（1）最完全地除去汁中的不溶性非糖分（2）不溶物（滤泥）附带的糖分减到最少（3）处理过程中极少发生蔗糖的转化或还原糖分解（4）不溶性非糖分的复溶减到最少（5）沉降或浮升过滤过程的速度最快，蔗汁停留时间最短。第一节沉降过程及设备一、沉降机理1.沉降过程的机理蔗汁经化学处理后所生成的悬浮固体颗粒，其直径为5~100μm，颗粒受重力作用能自行下沉，与清汁分离。在悬浮颗粒的沉降过程中，不同阶段有不同的沉降特性。沉降过程基本上分为两个阶段：(1)自由沉降过程沉降初期，颗粒之间距离大，颗粒基本上是单个地自由沉降，互不干扰，悬浮液中的颗粒在重力作用下迅速下降。(2)阻滞沉降过程蔗汁中颗粒密度增加，颗粒间距离较近，沉降时互相干扰，沉降速度下降，由于泥层愈来愈浓，颗粒间相互压缩，其过程相当缓慢，需要很长时间。沉降的条件：静止颗粒在液体中受到两种力的作用：重力浮力当重力大于浮力时，下沉；当重力小于浮力时，上浮；当重力与浮力相差很小时，颗粒在液体中呈悬浮状态。取决于颗粒与液体的密度差颗粒沉降的推动力：固体颗粒和糖液的密度差蔗汁的密度：1050-1100kg／m3，磷酸钙、亚硫酸钙及泥土的密度为2200—3000kg／m3，碳酸钙的密度约为2930kg／m3；果胶、蛋白质等高分子有机物密度较小，接近于蔗汁；蔗脂、蔗蜡的密度则比蔗汁更小，成乳浊液，或泡沫浮于蔗汁液面。澄清过程生成的亚硫酸钙、碳酸钙、磷酸钙等粒子数量多，而且它们与其它有机胶体物又是聚凝成—体的，在沉降时能将密度轻的胶粒包卷、吸附、团聚下沉。颗粒下沉时，颗粒与液体之间就有一个相对移动的速度，颗粒与液体之间存在摩擦力，摩擦力是阻止颗粒下沉的。沉降开始时，沉降速度很小，摩擦力很小，重力大于摩擦力，因此颗粒还会继续产生加速度，增大沉降速度。当沉降速度增大后，摩檫力也增大。沉降速度就不再增加了。若没有新作用力或阻力，颗粒将以这一沉降速度沉降。这个速度就是最大的沉降速度，这就是匀速沉降过程。沉降速度是鉴别澄清效果是否良好的一个标志。沉降速度大，则表示蔗汁胶体体系破坏彻底，非糖物聚沉得好；沉降速度也是设计沉降器的一项必要数据，一般根据沉淀颗粒的沉降速度来确定所需的沉降面积和体积。按公式计算的沉降速度与实际情况相差较远，一般用实测的数据2影响沉降速度的因素(1)颗粒的密度密度差是沉降的动力。沉降速度与沉淀物和蔗汁的密度差成正比。要加速沉降，必使沉淀物具有更大密度。要求在澄清过程中，使无机沉淀和有机物胶体凝聚物团聚在一起，。遇到不易沉降的顽性蔗汁时，加强硫熏，增加石灰用量或磷酸用量，以增大平均密度差，加速沉降。当沉降不理想时，检查硫熏强度是否偏低或磷酸用量是否合适。因为硫熏不足时、生成的亚硫酸钙没淀颗粒太少，使吸附胶体等杂质相对地减少，影响了平均的重度差。蔗汁中磷酸含量过多过少也不利于沉降。(2)颗粒大小及絮凝颗粒大并接近球形时沉降得最快。球形颗粒沉降速度与其直径平方成正比。在相同的密度下，颗粒越大，其沉降速度越快。A絮凝剂能使微粒形成大絮凝物，沉降速度明显加大。B大的颗粒和较小的微粒絮凝在一起，使大粒子带动微粒沉降，减少清液层的悬浮粒子(3)温度提高糖汁温度可以使胶体脱水凝结得更加紧密而增大其比重；降低糖液的比重和粘度，可提高沉降速度。亚硫酸法一般先将中和汁加热至98～102℃才入沉降器，作用是使沉淀颗粒在高温下进一步脱水团聚，同时降低蔗汁的密度与粘度。温度过高对蔗汁在酸性或碱性的条件下进行沉降分离时，会产生蔗糖的转化或还原糖的分解。要求温度控制稳定，以免温差引起糖汁的自然对流（４）胶体物质的存在及粘度的影响颗粒与蔗汁之间的摩擦力，阻碍颗粒沉降。粘度越大，摩擦力越大，颗粒沉降阻力越大。颗粒沉降速度越慢。粘度除与温度有关，胶体的存在、蔗糠水解、细菌发酵等都会增加糖液粘度。所以清净过程中要注意胶体的去除与防止新的胶体的产生。（除去蔗糠）在沉降过程中，蔗汁pH值必须要控制均匀、稳定。蔗汁pH值过高，还原糖碱性分解生成新的胶体，使蔗汁粘度升高；蔗汁pH值过低，则会使生成的沉淀不完全，沉降效果差。停留时间过长，高温会使部分胶体复溶，同时蔗糠中有果胶、树胶质溶解，增大蔗汁粘度，蔗汁pH值高时更明显，增大蔗汁粘度，影响沉降。（５）生产操作管理的影响操作与管理不当，会影响沉降器的正常工作。１蔗汁流量要稳定，即单位时间离开沉降器的清汁量与泥汁量等于入汁。压榨入汁、蒸发罐蒸发效能、过滤设备处理能力要稳定。2散气要充分3絮凝剂要与蔗汁混合均匀，用量要合适4蔗汁温度要稳定3沉降过程的化学变化沉降虽然是个物理过程，但由于糖汁停留进间较长，所以糖汁内会有一系列的化学变化。pH值的变化pH值可能会下降或上升。下降：（1）澄清过程中有磷酸氢钙沉淀等酸式盐存在，它们在长期受热中缓慢地转变成磷酸钙，放出氢离子；（2）蔗汁部分有机磷酸盐在长时间高温作用下，分解出磷酸；（3）还原糖的分解作用生成一些有机酸。下降的程度视蔗汁的温度和沉降的时间而定。pH值上升：（1）滞后反应：末溶解的石灰（末消和好的石灰）在沉降过程中逐渐溶解（２）碳酸法中，第一次碳酸饱充汁不用压滤机过滤而用沉降法，其中可能有一些蔗糖-石灰-碳酸钙复合物分解沉降过程pH值一般下降蔗糖转化和还原糖分解（１）酸性范围内沉降：注意蔗糖转化问题，因沉降时间长，温度高，pH值控制不好，转化损失是相当明显的。（２）碱性范围内沉降：考虑还原糖分解问题，这时特别注意温度的界限。要避免因还原糖分解而使糖汁色泽增加和品质降低。可逆性胶体的复溶沉降汁在90℃以上的较高温度长时间的沉降，加上pH值的变动，可能使一部分已沉淀的胶体恢复其胶体状态，增加糖汁粘度，对沉降不利，对纯度提高和糖汁的品质都会有一定的影响。（四）蔗渣糠的水解碱性糖汁：蔗渣糠，因长时间的沉淀而产生水解，果胶、树胶质等也可分解，使糖汁中可溶性非糖分和胶质物增加。以上反应将对糖汁带来不良的后果。所以在管理上，除了管好各项清净工艺指标外，重要的是缩短沉降时间。快速沉降器的出现，是减少上述反应的有效措施。二沉降设备（三）沉降器的类型及构造糖厂使用的连续沉降器可分为:多层沉降器和单层沉降器普通沉降器和快速沉降器目前国内糖厂，亚法多用多层连续沉降器。1、多层连续沉降器TDW型沉降器多尔型沉降器（TDJ型沉降器）单层快速沉降器环形套管的快速单层沉降器。结构：１环形入汁槽（１）２环形入汁筒（４）３档板（５）４两个出汁槽（２、３）５拨桨（６）６泥汁室（７）泥汁向下沉降，清汁则向上流。通过环形清汁槽2和3，流出器外。沉降器底部有拨桨6，将沉淀物拨向中央，在泥汁室7内进一步浓缩然后排出。特点：直径和容积都很大，器内蔗汁流速很低蔗汁在器内横向流动的距离较短，沉降器圆形截面上的蔗汁分布较均匀，沉降面积到得较有效的利用。静态快速沉降器由柳州科思达制糖技术有限公司近年研发。构造圆筒形。１档板２中心导流槽：由一组折流板组成３出汁槽入汁区、清汁区及泥汁区，明显分开、互不干扰三个区域构造中心导流槽作用：由一组折流板组成，加入絮凝剂的入汁降到折流板时展开，在折流通道上产生旋流，由于固相惯性大于液相而团聚于边界层，产生造粒和强制沉降双重作用，使沉淀颗粒变得越来越大。工作模式中间入汁，经造粒和强制沉降区（沉淀颗粒不断长大），到中下部后向四周均匀分布，沉淀物自行向下，清汁向上排走，汇聚于出汁槽排出，产生固液分离。出入汁在器内全面积上趋于均匀，基本上是以整层面进行，完全不干扰微粒的沉降，非常接近“静态”。特点：１入汁分为强制造粒沉降区和分配区２制沉降区、泥汁区和清汁区互不相干扰３单一的入汁及出汁装置，简化操作４不受干扰泥汁排出系统５温度、入汁及絮凝剂添加精确自控应用效果清汁清晰透明，悬浮物少，色值较浅停留时间短（２５－４５分钟），蔗糖转化损失少泥汁浓度高，泥汁量少。操作简易，不易反底，维修费用低。平流式快速沉降器构造：圆筒形，内部装有４件垂直互相平行的导流档板，将器体分隔成相互平行的六个区域底部为圆锥形。工作模式底部圆锥体内装有低速旋转的拨桨，促进沉淀物浓集，缩小泥汁体积，改善泥汁过滤，并消除泥汁区的死角。特点：１蔗汁水平流动的距离很长（10～15m），流动速度很低，非常接近“静态”，不会干扰沉淀物的沉降过程。２蔗汁顺着一定的通道顺序向前流动，后入汁和先入汁基本上不会相遇，因此蔗汁条件（如温度、密度等）稍有变化也不会产生强烈的对流，产生反底，工作状况比较稳定。３蔗汁停留时间短，２０～３０分钟４清汁质量高５蔗糖损失少。斜波纹板快速沉降器作用机理：斜波纹板快速沉降器固液分离是通过低速惯性边界层分离、融合曲面造粒、对流控制技术以及直立的斜波纹板组间向下倾斜的曲面通道来实现的，主要有三方面作用:(1)曲面造粒。弯曲的流道会产生边界层分离，以斜波纹板组作为分离元件，产生微旋流，增加了颗粒的碰撞机率，絮凝体长大。(2)强制固液分离。由于波纹板间的通道是由平滑弯曲的界面构成的，蔗汁通过时形成许多小旋流,在离心力作用下，使颗粒能较快地进行分离。(3)强制沉降。倾斜的波纹槽构成了导流通道，当含有悬浮颗粒蔗汁通过波纹板间的通道时，碰撞到倾斜的波纹槽壁会产生一个向下的分力，迫使絮凝物在重力G和惯性力的双重作用下向下及螺旋式流动特点１对流控制。对流效应是影响沉降器效率的重要因素。波纹板将沉降器分隔成许多部分，每两块波纹板间实际上就是一个独立的小型沉降装置，可将沉降器的对流效应减少到很低程度,颗粒不易反底，保证出汁的清澈。２停留时间仅为10～15min，系统效率高于连续沉降系统的2～3倍。２沉降效果良好，蔗糖转化损失少，清汁浊度低，色值低。沉降池沉降不好，清汁成白色及红色是何因，如何处理？清汁呈白色主要是:加灰不够，pH值过低，可提高pH值到指标内。清汁呈红色，可能是：1、pH值过高，可加少些石灰乳。2、硫熏强度不够。3、二次加热温度不够。清汁pH值比中和汁pH值偏高或偏低的原因pH值偏低的主要原因：1、酸式盐的分解。2、未成熟的甘蔗，常有较多的有机磷酸盐，如磷酸己糖等，它们在高温下很不稳定，在沉降器里会水解成酸，使清汁PH降低。3、如果中和汁原是偏碱性的，果胶、树胶等胶体物在碱性条件下不稳定，在沉降器100度的高温下可将其分解成有机酸，导致pH值下降。还原糖在碱性高温下也会分解成有机酸。pH值偏高的主要原因：石灰的生烧或过烧，生烧或过烧的石灰都比较难消和，常常带有石灰微粒进入蔗汁中，这些石灰微粒在温度较高的沉降器中继续溶解，因而使清汁的PH值升高。第二节过滤分离设备沉降后，清汁和泥汁的量（多层）清汁占70%~80%;泥汁占20%~30%,单层：泥汁较浓，所占比例较小泥汁含有一定量的糖汁，要用过滤的方法来回收。过滤设备普遍采用板框式压滤机或真空吸滤机。一、过滤的原理(一)过滤介质对悬浮物的阻隔过滤介质:过滤就是利用某种多孔物质，使悬浮液经过时，其中的沉淀物被截留，液体则成为清液而通过，这些多孔物质称过滤介质。常用过滤介质:滤布、细砂、多孔陶器等。糖厂多用滤布。过滤速度:每单位过滤面积(米2)在单位时间内(小时)所获得的滤液体积量(米3)。v=dV/Fdτ(米/时)架桥现象:过滤介质的毛细孔不一定要求比悬浮微粒小，因为过滤时，悬浮微粒会迅速附于纤维上，并在孔道中叠架成“桥”，这时滤渣本身起着主要过滤介质的作用。(二)过滤的推动力滤渣与过滤介质两端的力差,以滤渣层的一边压力较大。产生过滤推动力的方法:①.用泵在悬浮液一侧施加一定的压力——压力过滤.②.用真空泵或水喷射冷凝从滤清汁一侧抽真空——真空过滤.③.袋滤机利用液柱压力过滤(一般用于糖浆)——位压过滤.过滤的阻力:滤渣的阻力与过滤介质阻力之和。一般主要取决于滤渣的厚度及其特性。滤渣:可压缩的和不可压缩的。可压缩滤渣:指滤渣的体枳、排列和孔道大小随压强变化而变化。这时滤渣由无定形颗粒组成，