高效能臥螺離心機在酒糟醪液分離中的應用

許珊珊

海申機電總廠(象山)(浙江寧波 315718)

酒精生產的原料大多為玉米、小麥、高粱等淀粉作物，廢醪液中含有固體酒糟、可溶性蛋白質及多種氨基酸，直接排放不僅浪費資源，而且嚴重污染環境，影響酒精工業的可持續發展。對廢醪液最有效的處理方法是利用其生產干酒糟及其可溶物(DDGS)，即酒糟及可溶性蛋白飼料。該方法可較徹底地解決環境污染問題，并給企業帶來可觀的經濟效益。

隨著國家環保力度的加強以及酒精生產廠家節能減排要求的提升，常規臥螺離心機已不能滿足新生產工藝條件下酒糟醪液分離的要求，如進料固含量提高、處理量提高、排放渣固相含量提高、分離液含固率降低以及低能耗等。海申機電總廠(象山)順應市場需求，研發制造出LW系列高效能專用臥螺離心機，滿足用戶的不同需求。該系列離心機可應用于環保行業(如市政污水處理及污泥脫水、農業生產廢水處理、制藥廠綜合污水處理)，食品行業(如蛋白分離、果汁除渣、動植物油的凈化)等。

1 酒精生產工藝及DDGS生產工藝流程

以玉米、大米等為原料，經過機械粉碎、攪拌、蒸煮、發酵、蒸餾等過程，最終得到酒精產品，具體流程見圖1。酒精生產過程中產生大量廢酒糟醪液，將廢醪液分離，部分濾液回用，部分蒸發濃縮至糖漿狀，再與分離后的濕酒糟混合、干燥，制成DDGS。由圖1可知，離心機是酒糟醪液分離生產DDGS工藝中的重要設備之一。

圖1 酒精及DDGS生產工藝流程

2 高效能臥螺離心機的組成及工作原理

2.1 高效能臥螺離心機組成

臥螺離心機主要由旋轉部件和靜止部件兩部分組成。旋轉部件主要包括轉鼓、螺旋、行星差速器、皮帶輪；靜止部件主要包括機殼(機罩、機座)，軸承部件(左軸承、右軸承)和驅動部件(主電機、副電機)。具體如圖2所示。

2.2 高效能臥螺離心機工作原理

如圖2所示，在機殼(8)內有2個同心裝在主軸承(3和10)上的回轉部件，外面是無孔轉鼓(5)，內面是具有螺旋葉片的輸送器(6)。主電動機(13)通過三角皮帶輪(11)帶動轉鼓旋轉。轉鼓通過左軸承處的空心軸與行星差速器的外殼相連接，行星差速器的輸出軸帶動螺旋輸送器與轉鼓作同向轉動。懸浮液從右端的中心加料管(12)進到轉鼓內，在離心力的作用下，轉鼓內形成了一個環形液池，重相固體粒子離心沉降到轉鼓內表面上形成沉渣。由于螺旋葉片與轉鼓作相對運動，沉渣被螺旋葉片推送到轉鼓小端的干燥區，從排渣孔(9)甩出。在轉鼓的大端蓋上開設有若干溢流孔(4)，澄清液便從此處流出，經機殼的排液室排出。[1]

圖2 臥螺離心機組成

3 高效能臥螺離心機技術特性

高效能臥螺離心機結合了普通臥螺離心機的特點，并在此基礎上通過結構優化設計：提升了轉速，從而提高了分離效率和處理能力；增大了擠壓能力，提高了渣相的干度；增強了耐磨性、設備穩定性，延長了離心機使用壽命。該型離心機具有運行安全可靠、適應性強的優點，可以處理普通臥螺離心機難以處理的物料，如顆粒細、密度差小、黏度大的物料。

3.1 機械結構特性

3.1.1 大長徑比

離心機長徑比是轉鼓內有效分離長度與轉鼓內直徑的比值。長徑比越大，物料的有效分離沉降區域越大，可大幅延長物料在轉鼓內的停留時間，提高排放液中固形物的去除率，降低排放固相中的液相含量。常規臥螺離心機的長徑比一般不大于3.7，而高效能臥螺離心機的長徑比大于4，大大提升了分離效果。高效能臥螺離心機分離后的清液總固含量由不小于5%降到不大于3%，易于后道工序的蒸發濃縮，提高蒸發效率，提升濃縮工段的生產穩定性，極大降低能耗。

大長徑比增加了有效離心沉降面積，即增大了處理量：與普通機型相比，實際處理量由不高于15 m3/h提高至20～25 m3/h，而且分離性能更優。

3.1.2 大錐角選型

常規離心機設計中，酒糟醪液分離行業均考慮配置小錐角(一般不大于10°)結構。這種小錐角結構的特點是推料扭矩較小，排料通暢；但是其分離液環的液層較淺，分離效果的調節范圍較小。在保證渣相的干度相對較大時，清液的含固率就會大一些；而要保證液相澄清度好，渣相含水率就會高一些。高效能臥螺離心機采用大錐角機型(一般大于10°，見圖3)，特點是可調節液層深度較深，相同長徑比的機型物料澄清段更長，分離出的清液含固率更小，在出渣的錐段還可以配置帶有擠壓功能的螺旋擋板，更好地保證渣相的干度，從而達到更好的分離效果。

圖3 大小錐角結構對比

3.1.3 高轉速結構

根據斯托克沉降原理，懸浮液中物料顆粒的沉降速率與轉速的2次方成正比。提高工作轉速，可以快速提升分離效率，加快處理速度，從而達到增加處理量，改善分離效果的目的。高效能離心機的設計轉速為4 000 r/min，分離因數大于3 500，遠遠大于常規離心機(轉速不大于2 800 r/min)。其結構設計過程中運用SolidWorks三維軟件進行建模、結構強度分析和模態分析計算，對離心機的轉鼓、螺旋、機架等主要部件進行結構優化，結合多年的離心機結構設計經驗，改變了原有研發設計模式，實現智能數字化設計?，F場酒糟醪液分離后，渣相的含水率由68%～72%降低至60%～65%。在DDGS生產濕糟干燥工藝中，降低了能耗，并且提高了干燥后糟渣的品相，從面提高了DDGS飼料的銷售價格。

3.1.4 高耐磨性能

進入離心機的酒糟溶液通常含有一定沙泥，含量高低取決于玉米原料的沙泥含量或工藝中除沙設備的有效性。這部分沙泥增加了對離心機螺旋出料口和轉鼓出料口的磨損。高效能離心機的旋轉部件采用渦流式結構，以使物料快速進入轉鼓，縮短物料與液池的接觸距離，減少進料對已形成的環形固相料層的擾動。在與物料接觸的關鍵部位，采用可更換的高耐磨材料保護結構，增加關鍵部位的耐磨性，延長螺旋體的使用壽命。在轉鼓出料口及螺旋推力面采用可更換硬質合金耐磨塊，可提高使用壽命3～5倍以上，大大提高了機器的穩定性和可靠性；轉鼓筒體內壁采用防磨條結構，有效防止轉鼓內壁磨損，并利于渣相的推出。

3.1.5 節能降耗

通過調整結構改變液體排出口的流向，使液體流出方向與離心機旋轉方向相反，利用液體離心力的動能達到推動轉鼓旋轉的目的。該動能回收裝置(見圖4)可以在不降低處理能力的同時降低電機的輸入功率，實現節能并提升設備的處理能力上限。

圖4 能量回收器

3.2 電氣系統控制特性

高效能臥螺離心機電氣控制系統采用當今工業控制領域應用最為廣泛的可編程邏輯控制器(PLC)，以界面友好的彩色液晶觸摸屏為人機操作界面；采用雙電機雙變頻共直流母線的控制模式，可通過變頻器單獨對主、副電機的轉速進行精準調整，以適應物料的變化；主電機和副電機的變頻器采用共直流母線的接線方式，通過主變頻器實現對副變頻器供電而不再單獨對副變頻器供電，副變頻器將一部分電能反饋給主變頻器，從而實現降低能耗10%～20%的設計效果。

4 分離效果對比

在某廠將高效能離心機與常規離心機在同一條生產線上進行對比，其在處理量、固液相分離效果和能耗方面均有較大提升，具體數據見表1。

表1 運行數據對比情況

普通機型的處理量明顯低于高效能機型。普通機型的處理量約15 m3/h，高效能機型的穩定處理量為24 m3/h。

高效能機型的渣相含水率比普通機型低5%以上，液相含固量低約2%。渣相較低的含液量，大幅度降低了后續蒸發的熱能損耗。液相低含固量有利于提高蒸發效果，減少蒸發后的濃漿量，使DDGS產品的顏色、氣味表現得到較大提升；減少了回流到系統中的固形懸浮物，從而減輕了系統壓力。更為關鍵的是，可以降低液體排放的處理難度，減輕環保壓力。綜合來看，提高分離效果能夠提升系統穩定運行的可靠性，并帶來可觀的經濟效益。

高效能機型單位處理量消耗的電流約為3.35 A，而普通型單位處理量消耗的電流約為4.69 A。按每年8 000 h工作時長計，處理量平均約20 m3/h，則年累計節約電能約14.1萬kW·h，是企業可觀的效益增長點。

現場高效能機型高轉速運行下的振動、溫度和聲音參數均表現優異，表明設備性能良好，也說明計算分析結合結構設計經驗的新設計模式能夠滿足高速非穩態參數設備的設計要求。

5 結語

高效能臥螺離心機，無論在處理量、分離效果方面，還是在節能降耗方面，都具有普通臥螺離心機不可替代的技術優勢，滿足了酒精生產企業在酒糟醪液固液分離過程中對新工藝的需求，減輕了企業的環保壓力，實現了降本增效，值得業內推廣。