豆奶生產(chǎn)用臥式螺旋沉降離心機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)

【摘 要】臥式螺旋沉降離心機(jī)是豆奶生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)的選擇對(duì)豆奶的分離效果起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)豆奶分離的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)臥式螺旋離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)離心機(jī)操作參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為 ５８００ ｒ／ｍｉｎ，差轉(zhuǎn)速為 １０ ｒ／ｍｉｎ。得到的豆奶產(chǎn)品含渣量低，出奶量高，分離效果好。
　　關(guān)鍵詞：豆奶；臥螺離心機(jī)；參數(shù)設(shè)計(jì)
　　中圖分類號(hào)：  ＴＨ１２，  ＴＰ３１ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ
　?。?nbsp;引言
　　豆奶被人們稱為“綠色牛奶”，在保健方面很有優(yōu)勢(shì)，其具有豐富的植物蛋白，均衡的營(yíng)養(yǎng)且不含膽固醇而逐漸被人們接受和喜愛(ài)，豆奶中含有較豐富的礦物質(zhì)和維生素，另外，豆奶中還含有磷脂和皂苷及其它微量營(yíng)養(yǎng)和保健成分，常飲豆奶對(duì)保持血管軟化、延緩人體衰老等都有好處。專家預(yù)測(cè)，豆奶將成為 ２１世紀(jì)人類無(wú)可爭(zhēng)議的選擇，其市場(chǎng)前景相當(dāng)廣闊。
　　豆奶的質(zhì)量與生產(chǎn)工藝關(guān)系密切，豆奶的生產(chǎn)工藝流程為：大豆去雜→清洗、浸泡→脫皮→磨漿提取→分離過(guò)濾→調(diào)制→高溫殺菌→真空脫臭→均質(zhì)→冷卻→灌裝→殺菌→冷藏。在生產(chǎn)過(guò)程中，分離過(guò)濾這步操作對(duì)蛋白質(zhì)和其他可溶性固形物回收影響較大，豆奶與豆渣的分離效果直接影響豆奶的品質(zhì)。分離設(shè)備是關(guān)鍵設(shè)備之一，現(xiàn)在豆奶生產(chǎn)中通常采用離心機(jī)進(jìn)行分離，目前國(guó)內(nèi)外豆奶生產(chǎn)的設(shè)備主要是臥式螺旋沉降離心機(jī)（簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī)），通過(guò)豆奶與豆渣的重力區(qū)別來(lái)進(jìn)行分離，分離效果很好。
　　臥螺離心機(jī)是我們工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的分離機(jī)械，廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、食品、紡織、煤炭等部門(mén)。在近二十多年的發(fā)展中，臥螺離心機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能、參數(shù)上變化很大，分離質(zhì)量、生產(chǎn)能力也比以前大大提高。它具有能夠自動(dòng)、連續(xù)操作，無(wú)慮網(wǎng)和慮布；結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封；單機(jī)生產(chǎn)能力大，分離質(zhì)量比較高，操作費(fèi)用低等特點(diǎn)。因此，用于豆奶的固－ 液分離最為理想，它是植物蛋白行業(yè)進(jìn)行大豆蛋白制取工序中的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)蛋白液與豆渣、凝乳與乳清液的分離。離心機(jī)高效、可靠的性能是保產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、回收率的有效保證。
　　２ 臥式螺旋沉降離心機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取
　　臥螺離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、差速器組成，其它包括機(jī)殼、機(jī)座、卸渣裝置、過(guò)載保護(hù)裝置等。臥螺離心機(jī)的工作原理，如圖 １ 所示。經(jīng)過(guò)磨漿提取之后的豆奶原料由進(jìn)料管進(jìn)入螺旋輸送器的加料隔倉(cāng)中，通過(guò)進(jìn)料孔進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器同方向運(yùn)轉(zhuǎn)，并且通過(guò)差速器產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速差，由于懸浮液中固相粒子密度比液相密度重，轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力不同，在離心力的作用下，豆奶原料中密度重的固相粒子沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，而形成沉渣（既豆渣），由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉渣被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓小端脫水區(qū)，自大端向小端排渣孔移動(dòng)，從排渣孔甩出。在轉(zhuǎn)鼓得大端蓋上設(shè)置溢流孔，豆奶沿轉(zhuǎn)鼓軸向流動(dòng)至溢流孔處溢出鼓外，經(jīng)機(jī)殼的排液室排出。
    以 ＬＷ１７０ 型臥螺離心機(jī)為例，進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
              
    ２．１ 轉(zhuǎn)鼓
    轉(zhuǎn)鼓是離心機(jī)中的核心元件，轉(zhuǎn)鼓主要包括大小端蓋、轉(zhuǎn)鼓筒體等。轉(zhuǎn)鼓筒體為柱錐形，能大大增加液池的容量，提高澄清效果；轉(zhuǎn)鼓最大內(nèi)徑 Ｄ＝１７０ｍｍ，壁厚為 ９ｍｍ，轉(zhuǎn)鼓錐段長(zhǎng)度 Ｌ＝１３７ｍｍ，徑向開(kāi)有 ８ 個(gè)排渣孔，徑向排渣孔尾部很容易被固體沉渣沖刷而腐蝕，因此可以在出渣孔處裝有襯套，通過(guò)更換襯套的方式來(lái)延長(zhǎng)轉(zhuǎn)鼓的使用壽命。
    轉(zhuǎn)鼓半錐角 α越大，豆渣受離心力擠壓越大，螺旋推力的扭矩越大，葉片磨損越大，脫水區(qū)長(zhǎng)度就較短，脫水時(shí)間短，沉渣含水率升高。如果半錐角小，脫水區(qū)長(zhǎng)度長(zhǎng)，脫水時(shí)間長(zhǎng)，沉渣的含水率就低，但其有效沉降面積減小，降低離心機(jī)的使用性能，因此取 α＝９°。合理設(shè)計(jì)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓不僅能保證離心機(jī)正常、安全地運(yùn)行，而且使離心機(jī)有理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
                  
    ２．２ 螺旋輸送器
    螺旋輸運(yùn)器是臥螺離心機(jī)的主要部件，能夠連續(xù)的把沉渣輸送到排渣孔排出機(jī)外。它由螺旋葉片、內(nèi)筒、加料隔倉(cāng)和左右軸徑等組成，如圖３所示。螺旋葉片為連續(xù)式的，表面堆焊硬質(zhì)合金，螺旋葉片采用單頭螺旋，可以減小轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁面的磨損。螺旋葉片的螺旋升角 β增大，其磨損性減輕，因此取β＝８°。臥螺離心機(jī)的進(jìn)料孔設(shè)在轉(zhuǎn)鼓柱錐段交界處附近，這樣可以保證液相有足夠的沉降距離，分離效果好。螺旋內(nèi)筒的兩端分別與左右軸徑相連，軸徑支承在大小端蓋內(nèi)腔里的軸承上，連接采用止口配合，以保證組合后的同軸度要求，螺旋樞紐的驅(qū)動(dòng)通過(guò)花鍵軸與差速器的輸出軸連接。
                 
    ３ 臥式螺旋沉降離心機(jī)在分離豆奶中的操作參數(shù)的設(shè)定
    ３．１ 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速
    被分離的物料在離心力場(chǎng)中所受的離心力和它所受的重力的比值稱為分離因數(shù) Ｆｒ，則：
              
     由此可看出，分離因數(shù)亦即離心加速度與重力加速度的比值。它是表示離心機(jī)分離能力的主要指標(biāo)，Ｆｒ 越大，分離效果就越好，由式（１）可看出，提高 ｒ 時(shí)，Ｆｒ 增長(zhǎng)較平緩，提高 ω時(shí)，Ｆｒ增長(zhǎng)較快，因此通過(guò)提高轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速來(lái)提高轉(zhuǎn)鼓的分離因數(shù)，分離因數(shù)的大小受轉(zhuǎn)鼓的機(jī)械強(qiáng)度的制約，在轉(zhuǎn)鼓直徑一定的條件下，分離因數(shù)越高，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越大，這樣就增大了離心機(jī)的負(fù)
荷、功率消耗、機(jī)械磨損和振動(dòng)等，降低了離心機(jī)的使用壽命。ＬＷ１７０ 型臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 ｎ＝５８００ｒ／ｍｉｎ，Ｆｒ＝３２００，經(jīng)試用后豆奶的含固量≤０．１％，分離效果良好。
    ３．２ 差轉(zhuǎn)速
    差速差直接影響排渣能力、沉渣含濕量和濾液質(zhì)量。提高速差，有利于提高排渣能力，但沉渣脫水時(shí)間縮短，脫水后沉渣含濕量大，同時(shí)螺旋對(duì)澄清區(qū)液池的擾動(dòng)大，濾液質(zhì)量相對(duì)差一些。降低差轉(zhuǎn)速，沉渣脫水時(shí)間增長(zhǎng)，脫水后沉渣含濕量就降低，同時(shí)螺旋對(duì)澄清區(qū)物料的擾動(dòng)也越小， 濾液質(zhì)量也相對(duì)好些，但會(huì)增大螺旋推料的負(fù)荷，同時(shí)，排渣量減小會(huì)造成離心機(jī)內(nèi)沉渣不能及時(shí)排出而引起堵塞現(xiàn)象，因此應(yīng)根據(jù)物料性質(zhì)、處理量大小、處理要求及離心機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)確定速差大小。一般認(rèn)為沉渣在脫水區(qū)的脫水時(shí)間應(yīng)控制在 ４～６ｓ之間，沉渣脫水有一段較佳的沉降時(shí)間，以后即達(dá)到恒渣階段，再延長(zhǎng)停留時(shí)間并無(wú)多大脫水作用。豆奶原料其粒度小、濃度低、，所以在分離過(guò)程中，要想得到好的沉降效果，應(yīng)該增加沉降時(shí)間，降低差轉(zhuǎn)速。
               
     過(guò)低的差轉(zhuǎn)速會(huì)增大螺旋轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器的磨損增大；而差轉(zhuǎn)速越高，沉渣的出渣量越大，因此采用差轉(zhuǎn)速Δｎ＝１０ｒ／ｍｉｎ，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，得到固形物含量低的豆奶和液體含量低的豆渣。
    ４ 結(jié)束語(yǔ)
    設(shè)計(jì)的臥螺離心機(jī)占地面積小，轉(zhuǎn)鼓直徑較小，轉(zhuǎn)速較高；螺旋輸送器的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓的方向一致，并且轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 １０ｒ／ｍ，得到了較高的出奶率，同時(shí)保證了豆奶的質(zhì)量，臥螺離心機(jī)是一種高效的分離設(shè)備，在豆奶生產(chǎn)中可以得到很好的應(yīng)用。