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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

v 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。

v 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，
v 摩擦力是阻止颗粒下沉的。
v 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。

v 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。
v 这个速度就是最大的沉降速度，这就是匀速沉降过程。

v 沉降速度是鉴别澄清效果是否良好的一个标志。
v 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；
v 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。

v 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。
v 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
v 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；
v 降低糖液的比重和粘度，可提高沉降速度。
v 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。

v 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。
v 要求温度控制稳定，以免温差引起糖汁的自然对流

v （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）

v 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。
v 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。

v （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。

v 2 散气要充分
v 3 絮凝剂要与蔗汁混合均匀，用量要合适
v 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

v 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
v 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
v 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）

v 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。
v 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。

v 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”。

v 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
v 清汁清晰透明，悬浮物少，色值较浅
v 停留时间短（２５－４５分钟），蔗糖转化损失少
v 泥汁浓度高，泥汁量少。
v 操作简易，不易反底，维修费用低。

平流式快速沉降器
v 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

v 底部圆锥体内装有低速旋转
v 的拨桨，促进沉淀物浓集，
v 缩小泥汁体积，改善泥汁
v 过滤，并消除泥汁区的死角。

v 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。

v ３　蔗汁停留时间短，２０～３０分钟
v ４　清汁质量高
v 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。

v (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。

v (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
v 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。

v 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。
v 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？

v 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。
v 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
v pH值偏低的主要原因：
v 1、酸式盐的分解。
v 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。
v 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。

v pH值偏高的主要原因：
v 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。

v 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 / F dτ (米/时)

v 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.

v 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，如蛋白质等胶　　　　体 凝聚物。

不可压缩滤渣: 指滤渣的体枳、排列和孔道大小 不随压强变化
而变化。这时滤渣由不变形颗粒组成， 如晶体的
碳酸钙、硅胶、硅藻土等。

二、影响过滤的因素
1、过滤压力差的影响
过滤速度与压力差成正比？
v 只有滤渣不可压缩时, 过滤的压力差才与过滤速度成完全的正比关系。
v 由于糖厂的滤渣可压缩性, 只有当所用压力差不大时, 过滤速度是 随着压力差增大而增大的。随着过滤的进行，滤泥层逐渐增厚且被压紧, 过滤阻力剧增, 这时过滤速度反而降低。 因此, 当过滤速度达到最大值时， 再增大压力差并无效果。
2、滤饼的厚度
　一定厚度的滤渣层可起到过滤介质的作用。
　滤饼增厚，过滤阻力增加，影响滤液的流出。因此，压滤机的滤框的厚度是根据过滤液体和滤泥的性质决定的。

3、沉淀物的性质及颗粒的大小
　　　特别是沉淀粒子的大小、均匀度和可塑性, 对过滤速度影响较大
１　沉淀颗粒性质与过滤介质的阻力有密切的关系
２　颗粒大小及均匀度对过滤的影响
3、蔗汁的粘度及浓度
　　　泥汁浓度对压滤机的工作影响小， 但对吸滤机工作的影响较大。
　　　对于吸滤机来说， 泥汁浓度直接关系到泥层厚度. 一般要求泥汁 浓度 3 – 5 g不溶物 / 100 mL泥汁。控制合适的泥层厚度为 3 –5 毫米；
泥汁浓度大，粘度大，影响过滤速度。
4、胶体等难过滤物质的含量

三、过滤的管理
（一）要注意保持糖汁中沉淀颗粒的絮凝结构
尽量避免用离心泵，以免把已经絮凝的颗粒打碎。
利用高位的沉降器，将泥汁自流引进吸滤机过滤。

（二）泥汁的处理

（三）滤饼的洗涤
1、滤饼中的糖分以三种形式存在
（1）滤饼孔隙中的糖汁含的糖分。占滤泥中糖分的一半左右，只要通过蒸汽，可大部分推排出来。

（2）胶质物所含的糖分。胶体的亲水性，当胶体凝聚时连同汁液一起胶凝，把糖汁包裹在沉淀物内，洗涤时扩散作用，可以溶解出来
2、洗涤滤饼的方法
（1）压滤机。汽、水交替
（2）真空吸滤机。水
过量的洗涤不但增加糖汁的水分，也增加糖汁的非糖分。
有滤布真空吸滤机的甜水

　　三、过滤的管理
（一）板框压滤机
v 间歇操作，碳法糖厂常使用

结构特点
v 滤板与滤框：四方形，均具有两个把手和一个带有圆孔的方耳。
v 滤板与滤框交替放置，构成过滤单元。

滤框，内框为空的，内框与方耳的圆孔连通；泥汁通道。
滤板，滤板表面铸构槽，以支承滤布，滤汁通道，滤板圆孔是
泥汁通道，与 与内部的不相通。 另一端开有滤清汁排出孔连接清汁阀。

工作过程
滤板：
装有两层滤布，当滤框和滤板被夹紧后；每相邻两滤板及中间的滤框即组成一个独立的过滤工作室。
泥汁走向：
由滤框方耳圆孔分别进入各个滤框。在压力下，糖汁透过滤布，流入滤板。
经带有槽沟的滤板通道由出汁阀排出

v 滤渣：被滤布所截留，积聚在滤框内。
当滤板无滤汁流出时，表明滤框已充满滤泥，应停止过滤操作。
v 汁槽：压滤机旁设有汁槽，以便清汁或甜水经此槽流入清汁箱。
v 漏斗形卸泥斗：底部，滤泥经此卸入螺旋输送机。

（二）真空吸滤机

v 环带式真空吸滤机（有滤布真空吸滤机）
v 无滤布真空吸滤机
环带式真空吸滤机
结构

v 转鼓
v 公共室装置
v 泥汁槽
v 滤泥糖分洗涤装置
v 洗涤滤布装置
v 滤布
v 传动装置。

v 鼓身、 左右盖板( 封头板)、空心轴颈及许多吸汁管构成。
v 鼓身：薄壁密封钢制圆筒体, 双层，外层开孔， 内室无孔。
v 外壁与内壁空间用纵向格条将鼓身分为若干24个分格室（过滤室）。每分格室上装同规格的塑料网格板，以支撑滤布。

v 分格室沿鼓身的全长钻有小孔，连接着真空吸汁管，每排吸汁支管汇接一条吸汁分管上。
v 每一分格室的吸汁分管接至转鼓两端的分配头。

分配头
v 公共室、分配板构成。

分配头作用
真空吸滤机的工作区域划分是通过分配头实现的：
利用分配板圆弧形的孔道及公共室的通道， 将真空系统与吸滤机的过滤区及滤泥洗涤吸干区连接起来， 使对应的分格室获得真空。
利用分配板的扇形隔板堵塞一部分抽汁管， 使卸泥及滤布洗涤区所对应的分格室暂时隔断真空源， 以免吸入大量空气, 降低真空度。
泥汁槽
v 装盛泥汁, 并支撑转鼓。

滤泥糖分洗涤装置
v 由洗水管与喷嘴构成
滤布洗涤装置
滤布
v 滤布要求松紧适宜, 扩伸变形小,不易起皱, 而且耐磨、耐热。
v 一般使用化纤滤布。

环带式真空吸滤机特点
优点
①. 实现了过滤的机械化和连续化.
②. 滤泥转光度较低, 损失糖分少.
③. 减少了工人劳动强度, 改善了劳动条件和环境.

缺点
v ①.滤清汁在真空状态下， 自蒸发剧烈, 温度下降至80℃左右， 热能损失大。
v ②.滤布在运行时易走偏, 使转鼓露空漏入泥汁和空气, 影响滤汁质量和过滤效能。操作要求较高。
v ③.真空系统较复杂且管路长，易漏真空， 造成过滤压差不足。
无滤布真空吸滤机
环带真空吸滤机存在的不足：
v １洗滤布水是甘蔗制糖业主要污染源。
　　　洗滤布水含有糖、悬浮物和少量机油，属中浓度有机废水，若直接排放，会造成水体水质恶化、发臭、部份水生动物死亡，破坏水体生态平衡。
　　　洗滤布水的污染问题是甘蔗糖厂发展必须要解决问题之一。

v ２过滤速度不高、滤布消耗和滤泥糖份损失偏大
v 无
工作区域
v 低真空区：吸泥
v 高真空区：过滤与洗涤吸干区
v 无真空区：卸泥区

影响无滤布真空吸滤机工作效率和处理能力的主要因素
v １助滤剂蔗渣大小与用量
　（１）大小

（２）用量
　　　泥汁量

２泥汁浓度

３泥汁的温度
　　　泥汁的温度应该保持在70～90℃的范
围内，不应该低于60 ℃。
　　　如果低于这一温度，则泥汁中的蜡类溶物易堵塞滤网网眼，吸滤效果就差，有时甚至吸不上泥。

４洗水量与温度
　　用于喷淋用热水的温度不应该低于85 ℃，低于这一温度，则滤泥含糖分会高
v 洗水量：100～150％泥汁量
５　转鼓转速
　　转鼓转速：0.2r/min~0.5r/min
６真空度
　　　无滤布真空吸滤机的真空度，包括高真
空和低真空，都应该控制得比较稳定。以保
证其过滤能力和处理能力。
v 低真空： 0.02～ 0.04Mpa,，高真空0.04Mpa～0.05Mpa
７滤泥厚度
　　　过滤时滤泥的厚度应该控制合适和保持
稳定，以提高处理量，降低滤泥含糖分，一
般的经验数据是6 ～12mm