连续沉淀器为什么会“反底”

 

 

连续沉淀器是糖厂中最庞大的设备。蔗汁在其中的停留时间长达一个多小时。不过,它的工作稳定性并不好,不少糖厂沉淀器放出的清汁带有悬浮物、甚至有时发生反底,影响产品质量和正常生产。

为什么蔗汁在沉淀器停留那么长时间,沉淀物还是沉淀不完全,甚至会“反”入清汁中呢?

过去一般认为,沉淀器反底是由于蔗汁质量不好,或澄清技术条件不适合,或技术条件控制不稳定等。无疑,这些因素对蔗汁沉降过程有不良的影响,但从根本上分析,沉淀器反底的主要原因是它的结构和工作模式不合理。

国内甘蔗糖厂普遍使用的多尔式连续沉淀器,蔗汁从顶层经过中央的大管再流入下面的几个沉淀层,从各层的较低的位置处进入,分散到器体的整个截面上,缓慢地向上升,从上方的环形出口管放出。蔗汁的平均上升速度,按整个(使用的几层的总和)沉淀面积计算,一般为0.7~1.8cm/min。  

例如,一个日榨2000吨甘蔗的糖厂,连续沉淀器为6m直径,每层有效沉降面积26.5 m2使用3层,它每小时放出的清汁量平均为54m3,则沉降区内清汁平均上升速度为:

        54 / (3×26.5×60) = 0.0113 m/min = 1.13 cm/min  

在这个区域中,蔗汁中的不溶性物质向下沉降,它们的运动方向正好与上升的蔗汁相反。这使沉淀物的沉降受到向上流动的蔗汁的直接干扰,工作不稳定,微粒沉降慢,且难以达到完全。这种逆向流动的模式是连续沉淀器工作不稳定和容易反底的根本原因。

在这种沉淀器中,如果微粒的沉降速度小于汁液向上流动的速度,微粒就被蔗汁带走,使清汁变浊(这犹如“逆水行舟,不进则退”)。只有在微粒的沉降速度大于汁液向上流动的速度时,微粒才能够相对地向下沉降,但沉降的速度也降低了很多。  

在亚硫酸法糖厂中,蔗汁经过硫熏加灰和二次加热后,其中沉淀物的自由沉降速度一般在0.8~2.0 cm/min范围内,视蔗汁的质量及澄清处理的效果而有相当大的差别(一些特别差的汁可能低至0.5 cm/min)。这样,在入汁流量大和蔗汁上升速度快时,就很容易将沉淀物带向上升,造成清汁混浊;在蔗汁质量不好或澄清处理不良时也易发生此问题。即使沉淀物的沉降速度大于清汁上流的速度, 沉淀物的实际沉降速度也只是这两个速度的差额(微粒沉降速度-汁液上流速度),比微粒本身的真正沉降速度低很多,这样就大大延长了沉淀物沉降到底部所需的时间。例如,若微粒的沉降速度为1cm/min,蔗汁上升流速度为0.7cm/min,则微粒在设备中的沉降速度只为(1-0.7=)0.3cm/min,只是原来的数值的约 1/3。

因此,在传统的沉淀器中,蔗汁的上流速度必须比微粒的沉降速度低相当多,微粒才能沉降下来,得到清液。这样,沉淀器必须有很大的截面积,以减低蔗汁向上流动的速度,它还要有较大的高度,才能使蔗汁在截面上分布均匀。因此,传统沉淀器的体积和占地面积都很大。

应当注意,蔗汁中悬浮粒子的成分和比重、以及粒子的大小都不是固定不变的,它们的“自由沉降速度”也不是均一的。比重高和尺寸大的粒子沉得快,比重低和尺寸小的沉得慢,比重小于液体的还向上浮。在蔗汁以同样的速度向上流动时,汁中大而重的粒子能下沉,但轻而小的粒子容易被汁液带走,造成清汁混浊。

另一方面,在微粒下沉过程中,向上流的蔗汁会将凝聚不稳固的悬浮物扰乱搅散,从中分离出较细和较轻的微粒,随蔗汁向上流。特别是加入絮凝剂形成的比较粗大、但不结实的絮凝物,更易被逆向流动的蔗汁冲散。虽然原来形成的絮凝物由于尺寸较大而有较高的沉降速度,例如6~8cm/min或以上,但在它们被逆向液流冲散后,其实际沉降速度就大幅度降低,使加入絮凝剂所产生的作用大大减弱。此外,在沉淀器的全面积内,蔗汁的上流速度不可能完全均匀,靠近进口和出口的位置上总会高一些;在这些区域更容易发生蔗汁上升时将微粒带上的现象。

多尔沉淀器因为有3~5层,每层处理的蔗汁量只为总汁量的几分之一,这样蔗汁上升的速度降低了很多。对国内多个糖厂使用的沉淀器的复算说明,它们的这一数值很少超过1.5cm/min,否则工作情况难以稳定。即使应用了良好的絮凝剂也不能大幅度提高。

总的来说,多尔沉淀器内蔗汁与沉淀物逆向流动的工作模式,容易将沉淀物带上清汁区,造成反底;而且沉淀器的面积和体积都要很大,它就成为糖厂中最大、最笨重、效率最低的设备。

这种沉淀器还有一个不利条件,就是对入汁条件的变化特别敏感。当入汁的浓度或温度变化使蔗汁的比重变化时,器内不同部分的蔗汁就发生对流,使沉淀物随之对流,清汁就变浊。其他条件变化时也有此种现象。因此沉淀器容易因外界条件变化而反底。

要解决这些根本性问题,就要摒弃沉淀器传统应用的逆流工作模式,改变为平流的工作模式。