摘要：本文通过对碳酸法制糖生产中几种引进的增稠过滤设备结构与应用方法的介绍，重点列举了碳酸法糖厂一碳汁过滤应用增稠过滤设备的原理、工艺方案与使用效果，具体分析了影响增稠过滤系统运行效果的一些因素，说明了采用增稠过滤设备是制糖生产中关键技术的进步，有广泛应有前景。
关键词：碳酸法；增稠；全自动；压滤机
0 引言
采用碳酸法生产工艺的糖厂，一碳饱充糖汁的过滤一般应用全汁过滤与分汁过滤两种工艺方案。全汁过滤是上世纪国内糖厂普遍采用的过滤方法，其工艺核心是提高糖汁通过过滤系统速度，要配置庞大的压滤机群来满足生产要求。压滤设备比较适用于高浓度物料的固液分离，优点是能充分利于过滤物中颗粒建立架桥效应，在过滤中不断提高滤清液质量。但在一般情况下不论一碳汁还是二碳汁固形物含量都很低，在此物料条件下应用压滤设备进行固液分离效率将被明显降低，并可能会伴有漏榨与大量回流现象发生。以上分析可见应用压滤设备采用全汁过滤工艺并不是最理想的碳汁过滤方法，主要表现在几个方面：①全汁过滤对于压滤设备应用效率低，已不能满足现代大型糖厂管理需要；②滤布消耗大，自动化水平低，劳动力资源消耗大；③滤泥糖分损失高，含水率高对环保工作带来不利影响；④压滤过程物料不连续，不利于均衡生产；⑤设备运行环境与保温性能不足，为清洁生产管理带来困难。随着制糖工业生产规模的扩大、控制设备的完善、生产综合水平的提高，采用分汁过滤应用增稠过滤设备已表现出明显优势，被越来越多的糖厂所采用。分汁过滤就是根据物料在不同过滤阶段采用相应的过滤设备，将全汁过滤过程分为增稠过滤与滤泥分离两个阶段，这样就可以最大限度地提高各阶段的设备效率。分汁过滤工艺能够充分应用增稠过滤设备与压滤设备各自特点，通过联合使用使整个过滤系统更加合理。
为适应分汁过滤工艺需要，各种新型增稠过滤设备不断从发达国家引进到我国制糖生产中，并且取得了成功的业绩。增稠过滤设备结构设计就是将要过滤的悬浮混浊液，经过经过有过滤元件的容器，利用沉降与过滤的共同作用，得到大部分清汁与少部分泥浆。这种设备可间接被理解为在沉降器出清汁层面上安装了过滤元件，将澄清液再经过一次过滤后得到滤清液的生产过程。因过滤元件作用弥补了细小颗粒要通过较长时间沉降才能澄清的问题，极大的缩小了糖汁停留时间，稳定了糖液在过滤中的各项指标，减少了中间损失，提高了设备效率。
制糖生产清净中要加入一定量的澄清剂使糖液中的杂质凝聚，这种浑浊液通过沉降方法分离杂质的效果是受清净过程控制质量影响的。对于应用碳酸法工艺的糖厂，因碳酸饱充悬浮液中固形物颗粒大部分比较易沉降，在增稠过滤过程中沉降将起主要作用。但在其它制糖生产方法中，可能沉降效果不会达到碳酸颗粒那样明显快速，就要突出过滤元件在过滤中要发挥主要作用的特点，合理设计设备结构。
对于碳法糖厂的一碳汁、二碳汁、稀汁都可应用增稠过滤设备进行过滤，以获得满足工艺要求的清汁。比如对一碳汁的过滤，其工艺方法是使一碳饱充糖汁经过增稠过滤设备，通过沉降与过滤的共同作用，以最大效能得到大部分清糖汁和少部分泥浆，再利用压滤设备对含固率较高泥浆进行最后的固液分离，可充分发挥设备性能的特点，完全分离含水率、含糖量都很低的滤泥。采用增稠设备先进性主要有几方面表现：①过滤速度快效率高。增稠过滤器一般过滤速度可达到20 L/min·m2左右，而且辅助时间短；②滤清汁质量好。增稠过滤设备设计合理，漏榨机会少，过滤质量稳定；③系统效果显著。采用增稠设备工艺效果主要是指泥浆浓度高，清汁浊度低；④适应大型糖厂。增稠过滤设备自动化水平高、占地面积小、设备效率高；⑤热能损失少便于管理。增稠过滤设备全封闭结构设计，符合清洁生产要求，热损失很少；⑥设备造价与运行成本低，一次投资少、滤布消耗低。
1·几种增稠过滤设备介绍
1.1 GP增稠过滤器
GP增稠过滤器是比利时一家公司的专利产品，过滤元件是片式结构，在上世纪80年代被国内甜菜糖厂引进，因受当时自动控制水平和对增稠工艺认识程度的局限，影响了该设备应用效果，现在有部分糖厂还在使用，效果已得到很好的改善，其设备结构如图1所示。
该设备应用在碳酸法糖厂一碳汁过滤工艺流程如图2所示。
使用方法：一碳汁经过侧排桶在泵压的推动下由A阀进入过滤器内，滤清汁穿过滤片外的滤布，从上部集汁箱排出，滤泥被留在滤布外形成滤泥层。在经过一定过滤时间过滤累积后，结束过滤过程进入反洗阶段，关闭进汁阀A迅速打开侧排阀C，由于器体内的糖汁快速被排出，在器体内会形成一定负压，空气通过出汁管穿过滤布进入滤袋内部，使滤袋鼓起变形促使其上滤泥脱落。脱落与沉降的滤泥被汇集到器体下部锥体内，再打开底排阀B将锥体内收集的泥浆排出。此设备一般是几台一组循环过滤，在自动控制下按照进汁、侧排、底排、再进汁的工艺过程，规律性循环进行。
1.2 DDS增稠过滤器
DDS增稠过滤器是丹麦DDS公司产品，过滤元件也是片式结构，但比GP要小，也是甜菜糖厂DDS工艺的主要设备，可在甜菜糖厂的每一个过滤环节中应用。该设备在结构设计上比较合理精细，设备效能是目前几种增稠设备中最高的，但对工艺条件要求苛刻，对自动控制系统配置要求很高，使该设备在全套引进丹麦技术的糖厂有不错的应用业绩，但配套于其它生产线基本上没有发挥应有的效果。
DDS增稠过滤器结构如图3所示。
使用方法：一碳汁在位压推动下通过A阀进入过滤器，滤清汁穿过滤片外的滤布，从上部集汁箱经D阀不断排出，滤泥被留在滤布外形成滤泥层。在经过几分钟过滤过程后，关闭D阀结束过滤。打开高位反洗C阀再开底排B阀，反洗的滤清汁借助于位压，将滤袋鼓起变形使其滤泥脱落，滤泥被汇集到泥汁风送罐内。在泥汁罐内液位达到设定后，将B阀关闭再关闭C阀，然后关闭排空E阀打开压缩空气F阀，将罐内泥浆用压缩空气送到泥汁箱内。此种设备一般是几台为一组循环过滤，在自动控制下按照一定程序进行。
1.3德国式蜡烛增稠过滤器
蜡烛增稠过滤器是在2000年后甜菜糖厂从德国引进的过滤设备，由于圆柱形过滤元件与蜡烛相近，因此被称为蜡烛式增稠过滤器。该过滤器制造与应用技术现已被国内消化吸收，在很多糖厂都有成功应用[1]。
2·几种主要类型增稠过滤器比较
以上介绍了比较有代表性增稠过滤设备，是在不同年代引进的欧洲产品，虽各有技术特点，但总的器体形状都是相同的，都是在其下部设有收集泥浆的锥体，应用将过滤与沉降相结合的基本原理来设计开发增稠过滤设备，表1列举了几种国内应用的增稠过滤器主要技术数据。
通过上面关键数据的分析，可以看出该类设备能够很好地应用在一碳汁增稠过滤上，呈现以下几方面特点。
（1）增稠过滤设备单台面积与容积逐渐增大，可减少占地面积，更适应大型糖厂需要。
（2）滤芯结构从片式向蜡烛式方向发展，改善了过滤元件表面结构，进一步提高过滤效率。
（3）提高了进料压力、增加过滤速度。增大增稠过滤器的进料压力，可带来过滤效能的提高，用下列经验公式能近似表示在1.5 bar与0.5 bar压差下，过滤性能提高情况：V1.5/V0.5=1.9～0.02Fk[2]（Fk过滤阻力系数是表示一碳汁过滤性能的参数）。
（4）增稠过滤器都可采用新型聚丙稀滤布，能够保证一清质量。其中DDS过滤系统质量最好，在过滤中除采用位压过滤外，还将吸滤后滤清汁回头，再经增稠器过滤，达到一清汁中不溶物含量只有2～5 mg/L水平。
（5）DDS与蜡烛式增稠过滤器都是依靠滤液流动力进行反洗卸泥的，反洗效果好、过滤周器短、过滤速度更快，对自动化控制设备要求更高。
（6）几种设备增稠系数都是在5倍左右，所排出增稠泥汁浓度都可达到250 g/L。
3·典型应用
欧洲大型甜菜糖厂一碳汁过滤都是采用分汁过滤，基本设备组合是增稠过滤器加全自动压滤机，只是在应用方法上略有差别。下面具体分析国外某糖厂采用GP增稠过滤与全自动压滤机洗泥的一碳汁过滤系统。
所用设备：GP增稠过滤器，过滤面积100 m2，尼龙X/C4/7S滤布，连续排泥；全自动压滤机，过滤面积：128 m2，板数75，滤板规格1000×1000mm，滤饼厚度：30 mm，滤饼重量3050 kg（含固形物62％）。
碳汁特性：碳酸法清净，预灰加灰量：0.4％（对糖汁），主灰加灰量1.0％（对糖汁），一碳汁Fk为4/5.5～9/9.75。
GP增稠器运行情况：一个过滤周期15 min，进汁12.5 min、侧排2.5 min、底排按照浓度控制连续排放。过滤糖汁量与最后进料压力有关，在最后进料压力1.4 bar时，处理糖汁量65 m3/h；在最后进料压力2.2 bar时，处理糖汁量80 m3/h。
压滤机运行情况：过滤泥汁温度85℃，最大过滤压力4 bar，增稠泥汁浓度350 g/L，进料时间8 min，整个过滤周期30 min。
4500 t/d甜菜糖厂主要物料参数：一碳汁流量240 m3/h、浓度33.6 g/L、一清汁流量224 m3/h、底排泥浆16 m3/h、侧排汁流量225 m3/h；压滤机进料26.6 m3/h、浓度350 g/L、洗水总流量11.3m3/h、滤泥量12.5 t/h、含固率65％。工艺过程参数与设备应用状况如图7所示。
4 影响一碳增稠过滤的因素
对于碳酸法制糖生产要求要有高质量的一清汁，它是保证后续以至成品质量的基础，只有采用高标准的设备才能提供可靠保障。对一碳汁的过滤性能一般是采用过滤阻力系数Fk值来衡量其工艺性能。要获得高质量一清汁除要应用先进增稠过滤设备外，还要求清净系统中石灰窑有一定的后备能力，以减少一碳汁碱度偏高、加灰量不足等问题出现，这些因素都将造成Fk值偏高过滤性能明显下降。如果经常出现这样情况，将被迫采取一些措施，如大量更换滤布、减少加工量、降低增稠系数等，所以合理的过滤设备备用无疑是必须的。
增稠过滤是以滤布为介质才能完成过滤任务，滤布选择要有严格的要求，还要求泥浆过滤的压滤机在进料压力控制上采用变频控制技术，因为开始过滤时清汁质量有些混浊，必须逐步增加过滤压力，以保证过滤质量。
滤泥的糖分损失是过滤中非常重要的因素。应用全自动压滤机过滤增稠后泥浆、滤泥的糖分损失非常稳定，几乎完全取决于泥汁过滤性能。过滤性能良好的泥汁很容易让洗水透入，有充分的时间来顺畅的洗脱滤泥颗粒间的糖分。采用增稠加全自动压滤机洗泥的分汁过滤系统，由于可在泥汁底排桶内通入一定量的洗水，改变了泥浆粘度，提高了过滤性能，在压滤脱水时能够降低滤泥中糖分。
通过增稠过滤器后泥浆浓度得到提高，全自动压滤机效率会充分发挥。对于相同加工量的一碳汁，采用全汁过滤要用5台设备，采用增稠工艺可用1台设备完成，具体参数和工艺效果见表2。
5 结论
在制糖厂生产过滤工序中有多种增稠设备可供选择，可根据所要过滤的介质情况，设计增稠过滤设备结构，以便最好地发挥设备效能。应用增稠过滤设备与全自动隔膜压滤机组成分汁过滤系统，可全面提高设备效率，保证过滤质量，满足不断发展的糖业需要。
参考文献
[1]刘恭新，王琳，王兆强，等.甘蔗碳法糖厂过滤技术方案探讨[J].甘蔗糖业，2009（2）：31-36.
[2]康司坦丁.伏可夫（匈）.制糖生产中甜菜的物理与化学[M].
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