豆奶生產(chǎn)用臥式螺旋沉降離心機的參數(shù)設計

【摘 要】臥式螺旋沉降離心機是豆奶生產(chǎn)中的關鍵設備之一，離心機的技術參數(shù)的選擇對豆奶的分離效果起著至關重要的作用。根據(jù)豆奶分離的特點，設計臥式螺旋離心機的轉鼓和螺旋輸送器的結構參數(shù)，對離心機操作參數(shù)進行了設定：轉鼓轉速為 ５８００ ｒ／ｍｉｎ，差轉速為 １０ ｒ／ｍｉｎ。得到的豆奶產(chǎn)品含渣量低，出奶量高，分離效果好。
　　關鍵詞：豆奶；臥螺離心機；參數(shù)設計
　　中圖分類號：  ＴＨ１２，  ＴＰ３１ 文獻標識碼：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，其具有豐富的植物蛋白，均衡的營養(yǎng)且不含膽固醇而逐漸被人們接受和喜愛，豆奶中含有較豐富的礦物質和維生素，另外，豆奶中還含有磷脂和皂苷及其它微量營養(yǎng)和保健成分，常飲豆奶對保持血管軟化、延緩人體衰老等都有好處。專家預測，豆奶將成為 ２１世紀人類無可爭議的選擇，其市場前景相當廣闊。
　　豆奶的質量與生產(chǎn)工藝關系密切，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→分離過濾→調制→高溫殺菌→真空脫臭→均質→冷卻→灌裝→殺菌→冷藏。在生產(chǎn)過程中，分離過濾這步操作對蛋白質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。分離設備是關鍵設備之一，現(xiàn)在豆奶生產(chǎn)中通常采用離心機進行分離，目前國內外豆奶生產(chǎn)的設備主要是臥式螺旋沉降離心機（簡稱臥螺離心機），通過豆奶與豆渣的重力區(qū)別來進行分離，分離效果很好。
　　臥螺離心機是我們工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的分離機械，廣泛應用于石油、化工、醫(yī)藥、食品、紡織、煤炭等部門。在近二十多年的發(fā)展中，臥螺離心機在結構、性能、參數(shù)上變化很大，分離質量、生產(chǎn)能力也比以前大大提高。它具有能夠自動、連續(xù)操作，無慮網(wǎng)和慮布；結構緊湊、易于密封；單機生產(chǎn)能力大，分離質量比較高，操作費用低等特點。因此，用于豆奶的固－ 液分離最為理想，它是植物蛋白行業(yè)進行大豆蛋白制取工序中的關鍵設備，承擔蛋白液與豆渣、凝乳與乳清液的分離。離心機高效、可靠的性能是保產(chǎn)品質量、產(chǎn)量、回收率的有效保證。
　?。?nbsp;臥式螺旋沉降離心機的工作原理及結構參數(shù)的選取
　　臥螺離心機主要由轉鼓、螺旋輸送器、差速器組成，其它包括機殼、機座、卸渣裝置、過載保護裝置等。臥螺離心機的工作原理，如圖 １ 所示。經(jīng)過磨漿提取之后的豆奶原料由進料管進入螺旋輸送器的加料隔倉中，通過進料孔進入轉鼓內，轉鼓與螺旋輸送器同方向運轉，并且通過差速器產(chǎn)生一個轉速差，由于懸浮液中固相粒子密度比液相密度重，轉鼓高速旋轉產(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鼓內壁上，而形成沉渣（既豆渣），由于螺旋葉片與轉鼓的相對運動，沉渣被螺旋葉片推送到轉鼓小端脫水區(qū)，自大端向小端排渣孔移動，從排渣孔甩出。在轉鼓得大端蓋上設置溢流孔，豆奶沿轉鼓軸向流動至溢流孔處溢出鼓外，經(jīng)機殼的排液室排出。
    以 ＬＷ１７０ 型臥螺離心機為例，進行轉鼓和螺旋輸送器的結構設計。
              
    ２．１ 轉鼓
    轉鼓是離心機中的核心元件，轉鼓主要包括大小端蓋、轉鼓筒體等。轉鼓筒體為柱錐形，能大大增加液池的容量，提高澄清效果；轉鼓最大內徑 Ｄ＝１７０ｍｍ，壁厚為 ９ｍｍ，轉鼓錐段長度 Ｌ＝１３７ｍｍ，徑向開有 ８ 個排渣孔，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，通過更換襯套的方式來延長轉鼓的使用壽命。
    轉鼓半錐角 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)長度就較短，脫水時間短，沉渣含水率升高。如果半錐角小，脫水區(qū)長度長，脫水時間長，沉渣的含水率就低，但其有效沉降面積減小，降低離心機的使用性能，因此取 α＝９°。合理設計離心機轉鼓不僅能保證離心機正常、安全地運行，而且使離心機有理想的技術經(jīng)濟指標。
                  
    ２．２ 螺旋輸送器
    螺旋輸運器是臥螺離心機的主要部件，能夠連續(xù)的把沉渣輸送到排渣孔排出機外。它由螺旋葉片、內筒、加料隔倉和左右軸徑等組成，如圖３所示。螺旋葉片為連續(xù)式的，表面堆焊硬質合金，螺旋葉片采用單頭螺旋，可以減小轉鼓內壁面的磨損。螺旋葉片的螺旋升角 β增大，其磨損性減輕，因此取β＝８°。臥螺離心機的進料孔設在轉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。螺旋內筒的兩端分別與左右軸徑相連，軸徑支承在大小端蓋內腔里的軸承上，連接采用止口配合，以保證組合后的同軸度要求，螺旋樞紐的驅動通過花鍵軸與差速器的輸出軸連接。
                 
    ３ 臥式螺旋沉降離心機在分離豆奶中的操作參數(shù)的設定
    ３．１ 轉鼓轉速
    被分離的物料在離心力場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。它是表示離心機分離能力的主要指標，Ｆｒ 越大，分離效果就越好，由式（１）可看出，提高 ｒ 時，Ｆｒ 增長較平緩，提高 ω時，Ｆｒ增長較快，因此通過提高轉鼓的轉速來提高轉鼓的分離因數(shù)，分離因數(shù)的大小受轉鼓的機械強度的制約，在轉鼓直徑一定的條件下，分離因數(shù)越高，轉鼓轉速越大，這樣就增大了離心機的負
荷、功率消耗、機械磨損和振動等，降低了離心機的使用壽命。ＬＷ１７０ 型臥螺離心機轉鼓轉速 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 差轉速
    差速差直接影響排渣能力、沉渣含濕量和濾液質量。提高速差，有利于提高排渣能力，但沉渣脫水時間縮短，脫水后沉渣含濕量大，同時螺旋對澄清區(qū)液池的擾動大，濾液質量相對差一些。降低差轉速，沉渣脫水時間增長，脫水后沉渣含濕量就降低，同時螺旋對澄清區(qū)物料的擾動也越小， 濾液質量也相對好些，但會增大螺旋推料的負荷，同時，排渣量減小會造成離心機內沉渣不能及時排出而引起堵塞現(xiàn)象，因此應根據(jù)物料性質、處理量大小、處理要求及離心機結構參數(shù)來確定速差大小。一般認為沉渣在脫水區(qū)的脫水時間應控制在 ４～６ｓ之間，沉渣脫水有一段較佳的沉降時間，以后即達到恒渣階段，再延長停留時間并無多大脫水作用。豆奶原料其粒度小、濃度低、，所以在分離過程中，要想得到好的沉降效果，應該增加沉降時間，降低差轉速。
               
     過低的差轉速會增大螺旋轉矩，使轉鼓與螺旋輸送器的磨損增大；而差轉速越高，沉渣的出渣量越大，因此采用差轉速Δｎ＝１０ｒ／ｍｉｎ，經(jīng)過試驗，得到固形物含量低的豆奶和液體含量低的豆渣。
    ４ 結束語
    設計的臥螺離心機占地面積小，轉鼓直徑較小，轉速較高；螺旋輸送器的旋轉方向與轉鼓的方向一致，并且轉速低于轉鼓轉速 １０ｒ／ｍ，得到了較高的出奶率，同時保證了豆奶的質量，臥螺離心機是一種高效的分離設備，在豆奶生產(chǎn)中可以得到很好的應用。