板框厢式隔膜压滤机
引言
过滤是制糖生产的重要环节,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,在真空的作用下糖汁通过滤布并分离滤泥。
无布真空吸滤机是国外原糖加工普遍使用的过滤设备,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,通过钢网与蔗渣糠组成的过滤介质,截留悬浮液中固体颗粒,实现固液分离。
2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。
2.1在碳酸法工艺中应用
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250～30g/l时,进料可在2～3min内完成,最大进料量可达20m3/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，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～l.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。
全自动隔膜压滤机在碳酸法糖厂上是高效设备,在增稠过滤中表现的尤为突出,一个过滤周期可在2～25min内完成,一次卸滤泥重量在340kg左右,每天可生产滤泥20吨左右,一台设备运行可满足日处理30吨甜菜糖厂生产要求。
2.2在亚硫酸法工艺中应用
在亚硫酸法制糖中,过滤液是沉降池底排出的泥汁,其中万胶方体数粒含量较高,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50～5分钟内完成,一般进料流量在60～20m3/h。根据云南瑞丽糖厂应用情况,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%。
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。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。
3比较与分析
3.1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。
| 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 | 无 |
| 含糖（对泥） | ≤0.5% | ≥1.7% |
| 滤布损耗 | 少 | 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/0.2～0.3°Bx | 大 |
| 洗水时间 | 3～5min | ≥20min |
| 压缩空气消耗 | 少 | 多 |
| 过滤质量 | 很好 | 好 |
| 劳动强度 | 低 | 高 |
| 30吨甜菜糖厂使用 | 1台/增稠工艺 | 7～10台/增稠工艺 |
3.1.2性能分析
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、耐腐蚀万、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。
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10m3/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,洗涤万后方会数造据成滤布缩水变型,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。
3.2亚法糖厂过滤设备比较
3.2.1无布真空吸滤机性能分析
无布真空吸滤机在国内有几年的应用历史,保留了吸滤设备结构简单、连续过滤、操作方便的优点,同时又解决了生产与环保的矛盾、降低了滤泥的转光度,这是该设备被部分制糖企业认同的根据,但它也存在一些难以解决的问题,在生产中逐渐表现出来。
无布真空吸滤机过滤效果差,滤液回流导致已絮凝的沉淀物会复溶,为工艺处理增加负担,要获得相同的澄清效果,必须提高硫熏强度,增加澄清费用,在工艺上是不可取的。在环保上无洗布水,减少排污费用,在经济上是可取的。可见无布真空吸滤机,是解决现行真空吸滤机带来的环保问题的暂时替代设备,但它还有很多无法解决的问题。
3.2.2半自动压滤机亚法应用分析
半自动压滤机在亚法过滤中,以其过滤质量好、可配合无布机在停产时清空沉降池、对环保没有影响等优点,被广泛应用。亚法糖厂应用的大部分设备,在结构与工艺上,沿袭了碳法应用的设计,没有及时结合亚法泥汁特点,进行专项开发,影响了压滤机设备在亚法过滤中性能的发挥。
半自动压滤机在过滤中能够保证较好的质量,主要是由于过滤介质是滤布加滤泥层,滤泥层的空隙要比滤布小,随厚度增加过滤阻力迅速增长,过滤质量越来越好,过滤效率逐渐下降。亚法滤泥胶体团粒比较多,在滤腔内滤饼比较松软,容易粘结在滤布表面,如果进料不能充满滤腔,滤饼不能降低水分成型,卸泥将十分困难。如果进料充满滤腔,滤饼阻力很大,通过洗水降低滤泥糖分困难要大于其它设备。
在现行亚法制糖应用半自动压滤机,主要问题是劳动强度大、糖分损失高、卸泥困难、滤泥对滤布的粘结不能及时得到清洗、单机过滤效率偏低与滤布损耗较大等问题,这些问题都严重影响现代企业生产管理,已很难适应生产发展的需要。
3.2.3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,大部分过滤面积小于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30吨以上的糖厂,应该应用250m2以上的设备。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。
4经济效益分析
全自动隔膜压滤机在国内糖业是新生设备,在南北糖厂都有应用。4.1全自动隔膜压滤机在碳法糖厂与半自动压滤机比较
4.1.1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,一般采用半自动压滤机滤泥平均含糖在1.7%以上,按照30吨糖厂,加工50万吨甜菜计算,可减少糖损:
半自动压滤机糖分损失:190吨泥/天÷（50%/70%）X1.7%～4.5吨/天
全自动隔膜压滤机糖损:190吨泥/天X0.5%～0.95吨/天
每天减少滤泥糖分损失:3.5吨/天
50万吨甜菜可减少糖损:3.5吨/天X170天=595吨
折合人民币大约在:595吨X280元/吨～167万元
4.1.2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。
4.1.3节约滤布损耗
半自动压滤机加工50万吨甜菜用国产滤布:5.6套/台X10台=56套。
全自动隔膜压滤机50万吨甜菜用进口滤布:2套/台X1台=2套。
节约滤布费用折合人民币:56套X80元-2套X100元～25万元。
4.1.4可直接得到的经济效益为219万元,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。
亚法糖厂滤泥产量相对少,但含糖高,通过降低滤泥糖分,也可创造很大经济效益。
全自动压滤机干滤泥平均转光度可控制在9%以下,一般采用半自动压滤机平均干滤泥平均转光度在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:500X1.5%X（16%-9%）X280=147万元。4.2.2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。
结论
全自动隔膜压滤机适用于不同的制糖工艺条件,可以大幅提高设备效率,降低糖分损失,没有环保负担,可获得最佳过滤质量。
技术：188517-18517
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