糖厂泥汁离心脱水机理及应用效果

黄健泉，黄丽莎，李锦生，李俊贵，曾启明，王慧玲

（1.广西南宁健力泉糖业科技有限公司，广西 南宁 530031；2.广西东糖投资有限公司，广西 南宁 530022；3.横县东糖糖业有限公司石塘分公司，广西 南宁 530399）

0 前言

沉降是溶液中固液分离方法，目前糖厂的沉降器是根据固体与液体间的密度差进行分离，也就是利用重力作为分离的推动力。由于重力是一个基本不变的量，固体与液体间的密度差也不会有太大变化，所以当沉降过程进行至一定程度，颗粒间的距离变小，形成所谓的泥汁，其中的粒子相互碰撞、互相吸附团聚，使得沉降速度急剧下降，此时就应将泥汁从沉降池中导出，使用适合的设备进行处理。

糖厂中和汁沉降以后分为两部分，一部分是清澈透明的清汁约占70%～75%，这一部分清汁直接进入下一道工序。另一部分是泥汁，约占25%～30%，主要由蔗汁、泥沙、蔗糠以及澄清剂与蔗汁中的杂质作用后生成的沉淀物。由于泥汁中尚有95%左右的糖汁，因此必须把这部分糖汁分离出来，以收回其中的糖分，使糖分损失降低到最低限度。

现在亚硫酸法糖厂普遍使用无滤布真空吸滤机处理泥汁，一是排出的滤泥水分比较高，达到70%左右，由于含水分太高，增大企业排出厂外的运输处理难度，也不利于环境的清洁，造成环境污染；二是干滤泥的转光度为6.5%（湿滤泥转光度为2%）比较高，糖分损失比较大；三是用真空吸滤机处理泥汁时洗水量比较大，达到10%左右，不利于后工序（蒸发）物料处理，增大蒸发量，增大能源消耗。此外用无滤布真空吸滤机来分离泥汁，要用蔗渣作助滤剂，蔗渣在100℃受热条件下带入色素物会增加蔗汁的色值，吸滤机及其附带的蔗渣旋风分离器、水泵以及自身驱动设备也消耗一定的能量。

为减少糖分损失，采用离心方法对泥汁进行固液分离，利用离心力作为分离的推动力，通过高速旋转，所产生的离心力可达到重力的3000倍以上，快速分离泥汁，分离时间在1分钟之内，尝试取代现有的泥汁分离脱水的无滤布真空吸滤机，从理论上是可行的。

1 糖厂泥汁分离的机理

糖汁澄清沉降是一种固液分离方法，目前糖厂的沉降器是根据固体自然沉降分离方式，中和汁经沉淀池沉降以后分为两部分，一部分是清汁，另一部分是浓泥汁。

如何解决糖厂滤泥水分高的问题，许多企业进行过试验，有采用压滤机进行脱水、真空吸滤机处理或者热压干燥机等都存在一些缺点，主要是滤泥水分较高。现在用得最多的是无滤布真空吸滤机，虽然减少了污染环境的洗滤布水，但滤泥水分还是较高，占70%左右。要真正解决问题，首先要了解泥汁的主要成分，糖厂的澄清需要添加石灰乳、磷酸、二氧化硫和絮凝剂等，糖液中澄清分离主要靠调节pH值，经过化学反应，使糖液中形成亚硫酸钙、磷酸钙等钙盐，通过控制适当的pH值、温度使糖液中的夹杂物非糖分与糖液形成重度差实现沉降分离，为了加速沉降速度，许多糖厂都添加絮凝剂推沉。由于泥汁含胶体物质较多，有滤布吸滤机较难过滤，无滤布吸滤机也要添加一些甘蔗渣做为过滤介质。亚硫酸法糖厂使用无滤布真空吸滤机处理的泥汁，排出的滤泥水分高，干滤泥的转光度也较高，处理泥汁洗水量大，此外用蔗渣做过滤介质会增加色素。因此，无滤布真空吸滤机过滤泥汁也不是最好的设备，所以现在有些糖厂在寻找更好的泥汁分离设备。

2 糖厂泥汁离心分离机理

本项目开发沉降式离心机用来分离泥汁，是一种高效的固液分离设备，利用离心力作为分离的推动力，通过高速旋转，产生的离心力可达到重力的3000倍以上。沉降分离速度与推动力成正比，所以泥汁在沉降离心机内是可以进一步进行沉降并分离的。本项目采用两级沉降式离心机代替无滤布真空吸滤机对泥汁进行分离处理，具有分离速度快、减少蔗糖损失、减少滤泥量、减少洗水量、节约能量、占用空间少和易安装的优点，同时离心滤液因停留时间短，在1分钟内完成，且在全封闭环境条件下工作，致使微生物作用引起的纯度降低减少，对糖分进一步回收有利。

2.1 工艺路线

糖厂泥汁离心分离机理工艺流程图，见图1。

图1 糖厂泥汁离心分离机理工艺流程图

2.2 沉降式离心机的结构与工作原理

沉降式离心机结构图及工作原理见图2，泥汁悬浮液经进料管1从螺旋体出料口13进入转鼓6，在高速旋转产生的离心力作用下，密度较大的固相颗粒沉积在转鼓内壁上，与转鼓作相对运动的螺旋叶片5不断地将沉积在转鼓内壁上的固相颗粒刮下并推出排渣口12。分离后的滤汁经液层调节板开口14溢流出转鼓。螺旋体与转鼓之间的相对运动（即为差速转）是通过差速器16来实现的，其大小由辅电机来控制，从而实现了离心机对物料的连续分离过程。

3 技术方案

图2 沉降式离心机结构图

图3 项目工作路线图

3.1 研究路线

项目工作路线图，见图3。

3.2 研究目标

采用新技术设备快速分离泥汁，把滤泥水分降低到50%以下，减少糖分损失，使滤泥能进一步充分利用。

项目对现有亚硫酸法糖厂沉淀的泥汁脱水采用打破传统方法进行固液分离，经过调研和前期试验，选用沉降式离心机对亚硫酸法糖厂泥汁进行脱水试验，用沉降式离心机代替传统真空吸滤机，快速分离出滤液和滤泥，并提出适合于生产的控制技术与方法，降低分离物的水分与转光度，达到减少环境污染与蔗糖损失、促进糖厂分离物滤泥的方便运输和进一步深度利用的目的。

3.3 技术方案

根据目前广西东糖投资有限公司下属的横县东糖有限公司石塘分公司的生产具体情况，选用日处理能力为4000吨甘蔗的生产线上试验应用。由于生产场地不足，在保证生产安全正常的情况下，拆掉原有的一台无滤布真空吸滤机，空出场地安装5台卧式沉降式离心机，用于分离泥汁，沉降器出来的泥汁管道进行改装，使其既可以在原有生产线生产，也可以采用沉降式离心机进行生产。

在新安装的沉降式离心机，采用两级脱水分离，新增加部分设备安装场地，由于离心脱水机为高速运转的设备，采用自动控制系统对设备进行控制。沉降式离心机设备新增泥汁管道，接滤泥装置，需要对车间进行局部改造，以适应生产试验的要求。

3.4 主要研究内容

3.4.1 澄清分离

传统的泥汁分离是采用沉降分离，利用糖汁中糖液与固形物的重度差进行沉降分离，这种方法在制糖行业已经沿用了100多年，这种分离方法分离速度慢，而且温度、pH值要配合得好才有好的效果，所以糖厂中和岗位显得十分重要。我们研究沉降式离心分离技术用于泥汁的分离，具有重要的意义。

目前沉降式离心分离设备在石油化工、废水处理等方面有应用，该设备分离速度快，效果好，借鉴到糖厂的泥汁处理，需要进行一些改造，以适应糖厂滤泥处理的使用。沉降式离心机主要是利用高速运转离心力，采用差速反向旋转固液分离的作用，把泥汁中的固形物与糖汁分离，达到快速固液分离的效果。

3.4.2 沉降分离特性

糖厂中和汁的固液分离，要在蔗汁中添加许多辅助材料，如石灰乳、二氧化硫、絮凝剂，使其在糖液中生成亚硫酸钙，利用亚硫酸钙的正离子与糖液中有机物质的负离子起化学反应，吸附糖液中的非糖分，把中和汁温度加热到100℃左右，pH值为7左右，在沉淀池中利用液体重度差进行沉降分离，沉降时间较长，一般1个多小时，对糖分造成转化损失，而且糖汁的色值也增加，对产品质量不利。利用沉降式离心分离设备进行分离，就要研究中和汁的性能特征，也要研究高速离心分离的设备结构、转速和分离因素，选取其在最佳速度时，达到最佳效果。

3.4.3 条件和参数

沉降式离心分离机为卧式差速离心机，转速在1600～3500转/分，分离因素为0.9，装机容量为55kWh。选取2000转/分和3000转/分，进行试验，最后选取2100转/分的速度进行生产应用，在泥汁的处理量方面，进行了处理能力的筛选试验，在满足生产能力的基础上，尽量取最好的效果，也就是滤泥水分要达到50%以下。

3.4.4 工艺和设备

为改变甘蔗糖厂泥汁分离处理的问题，我们研究采用沉降式离心分离机对泥汁进行固液分离，经过生产试验，取得了较大的进展，滤泥水分降到了50%，滤泥转光度下降了50%，达到1.6%，基本达到了项目的预期效果。该项技术工艺设备主要是根据糖厂生产规模，设计沉降式离心机的大小、转速，转鼓的长度和角度，以得到更理想的效果。

针对亚硫酸法糖厂泥汁悬浮凝聚颗粒的特点，采用沉降式离心机代替无滤布真空吸滤机，物料在沉降式离心机中受到高速旋转所产生的离心力作用而很快分离，停留时间在1分钟之内，大大加快了物料的处理速度，不用蔗渣作助滤剂，减少蔗汁的色值，降低干滤泥转光度，减少洗水量、降低滤泥水分含量、降低滤泥的运输量、促进企业环境的清洁生产。有利于制糖生产的糖品质量、收回、节能、环保和降耗的落实，给糖厂带来稳定持续的经济效益。这是一项制糖业创新项目，其经济效益、社会效益和环境效益显著，因而有很好的推广应用前景。

4 拟解决的问题

在确定正常生产条件的情况下，解决沉降式离心机对泥汁分离的适应性，沉降式离心机最佳控制技术参数，泥汁达到高效快速分离的时间、效果，滤泥水分达到50%以下，解决亚硫酸法糖厂滤泥能深度利用的问题。通过项目的实施，确定了沉降式离心机对泥汁分离可行性，摸索出了沉降式离心机对泥汁分离控制参数，解决了沉降式离心机对泥汁分离后滤泥水分偏高问题，达到了预期的技术指标。由于沉降式离心机对泥汁分离后的滤泥水分已经达到了50%以下，原本打算增加的热能压缩干燥机就不需要了，减少了项目设备投资，受到了企业的欢迎。

4.1 沉降式离心机的装机容量

前期我们在石塘糖厂做了一些沉降式离心机对泥汁分离的试验，整套设备主要由两台离心机组成，1#离心机电机功率：55kW；2#离心机电机功率：22kW。设备处理能力：一台离心机每小时处理泥汁量约15m3。

4.2 设备运行生产试验

第一，设备入汁管道临时改造，由于与无滤布真空吸滤机共用入料管，调试初期存在入料不稳定的情况，通过降低处理量，按10～13m3/h的入料量控制，设备运行相对稳定；1#机滤泥的稀释水量按最小量1m3/h控制，以能保证泵送和洗出糖分的效果。

第二，1#离心机滤汁与无滤布吸滤机的滤汁感观无差别，具有相同的滤出效果；2#离心机滤汁有较多悬浮物、混浊不清透，但锤度较低（2～3°Bx），该滤汁送入滤汁上浮器进行处理。

第三，2019/2020年榨季我们在生产上新安装了5台沉降式离心机，把石塘糖厂生产的泥汁全部由沉降式离心机进行处理，取代现有的无滤布真空吸滤机。

生产正常后，我们把原有的无滤布真空吸滤机停下来，用5台沉降式离心机替代，一次转换成功，沉降式离心机运行正常，经过调试进泥汁量、转速、加水量、出泥量等，滤泥水分控制在50%左右。2019/2020年榨季试验查定数据，见表1和表2。

4.3 运行效果

针对亚硫酸法糖厂泥汁悬浮凝聚颗粒的特点，采用沉降式离心机代替无滤布真空吸滤机，从生产应用效果看，取得了较好的效果。2019年12月26日广西科技厅组织查定小组对项目进行现场查定，滤泥水分49.2%，滤泥转光度1.85%，洗水量4.63%，达到了项目的技术指标要求。

5 社会效益分析和存在问题

无滤布真空吸滤机处理泥汁由于滤泥水分高，难以进一步进行综合利用，给环境造成一定的压力；同时也因洗水量过大，造成滤液转光度偏低，增大后工序的蒸发量。该应用研究试验成功后，将加快澄清的物料处理速度，减少糖分损失，提高收回，同时降低生产成本，沉降离心机的出现将给制糖澄清工艺带来新的理念，解决滤泥含水量高对环境造成影响的问题，加快了物料的处理速度，减少糖汁在高温条件下的化学变化和蔗糖分转化损失。对制糖工业的科技进步、工艺革新将起到非常大的推动作用。因此本项目的应用研究有着良好的推广前景和较大的市场需求。

表1 无滤布真空吸滤机生产查定数据

表2 沉降式离心机生产查定数据

在运行过程中，经离心分离机出来的滤液由于大部分的悬浮物已被除去，但还有小的悬浮物，原来打算用快速沉淀池处理滤汁，可固形物都上浮，不下沉，汁也不是很清，所以要进一步改造快速沉淀池把沉降改为上浮处理，提高滤汁的质量。

在沉降式离心机设备的成本方面，需要进一步的改进，有降低投资成本的潜力，以便于在各制糖企业推广应用。

为解决广西糖厂滤泥的含水分降低到50%以下，利于滤泥的深度利用，如果糖厂滤泥水分高，不能充分利用，对广西的环境污染是相当严重的。该项目既解决了糖厂滤泥的环保问题，为滤泥的充分利用打下了基础，又能缩短生产流程，减少糖分损失，增加糖分回收，是一举多得的好项目，为促进广西蔗糖业的健康发展，项目意义重大，其社会效益和经济效益显著。