國(guó)產(chǎn)臥螺離心機(jī)在玉米酒精糟液分離工藝上的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理
臥螺離心機(jī)主體由三部分組成：轉(zhuǎn)鼓部分，螺旋部分和驅(qū)動(dòng)裝置。它們之間通過(guò)一個(gè)變速箱調(diào)整轉(zhuǎn)鼓與螺旋差轉(zhuǎn)速。
工作原理：
（1）酒糟液由穿過(guò)螺旋輸送器空心部分的進(jìn)料管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓圓錐體和圓柱體的交匯部分（物料分布倉(cāng)）。
（2）酒糟液在進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后，其中的液體分布在轉(zhuǎn)鼓中形成內(nèi)層水環(huán)，并平穩(wěn)地加速到全轉(zhuǎn)速。
（3）固相物在離心力作用下沉降于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，螺旋輸送器連續(xù)地將固形物，從轉(zhuǎn)鼓的圓柱體部分經(jīng)過(guò)圓錐體部分到出料口。
（4）固、液相分離發(fā)生在轉(zhuǎn)鼓的圓柱整體部分，轉(zhuǎn)鼓的大端有堰板（可調(diào)節(jié)、更換），澄清的液相經(jīng)過(guò)堰板在轉(zhuǎn)鼓大端溢出并收集。
2 酒精行業(yè)國(guó)產(chǎn)臥螺離心機(jī)發(fā)展歷程
我國(guó)從20世紀(jì)八十年代初開(kāi)始引進(jìn)臥螺離心機(jī)，進(jìn)入國(guó)內(nèi)較早的品牌包括阿法拉伐（Alfa Laval），韋斯伐里亞（Westfalia），福樂(lè)偉（Flottweg），洪堡（Humboldt）。國(guó)內(nèi)離心機(jī)發(fā)展歷史時(shí)間不長(zhǎng)，臥螺離心機(jī)是原化工部“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目。1993年6月，解放軍第4819廠（海申機(jī)電總廠）成功地開(kāi)發(fā)了LWD430型臥螺離心機(jī)，在宿州市一家酒精廠投入試運(yùn)營(yíng)并通過(guò)了部級(jí)鑒定。此后，國(guó)產(chǎn)離心機(jī)行業(yè)迅速發(fā)展，以重慶江北、海申機(jī)電、金華機(jī)械、上海離心機(jī)研究所為代表的企業(yè)，相繼研發(fā)了一系列、各類型離心機(jī)，在精細(xì)化工、煤化工、市政、食品蛋白分離等各種行業(yè)成功應(yīng)用，國(guó)產(chǎn)離心機(jī)裝備獲得了跨越式的發(fā)展。
3 國(guó)產(chǎn)臥螺離心機(jī)與進(jìn)口臥螺離心機(jī)技術(shù)特點(diǎn)分析
3.1 整體設(shè)計(jì)
長(zhǎng)徑比：目前，國(guó)產(chǎn)離心機(jī)和進(jìn)口離心機(jī)長(zhǎng)徑比設(shè)計(jì)普遍采用1:3.7的設(shè)計(jì)參數(shù)，該參數(shù)在玉米酒精糟分離工序上的應(yīng)用較為成熟和可靠。國(guó)內(nèi)有廠家在設(shè)計(jì)上進(jìn)行過(guò)1:4.1的實(shí)驗(yàn)，固形物的含水率有所下降，但是設(shè)備存在處理量下降、磨蝕程度同時(shí)存在加快情況。
錐轉(zhuǎn)鼓角度：阿法拉伐（Alfa Laval）錐轉(zhuǎn)鼓角度為11°，福樂(lè)偉（Flottweg）、洪堡（Humboldt）設(shè)計(jì)在8～10°，海申錐轉(zhuǎn)鼓角度設(shè)計(jì)為11°。從目前行業(yè)實(shí)際使用情況反饋，錐轉(zhuǎn)鼓角度設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)備能力影響差別不是非常明顯，只是在設(shè)備使用周期、大修維護(hù)上有細(xì)微差別。
螺旋片設(shè)計(jì)：進(jìn)口離心機(jī)大部分采用在螺旋根部開(kāi)有對(duì)稱的孔，設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是：細(xì)顆粒相可軸向流到出液口，減少分離物料對(duì)固相的擾動(dòng)，提高清液的澄清度并提升處理量。國(guó)產(chǎn)離心機(jī)有一部分廠家采用該種設(shè)計(jì)，如海申等。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行效果對(duì)比后認(rèn)為，該種設(shè)計(jì)技術(shù)會(huì)對(duì)清液有一定影響，但不是主要因素，影響清液的因素主要與容積、停留時(shí)間、分離因數(shù)有較為重要的關(guān)系。
進(jìn)料分布區(qū)（布料倉(cāng)）設(shè)計(jì)：太極型進(jìn)料分布區(qū)是目前玉米酒精糟應(yīng)用的臥螺離心機(jī)主要設(shè)計(jì)形式。該形式優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)料阻力小，更符合流體的流道分布，流體攪動(dòng)小，更有助于物料分離或同等處理效果下處理量增大。
密封設(shè)計(jì)：螺旋的密封方式大多采用迷宮式、機(jī)械式，國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口離心機(jī)思路基本相同，密封設(shè)計(jì)滿足行業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求。
3.2 結(jié)構(gòu)材料
國(guó)內(nèi)外廠家在結(jié)構(gòu)材料選擇上認(rèn)識(shí)相對(duì) ，都認(rèn)為材料選擇和制造工藝是離心機(jī)生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，結(jié)構(gòu)材料對(duì)離心機(jī)的設(shè)計(jì)、安全、操作、生產(chǎn)能力和配套功率等均有決定性影響；其次，離心機(jī)因旋轉(zhuǎn)高（酒糟分離工作轉(zhuǎn)速通常在2700～3500r/min），自身需要承受高轉(zhuǎn)速作用下離心力產(chǎn)生的應(yīng)力，對(duì)材料性能要求高。
3.3 潤(rùn)滑方式
早期的進(jìn)口設(shè)備（如機(jī)型NX426）有一種主軸承潤(rùn)滑采用外置稀油站潤(rùn)滑方式：一般設(shè)計(jì)油壓為0.6～0.7MPa，流速為每個(gè)軸承為5～6L/min。
現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口臥螺離心機(jī)基本采用脂潤(rùn)滑方式，包括轉(zhuǎn)鼓、螺旋全套軸承。部分廠家會(huì)在主軸承潤(rùn)滑時(shí)采用自動(dòng)滑脂泵定時(shí)加注潤(rùn)滑脂，以減少人工工作量。
3.4 驅(qū)動(dòng)模式設(shè)計(jì)
國(guó)內(nèi)外臥螺離心機(jī)存在不同的設(shè)計(jì)理念，有多種不同的驅(qū)動(dòng)裝置。除目前常規(guī)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)配置外，主要還有以下2種：
（1）單電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式主要有2種：一種是一臺(tái)電機(jī)通過(guò)主皮帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，次級(jí)皮帶驅(qū)動(dòng)差速器軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生差轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)方式較為簡(jiǎn)單。另一種采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)主轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)電磁渦流差速器產(chǎn)生差轉(zhuǎn)速（ECB），控制系統(tǒng)為 阻尼制動(dòng)控制器（ABC）。
（2）液壓驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)鼓、螺旋分別由獨(dú)立液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)（轉(zhuǎn)鼓也有用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的）。
3.5 差速器（變速箱）
臥螺離心機(jī)運(yùn)行中，固相物在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的輸送過(guò)程全部由差速器產(chǎn)生的螺旋對(duì)轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成。由于臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間速差小而扭矩大，所以差速器普遍采用周轉(zhuǎn)輪系結(jié)構(gòu)，如行星擺線針輪、漸開(kāi)線齒輪差速器等，優(yōu)點(diǎn)是體積小巧、重量輕、傳動(dòng)比大、效率高（90%～99%）、承載大等。國(guó)內(nèi)及國(guó)外離心機(jī)所采用的差速器結(jié)構(gòu)形式基本相同，一般為行星漸開(kāi)線齒輪差速器、行星擺線針輪及漸開(kāi)線齒輪差速器的組合形式。
差速器轉(zhuǎn)速高，傳導(dǎo)扭矩大，各零件公差要求精度高，尤其是在組裝過(guò)程中，對(duì)間隙調(diào)整有較高標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)很多廠家可以生產(chǎn)行星齒輪差速器，只有較少幾個(gè)廠家在機(jī)加能力、裝配精度和實(shí)驗(yàn)水平接近國(guó)外同類產(chǎn)品水準(zhǔn)。
3.6 自控方式
臥螺離心機(jī)的優(yōu)異的整體性能必須通過(guò)完善的自控系統(tǒng)才能得以保障。目前，國(guó)內(nèi)外廠家的離心機(jī)的控制技術(shù)，普遍應(yīng)用了工業(yè)計(jì)算機(jī)或DCS控制系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)屏幕顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行控制參數(shù)、生產(chǎn)過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”。
3.7 國(guó)內(nèi)外臥螺離心機(jī)在酒精醪液分離應(yīng)用生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比
說(shuō)明：以下數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)源于宿州中糧生物化學(xué)有限公司
臥螺離心機(jī)（設(shè)計(jì)15m3/h）國(guó)內(nèi)外機(jī)型運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比：
轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑 | 進(jìn)口臥螺離心機(jī) (430mm) | 國(guó)產(chǎn)臥螺離心機(jī)1 （450mm） | 國(guó)產(chǎn)臥螺離心機(jī)2 （430mm） |
出渣口保護(hù)更換周期 | 2a | 1～1.5a | 1～1.5a |
出渣口保護(hù)更換費(fèi)用 | 2～2.5萬(wàn)元/套 | 0.6萬(wàn)元/套 | 0.6萬(wàn)元/套 |
螺旋推料面保護(hù) | 硬質(zhì)合金片HRA93 | 硬質(zhì)合金HRA93 | 硬質(zhì)合金HRA86 |
硬質(zhì)合金片更換周期 | 3～5a | 3～5a | 1～2a |
硬質(zhì)合金片更換費(fèi)用 | 10萬(wàn)/套 | 4～5萬(wàn)/套 | 2～3萬(wàn)/套 |
螺旋布料倉(cāng)保護(hù) | 合金套 | 陶瓷套 | 堆焊硬質(zhì)合金 |
布料倉(cāng)保護(hù)更換周期 | 3a | 3a | 無(wú)法更換 |
布料倉(cāng)保護(hù)更換費(fèi)用 | 1.5萬(wàn)元/套 | 0.3萬(wàn)元/套 | 堆焊修補(bǔ) |
螺旋本體壽命周期 | 10a | 5～10a | 2～3a |
螺旋本體更換費(fèi)用 | 20～30萬(wàn)元/套 | 8～12萬(wàn)元/套 | 8～12萬(wàn)元/套 |
轉(zhuǎn)鼓總成壽命周期 | 15～20a | 10～15a | 10～15a |
設(shè)備大修周期 | 3a/次 | 2a/次 | 2a/次 |
設(shè)備大修費(fèi)用（不含配件） | 15～20萬(wàn)元 | 3～5萬(wàn)元 | 3～5萬(wàn)元 |
臥螺離心機(jī)（設(shè)計(jì)15m3/h）國(guó)內(nèi)外機(jī)型生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比：
轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑 | 進(jìn)口臥螺離心機(jī) (430mm) | 國(guó)產(chǎn)臥螺離心機(jī)1 （450mm） | 國(guó)產(chǎn)臥螺離心機(jī)2 （430mm） |
上清液含不溶性固體含量 | 新設(shè)備運(yùn)行參數(shù) | ||
1.1～5% | 1.2%～2% | 1.2～2% | |
出渣含濕率 | 66%～70% | 66%～70% | 68%～72% |
上清液含不溶性固體含量 | 后續(xù)壽命周期內(nèi)運(yùn)行參數(shù) | ||
1.5%～2.5% | 1.8%～3% | 2%～3.5% | |
出渣含濕率 | 68%～72% | 68%～72% | 70%～75% |
4 結(jié)論
相對(duì)國(guó)外臥螺離心機(jī)100多年的發(fā)展歷程而言，國(guó)產(chǎn)離心機(jī)發(fā)展只有短短幾十年的時(shí)間。在玉米酒糟分離行業(yè)中，國(guó)產(chǎn)臥螺離心機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)，部分國(guó)產(chǎn)設(shè)備在穩(wěn)定運(yùn)行、生產(chǎn)效率、固形物回收、處理能力等關(guān)鍵技術(shù)性能指標(biāo)上，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的水平，部分廠家的設(shè)備，由于性價(jià)比較高已經(jīng)出口到歐美發(fā)達(dá) 市場(chǎng)。但從國(guó)產(chǎn)離心機(jī)整體水平綜合來(lái)看，與國(guó)外相比還存在著一定的差距，尤其是在整體設(shè)計(jì)水平和能力，新技術(shù)的突破和發(fā)展，裝備大型化，裝配精度的控制能力等幾個(gè)方面，仍然是制約行業(yè)設(shè)備精品化、穩(wěn)定性、高效率的瓶頸。
