大型隔膜壓濾機(jī)在醬油行業(yè)中的應(yīng)用

◎ 何 輝，張少江，董 安，樂明春

（廣東美味鮮調(diào)味食品有限公司，廣東 中山 528400）

隨著我國首條醬油壓榨線在1991年投產(chǎn)，國內(nèi)醬油廠陸續(xù)采用該項(xiàng)醬油壓榨技術(shù)[1]。但該傳統(tǒng)醬油壓榨是采用布醬機(jī)填充布醬、立式液壓壓榨機(jī)壓榨、脫渣機(jī)脫渣處理醬渣，在生產(chǎn)操作中存在勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)人員眾多、環(huán)境中的高鹽分容易造成設(shè)備腐蝕、地面濕滑易引起工傷及壓榨后的醬油暴露在開放的環(huán)境中存在一定的衛(wèi)生隱患等問題。21世紀(jì)初，國內(nèi)設(shè)備廠家開始逐步引進(jìn)、吸收和消化日本最新醬油壓榨技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了醬醪布醬、醬渣脫渣、洗布的連續(xù)自動化生產(chǎn)，但還是存在人工推壓榨籠、起吊壓榨籠等人工操作工序，以及現(xiàn)場環(huán)境濕滑、鹽分重等問題。

隔膜壓濾機(jī)是一種常見的固液分離設(shè)備，在選礦[2]、市政污泥[3]、制糖[4]等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常成熟，但在醬油壓榨中的應(yīng)用鮮少有成功的案例，本文主要探索與驗(yàn)證隔膜壓濾機(jī)在醬油壓榨處理中的應(yīng)用。

1 隔膜壓濾機(jī)的工作原理

隔膜壓濾機(jī)的工作原理是濾板在液壓油缸的作用下被緊密的壓緊，廂式濾板和隔膜濾板交錯排列組成過濾室，在進(jìn)料泵的壓力下醬渣混合物由入料口輸入濾室，進(jìn)入濾室的醬渣混合物固相被濾布截留形成濾餅，液相（醬油）透過過濾介質(zhì)排出濾室。當(dāng)進(jìn)料過濾完成后，通過壓縮媒介（壓縮空氣、自來水）打入隔膜濾板的壓榨腔，隔膜濾板的鼓膜向外膨脹從而擠壓濾餅中的水分，經(jīng)過一段時間的壓榨后，水分不再減少或減少非常緩慢，壓榨工序完成。然后，可以根據(jù)需要通入壓縮氣反吹進(jìn)料主管，將管道里殘留的醬渣混合物吹干凈。最后，通過隔膜壓濾機(jī)的自動拉板裝置完成脫濾餅的工序，濾餅通過輸送絞龍破碎后輸送至渣倉存儲。

2 隔膜壓濾機(jī)的工藝定性研究分析

通過設(shè)置對照組開展大批量的試驗(yàn)，壓濾機(jī)工作循環(huán)時間[循環(huán)時間（T）=進(jìn)料時間（t1）+壓榨時間（t2）+卸渣時間（t3）]、濾布的通過性、物料的特性、壓榨壓力、濾布清洗、硅藻土預(yù)涂、大流量高壓力進(jìn)料等因素與其處理量、質(zhì)量之間存在正相關(guān)或負(fù)相關(guān)的耦合關(guān)系，如圖1所示。

圖1 處理量、水分、濁度與影響因素之間的耦合圖

2.1 壓濾機(jī)產(chǎn)量研究

通過工藝流程梳理研究分析，壓濾機(jī)產(chǎn)量的計(jì)算公式如下：

壓濾機(jī)每周總產(chǎn)量=平均每個工作循環(huán)處理量Q×每周工作循環(huán)次數(shù)N

2.1.1 平均每個工作循環(huán)處理量Q

1個工作循環(huán)處理量Q的主要影響因素為腔室容積、物料特性（黏度、含固率）、濾布通過性（濾布透氣量、衰減特性）。

（1）腔室容積。對于選定型號的隔膜壓濾機(jī)，其腔室容積是一定的（腔室容積一般用過濾面積×濾室深度/2），按照壓濾機(jī)的固液分離原理，過濾液相后，剩下的固體就殘留在腔室，因此腔室容積是每個批次處理量的剛性約束條件。

（2）物料特性（黏度、含固率）。黏度越大、物料的流動性越差，通過濾布過濾的難度越大，黏度與溫度和醬醪的發(fā)酵質(zhì)量有關(guān)系，一般溫度越低、發(fā)酵不充分的物料其黏度也越大。因此，在冬季醬醪的溫度低、日照不充分發(fā)酵不好，其處理量會逐降。另外，根據(jù)壓濾機(jī)固液分離原理，物料含固率越高，黏度也越大，其填充腔體的效率越快，因此單個循環(huán)的處理量也越低。因此，含固率需維持在一個相對穩(wěn)定的范圍，既可以方便醬醪的管路輸送，還可以保持工藝的穩(wěn)定性。

（3）濾布通過性（濾布透氣量、衰減特性）。濾布的透氣量越大、處理效率也越快，但會造成濁度值升高，達(dá)不到質(zhì)量指標(biāo)的要求。因此，在滿足濁度要求的前提下，濾布的初始選定型號也是一定的，其初始透氣量也是一定的。濾布隨著生產(chǎn)批次的逐步增加，其過濾性能會逐步下降繼而會影響產(chǎn)量，這種特性叫作濾布的衰減特性，當(dāng)濾布的衰減達(dá)到產(chǎn)量低值時，需采用堿水浸泡清洗提高濾布的通過性。因此，壓濾機(jī)的濾布需要按照其衰減特性定期清洗。

2.1.2 每周工作循環(huán)次數(shù)N

每周工作循環(huán)次數(shù)N=（每周工作時間-濾布清洗時間×頻率）/單個工作循環(huán)時間T

（1）壓濾機(jī)每周工作時間根據(jù)排產(chǎn)時間，基本是固定的，按照每周工作6 d、每天24 h，則每周工作時間為144 h。為提高每周工作循環(huán)次數(shù)N，則需要提高濾布單次清洗效率、降低濾布清洗頻率、降低單個工作循環(huán)時間T。

（2）單次清洗效率可以通過標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)控制清洗每個環(huán)節(jié)的最小時間節(jié)拍。清洗頻率不能過于頻繁，需要找到一個濾布衰減的最佳平衡拐點(diǎn)，可以按照生產(chǎn)節(jié)拍和冬夏季節(jié)性進(jìn)行安排，一般1～2周/次為宜，可以充分發(fā)揮壓濾機(jī)的生產(chǎn)性能。

（3）降低單個工作循環(huán)時間T，可以采用大流量的進(jìn)料泵縮短進(jìn)料時間t1、或縮短壓榨時間t2、或培訓(xùn)操作員工利用改善后的工具進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)縮短卸濾餅時間t3，進(jìn)料時間t1。試驗(yàn)研究表明，采用大流量快速填充完壓濾機(jī)腔體可以節(jié)省進(jìn)料時間，當(dāng)壓濾機(jī)進(jìn)料壓力逐步提升后，再采用階梯降頻進(jìn)料，每一段時間內(nèi)維持一個恒定的進(jìn)料壓力可以提高進(jìn)料效率。壓榨時間t2，縮短壓榨時間t2會造成濾餅的水分過高從而造成質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，因此t2必須滿足一個最低的要求。通過對壓濾機(jī)的整體生產(chǎn)周期分析，壓榨時間t2需保持在一個均衡的狀態(tài)，確保壓榨水分在理想的范圍的同時，確保一個工作循環(huán)T時間恒定從而指導(dǎo)生產(chǎn)排產(chǎn)。

2.2 濾餅水分研究

濾餅的水分與壓榨的壓力、壓榨的程序和壓榨時間有一定的關(guān)聯(lián)性。試驗(yàn)研究表明，壓榨的壓力越高、濾餅水分越低；壓榨的程序采用階梯升壓（頻率逐步增加，每段壓力下持續(xù)一段時間）的壓榨方式，有利于濾餅中水分的壓出；壓榨的時間越長、濾餅的水分越低。濾餅的水分越低、越有利于縮短卸濾餅時間t3。但壓榨時間越長，會造成T值變大，繼而造成產(chǎn)能降低。

2.3 清液濁度研究

清液的濁度與濾布的透氣量、硅藻土預(yù)涂有一定的關(guān)聯(lián)性。濾布透氣量越小、濁度越低，但會造成產(chǎn)量大幅降低；若增加硅藻土預(yù)涂工序，配合大流量、高壓力的泵，可以降低濁度，但預(yù)涂工序造成T增大影響產(chǎn)能，因此預(yù)涂工序一般是采用大流量和高壓力的泵，這樣可以有效降低預(yù)涂工序的進(jìn)料時間。另外，在醬醪進(jìn)料前加入硅藻土預(yù)涂工序可以有效降低濾餅的水分，從而提高卸濾餅的效率，縮短卸濾餅時間t3。硅藻土預(yù)涂雖然可以一定程度提高清液的濁度，但考慮每個批次都需要增加預(yù)涂操作，不僅硅藻土的使用成本較高，而且對產(chǎn)能產(chǎn)生的負(fù)面影響較大，因此在實(shí)際生產(chǎn)中沒有采納該預(yù)涂的工序。

綜上所述，以上同一生產(chǎn)因素會造成產(chǎn)量和質(zhì)量兩個目標(biāo)之間存在沖突和矛盾，應(yīng)通過控制變量法研究影響因素，尋求一種最佳的生產(chǎn)平衡策略，在確保滿足核心質(zhì)量要求的前提下，提高產(chǎn)量，從而給企業(yè)的大生產(chǎn)帶來最佳經(jīng)濟(jì)效益。

3 隔膜壓濾機(jī)選型探討

隔膜壓濾機(jī)的選型對于大生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較關(guān)鍵，一般選型方法如下。

（1）按照產(chǎn)能和生產(chǎn)排班要求，核算過濾面積，這里可以選取小型號試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)，得到相應(yīng)物料的單位過濾面積的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，一般按照等比例翻倍或者取一定安全產(chǎn)量系數(shù)。

（2）根據(jù)壓榨壓力選擇進(jìn)料口位置，壓力在15 bar以上的建議選擇角進(jìn)料，角進(jìn)料方式避免了隔膜濾板的應(yīng)力集中，避免在高壓力下隔膜濾板損壞，同時可以提高隔膜濾板壽命。

（3）根據(jù)濾布拆裝頻率選擇掛布方式。濾布的拆卸需要停產(chǎn)進(jìn)行，對生產(chǎn)影響較大。濾布有套袖式、掛布式，適用方式也需結(jié)合角進(jìn)料、中間進(jìn)料和濾板的尺寸一起選擇。

（4）濾布的選擇是過濾成敗的關(guān)鍵，選擇濾布的關(guān)鍵是透氣量和濾布織法，透氣量大小必須與物料相匹配，可以通過試驗(yàn)機(jī)來選型；濾布織法有斜紋和緞紋，緞紋由于其特殊的紋理，其卸渣速度較快，緞紋的濾布需要注意其厚度和彈性足夠，避免造成濾板間隙漏渣。

（5）進(jìn)料泵的選擇，一般有螺桿泵、柱塞泵等，可以根據(jù)物料的特性、壓濾機(jī)的過濾面積、是否需要預(yù)涂助濾劑等綜合考慮，進(jìn)料泵需要做變頻控制、實(shí)現(xiàn)階梯進(jìn)料，確保物料保持在最快的過濾效率區(qū)間，從而縮短進(jìn)料時間。

（6）其他輔助功能，如隔膜壓濾機(jī)的濾布自動清洗系統(tǒng)[5]、自動拉板系統(tǒng)、反吹、側(cè)吹側(cè)洗系統(tǒng)等，按照場地和工藝具體需求來選擇。

4 結(jié)語

經(jīng)過壓濾機(jī)的選型與工藝試驗(yàn)，優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝，確保在滿足企業(yè)質(zhì)量（水分和濁度）的要求下，達(dá)到最優(yōu)的排產(chǎn)和生產(chǎn)處理量，相對于傳統(tǒng)的醬油壓榨線具有顯著的效益，在同等產(chǎn)能下，主要體現(xiàn)在節(jié)省人工成本70%以上、現(xiàn)場環(huán)境得到了極大的改善、員工勞動強(qiáng)度大大降低以及采用管道封閉式進(jìn)料和出液，避免了衛(wèi)生隱患，在規(guī)模企業(yè)生產(chǎn)其綜合經(jīng)濟(jì)效益達(dá)數(shù)百萬元。

由于行業(yè)內(nèi)該機(jī)型的隔膜壓濾機(jī)的最高壓力為30 bar，造成濾餅水分略偏高，因此目前僅適用于淋油工藝中低氨氮的醬油壓榨工藝。展望未來，在行業(yè)內(nèi)通過提高隔膜的壓榨壓力，進(jìn)一步降低濾餅的水分，通過自動卸渣裝置實(shí)現(xiàn)無人化執(zhí)守，通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝和設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時采集和故障診斷分析，為隔膜壓濾機(jī)的智能化生產(chǎn)提供有力保障。