碟式分離機(jī)及其在脂肪酸分離中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
碟式分離機(jī)是一種借助離心慣性力，運(yùn)用沉降原理進(jìn)行液-液，或液-液-固非均相系分離的通用流體機(jī)械，它由于碟片間隙小而使沉降距離極短；轉(zhuǎn)速高而使離心力強(qiáng)；以及碟片數(shù)量多而使當(dāng)量沉降面積可觀。因此，其分離效率高，生產(chǎn)能力大，并且結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。選用合適的碟式分離機(jī)，往往是生產(chǎn)流程現(xiàn)代化的標(biāo)志，可取得很好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。
碟式分離機(jī)可分為人工排渣、活塞排渣和噴嘴排渣三大類，能適應(yīng)含固率由小到大的各種不同物料的使用要求，能完成分離、澄清、濃縮等多種功能。在脂肪酸分離中，由于乳化分散法的出現(xiàn)，使得古老的冷凍壓榨法逐步被淘汰，而走向管道化、連續(xù)化生產(chǎn)，碟式分離機(jī)就是這種工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備。
1 碟式分離機(jī)工作原理
碟式分離機(jī)是因在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)設(shè)計(jì)有數(shù)十個(gè)至上百個(gè)一組的碟片而得名，碟片像一個(gè)個(gè)倒扣著的碟盤(pán)，是重要的分離原件，它不僅擴(kuò)大了與被分離物料的接觸面積，而且大大降低了固體顆粒的沉降距離，從而使生產(chǎn)能力增加，分離效率提高。
由供料裝置將液-液-固三相組成的懸浮液，從轉(zhuǎn)鼓中心處供入進(jìn)料分配器（又稱碟片架），分布在其中的擋液筋將液體加速，通過(guò)碟片組上均布的進(jìn)液孔，進(jìn)入每一個(gè)碟片間隙中去。在強(qiáng)大的離心力場(chǎng)里，物料中比重不同的三相開(kāi)始分離，重相液體及固體顆粒在離心力作用下沿碟片下表面朝轉(zhuǎn)鼓四周運(yùn)動(dòng)，其中固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上；重相液體在后面不斷被分離出來(lái)的重相液體的作用下，形成液流，沿轉(zhuǎn)鼓蓋與上碟片之間的通道，再經(jīng)控制重相液體排出阻力環(huán)或向心泵連續(xù)地排出轉(zhuǎn)鼓。
輕相液體由于受到重相液體離心力的反作用力影響，而產(chǎn)生向心浮力，這種現(xiàn)象與在重力場(chǎng)中，輕相液體不能穿過(guò)重相液體達(dá)到沉降池底部，反而上浮的道理一樣，在后續(xù)輕相液體的作用下，也形成液流，經(jīng)一定的通道或向心泵連續(xù)排出轉(zhuǎn)鼓。
在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，輕重兩相液體分別在內(nèi)、外形成液圈，交界面稱為中性層。在理論上，分離時(shí)應(yīng)使中性層直徑與碟片上的進(jìn)液孔分布中心直徑保持一致，此刻分離效果較佳。而實(shí)際操作時(shí)，影響中性層直徑的因素很多，可以通過(guò)對(duì)輕、重兩相出口壓力的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)較佳分離效果的目的。調(diào)整的方法有幾種，簡(jiǎn)便易行，因此碟式分離機(jī)具有較好的適應(yīng)性。
聚集在轉(zhuǎn)鼓壁上的固體沉渣，排出形式有三種：人工、活塞和噴嘴排渣。對(duì)不同的物料及分離要求可選擇合適的機(jī)型，但它們的分離原理是相同的。
2 乳化分散分離法
2.1 分離原理
任何機(jī)械設(shè)備都會(huì)有一定的局限性。若僅根據(jù)混合脂肪酸中的飽和酸和不飽和酸凝固點(diǎn)不同，冷卻到一定溫度，使固體酸從液體酸中逐步結(jié)晶出來(lái)，這樣的固-液分離，碟式分離機(jī)還是無(wú)法進(jìn)行，這是因?yàn)榇丝痰娘柡椭舅岚牍腆w粘度太大，無(wú)法流動(dòng)。而乳化分散分離法使上述分離成為可能。其機(jī)理是：以表面活性劑作為乳化劑，使得原來(lái)與水不相溶混的飽和脂肪酸結(jié)晶充分潤(rùn)濕，并排除附于結(jié)晶面上的輕相液體，能夠與電解質(zhì)水溶液一起經(jīng)充分?jǐn)嚢栊纬梢环N乳化液體系統(tǒng)；而呈液體狀的不飽和脂肪酸未被表面活性劑潤(rùn)濕，仍保持輕相液體狀態(tài)。此刻碟式分離機(jī)所進(jìn)行的還是“液-液”分離，其中輕相液體是液態(tài)的不飽和脂肪酸，重相液體是懸浮著飽和脂肪酸結(jié)晶的表面活性劑及電解質(zhì)的水溶液。只有混合脂肪酸中含有的少量機(jī)械雜質(zhì)，才會(huì)以固相排渣形式排出。
2.2 工藝條件
（1）冷凍：采用不同的原料經(jīng)水解、蒸餾等工序后，所得的混合脂肪酸因其中所含的飽和脂肪酸凝固點(diǎn)不同，以及有時(shí)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格、碘值要求不一，因此冷凍結(jié)晶溫度可以在比飽和酸熔點(diǎn)低，比不飽和酸熔點(diǎn)高的范圍內(nèi)選擇。有時(shí)要進(jìn)行二次分離工藝，冷凍溫度第二次要比第一次低。溫度高是為了保證有足夠的收率，溫度低是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量。混合脂肪酸從冷凍開(kāi)始，要進(jìn)行攪拌，使得飽和脂肪酸晶體經(jīng)機(jī)械破碎呈分散的固體微粒狀。此時(shí)不飽和脂肪酸為液態(tài)附著在結(jié)晶表面上，整個(gè)混合脂肪酸呈粥狀物。
脂肪酸結(jié)晶速度較慢，在凝固點(diǎn)附近及進(jìn)分離機(jī)前，應(yīng)控制冷凍速度，以利結(jié)晶完全，結(jié)晶過(guò)小過(guò)大都不利于分離。一般冷凍結(jié)晶溫度與所得飽和及不飽和酸的純度密切相關(guān)，溫度越低，不飽和脂肪酸碘價(jià)越高，收率下降。在以米糠油的油酸生產(chǎn)中，冷凍溫度第一次控制在17℃，第二次8℃，可得合格產(chǎn)品。
（2）乳化分散：表面活性劑的種類很多，目前工業(yè)上采用十二烷基脂肪醇，它的用量與分散顆粒大小有關(guān)。在米糠油酸生產(chǎn)中，采用濃度3%左右較好，當(dāng)使用回收水溶液時(shí)，所補(bǔ)充的用量還要減少。
電解質(zhì)選用高價(jià)正離子效果好，較常用的是硫酸鎂，適量的電解質(zhì)濃度能夠起到調(diào)節(jié)乳化分散的能力與乳液穩(wěn)定性的作用，它有利于油酸從硬脂硬表面分散下來(lái)，加入電解質(zhì)溶液后，增加了水溶液密度，更利于離心分離。電解質(zhì)溶液以1.5%～2%左右比較合適，當(dāng)使用回收水溶液時(shí)，所補(bǔ)充用量可減少一半。
一般資料介紹加水量在1.5～3.5倍之間為多，它與飽和脂肪酸含量及冷凍溫度等有關(guān)，與含量呈正比關(guān)系。實(shí)際上它與分離機(jī)選型關(guān)系也很大，分離稠厚物質(zhì)能力較強(qiáng)的碟式分離機(jī)，可以選擇較小的加水量，水溫控制在與混合脂肪酸接近的溫度。
3 關(guān)鍵設(shè)備——分離機(jī)的使用要點(diǎn)
3.1 操作
潤(rùn)滑對(duì)于碟式分離機(jī)是至關(guān)重要的，選用使用說(shuō)明書(shū)推薦的潤(rùn)滑油，在飽含300h后，清洗機(jī)座油池，更換新潤(rùn)滑油后，可正常運(yùn)行1500h。用專有技術(shù)設(shè)計(jì)制造的齒輪副，已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同類機(jī)的先進(jìn)水平。養(yǎng)成每班觀察油標(biāo)視鏡的習(xí)慣，注意潤(rùn)滑油位及顏色，由于操作不當(dāng)，使沖洗水進(jìn)入油池，是使?jié)櫥褪У脑蛑弧?dòng)分離機(jī)時(shí)啟動(dòng)電流不得大于額定值兩倍，啟動(dòng)時(shí)間小于5min。
根據(jù)碟式分離機(jī)的液封原理，當(dāng)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速后，應(yīng)先向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)供入與被分離物料溫度相近的密封水，并從重相液體出口流出為止，表明在離心力的作用下，密封水已首先占據(jù)了轉(zhuǎn)鼓的外部一圈，形成了液封層，阻擋輕相液體從重相出口流出（只有當(dāng)懸浮液中重相液體＞75%時(shí)，才允許不加密封水）。
這時(shí)可將合適的混合脂肪酸懸浮液供入轉(zhuǎn)鼓，應(yīng)緩緩加大流量。分離出來(lái)的飽和脂肪酸和水溶液逐步將密封水置換出來(lái)，數(shù)分鐘后便有輕相流出。在開(kāi)始分離的十分鐘內(nèi)，可能分離效果不如意，將這些分離物返回混合酸在調(diào)整合適的情況下，很快便進(jìn)入正常分離階段。操作中應(yīng)注意兩相液體的顏色與流量。
3.2 調(diào)整
為了獲得純度較高的分離液，是需要對(duì)前道工藝及分離機(jī)操作進(jìn)行調(diào)整。乳化劑、電解質(zhì)和水的用量比例、冷凍溫度、攪拌強(qiáng)度、流量大小、重力環(huán)尺寸、背壓高低等多因素的參數(shù)調(diào)整，可運(yùn)用優(yōu)選法或正交試驗(yàn)法找到合適的工作點(diǎn)。也可以根據(jù)以下定性分析靈活地指導(dǎo)實(shí)際操作。
由于原料、工藝、輕重相液體體積比例及密度差均有所不同，因此要使轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的液體交界面正好與碟片上進(jìn)料孔分布直徑一致，調(diào)整是必需的。在重相或輕相出口通道上設(shè)置可調(diào)的阻力，就能迫使分離面的直徑變化，直至取得較佳分離效果。一般碟式分離機(jī)在重相出口通道上，都有一組供用戶選擇的不同孔徑的重力環(huán)，換上孔徑越小的重力環(huán)，重相流出阻力越大，反作用力迫使分界面直徑變小，輕相液體往重相流出的可能性也越小，反之亦然。有些碟式分離機(jī)在輕相或重相通道上設(shè)有向心泵，就可以在靠近分離機(jī)的管道上裝上壓力表和調(diào)節(jié)閥，利用調(diào)整背壓，迫使分界面直徑變化。如在輕相出口上的背壓越高，輕相流出的阻力越大，反作用力迫使分界面直徑變大，重相液體往輕相流出的可能性越小。背壓調(diào)整可在分離機(jī)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行，十分方便。
不同的物料與工藝，使得懸浮液輕重兩相密度差、粘度等參數(shù)不一，因此同一臺(tái)分離機(jī)的生產(chǎn)能力也會(huì)有差異。將進(jìn)料流量控制的越小，懸浮液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間越長(zhǎng)，分離效果越好，生產(chǎn)能力也就越小。在剛開(kāi)始進(jìn)料時(shí)，往往采用小流量，待密封水被完全頂出，質(zhì)量符合要求，再緩緩增大流量到分離機(jī)設(shè)定生產(chǎn)能力為止。若進(jìn)料過(guò)猛，有可能導(dǎo)致液封層破壞，分離不清，此刻可停止進(jìn)料，重新補(bǔ)充密封水后，再緩緩進(jìn)料，即可恢復(fù)正常分離。
工藝條件的調(diào)整非常重要，分離機(jī)僅僅是將具有比重不同且互不相溶物料的分離，而乳化分散法有利于更好地分離。與冷凍壓榨法相比，乳化分散法對(duì)結(jié)晶顆粒的大小要求不嚴(yán)，但結(jié)晶要穩(wěn)定，結(jié)實(shí)?？刂坪萌榛瘎?、電解質(zhì)和水的用量比例，使油酸與飽和酸乳化分散，飽和酸結(jié)晶均勻地分散在水溶液中。要根據(jù)化驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整冷凍溫度等參數(shù)。
3.3 保養(yǎng)
碟式分離機(jī)是一種高速回轉(zhuǎn)設(shè)備，使用中應(yīng)精心地保養(yǎng)。外部擦拭與內(nèi)部清洗都是設(shè)備保養(yǎng)的重要內(nèi)容。人工排渣分離機(jī)每次停機(jī)后，都必須打開(kāi)轉(zhuǎn)鼓用熱水清洗轉(zhuǎn)鼓部件、收集罩及管路系統(tǒng)?；钊旁蛛x機(jī)具有自清理功能，在排凈殘?jiān)?，可以反?fù)做“進(jìn)熱水-排渣”多次，達(dá)到清洗的目的。
4 結(jié)束語(yǔ)
多年的應(yīng)用證明，國(guó)產(chǎn)碟式分離機(jī)完全可以取代進(jìn)口分離機(jī)，不僅節(jié)省大量外匯，還具有備件供應(yīng)方便等優(yōu)點(diǎn)。在更多的液-液，液-液-固等分離工程中，掌握分離機(jī)理，推廣應(yīng)用碟式分離機(jī)，可提高分離質(zhì)量與效率。
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