本科毕业设计FX250型分级水力旋流器的设计与研究Word文档格式.docx
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进而指出,随着科学技术的发展和对其研究的不断深入,水力旋流器将在食品工业领域发挥更为重要作用。
此次毕业设计的课题就是分级水力旋流器的研究与在食品工业中的应用。
叙词:
水力旋流器 食品工业 应用
中图分类号:
TS203文献标识码:
A
Abstract
Manyofthewaterpowerswirleristogradeandshedsmudandconcentratingandwasingandpurifyingandmillminecontroletcselectsseparatelyequipmentwiththehighefficiencyrate.
Extensivelybeingusedthemakinginthedomainofmineofferrousmetal,nonferrousmetalandnonmetaltailingsisthatdam,purificationandidealproductthattheslurrypurificationinoilfieldwaitsarebuilttominehierarchicalandtailings.Itpossessesthestructuresimplyandoperationconvenienceandproductioncapacitygreatlyandthenothingmovesthepartsandtheoperatingisreliableandcoversanareaoftheareasmallunassuminginrealizingthemeritssuchasautomaticcontroletc.Butitalsosufferstheinfluenceofoperatingconditionoperationalcondition,andthestabilityiswrongerandthemotiveforceworklossofsourceisbigger.
AbstractAstheapplicationofhydrocyclonesisgettingmoreandmoreinterestsofengineers,theirrepresentativeapplicationinfoodindustryisintroducedinthispaper.Tosumup,hydrocyclonescanbeusedforoperationsofclarification,thickening,washingandclassificationinvolvedinmanyfoodprocessing.Furthermore,hydrocyclones,especiallymini-hydrocycloneshavealreadyfoundtheirwayintobioengineering,suchasyeastseparation,ect.Onmanyoccasions,hydrocycloneshavesubstitutedforotherseparationequipmentandplayanimportantrole.Itcanbeexpectedthathydrocycloneswillfindwiderapplicationinvariouscasesofthefoodindustry.
Thesubjectofthisgraduationprojectistheresearchandapplicationinfoodindustryofhierarchicalwaterpowerswirler.
Keywords Hydrocyclones,Foodindustry,Application
旋流分离是一种分离非均相液体混合物的设备,是一种高效、节能的分离技术,水力旋流器是旋流分离技术的关键设备之一。
它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的密度差来实现两相或多相的分离,由于离心力场的强度较重力场的强度大得多,因此水力旋流器比重力分离设备的分离效率要大得多。
水力旋流器结构简单,无运动部件,操作维护方便,分离分级性能优良,运行可靠,对不同工艺过程的适应性较强。
它可以完成液体澄清、料浆浓缩、固粒分级、液体除气与除砂、非互溶性液体的分离等多种作业,在工业上得到了广泛的应用。
近年来,小型水力旋流器(直径≤50mm)在国内外受到关注,因其分离因数值高而特别适用于微细颗粒悬浮液的分离分级操作,分离的边界粒度可达2~5μm,是一种新颖、高效的离心分离设备。
一.水力旋流器的发展
早在1891年,Bretney就在美国专利上申请了第一个水力旋流器的专利。
1914年水力旋流器正是应用于磷肥的工业生产。
直到20世纪30年代后期,水力旋流器才以商品的形式出现,主要是用于在纸浆工业中水处理。
在20世纪40年代前期,荷兰国家矿产部开始资助大吨位的选煤和矿石处理方面的研究,此时水力旋流器的应用提供了两项分离所需的动量。
1953年以后才开始出现大量的有关水力旋流器方面的文献。
对于水力旋流器的研究是从理论研究和工程应用研究方面展开的,后者直至二次大战期间在美国原子能委员会和英国原子能管理局共同支持下才开始进行,主要集中在关联操作性能以及在各种分离过程中的作用。
在后续的研究中才比较多地考虑到流体力学原理及其分析方法,至1965年,文献中共积累有600多篇有关水力旋流器方面的研究论文及55篇专利,此时水力旋流器已经成为一种标准的固-液分离设备。
20世纪60十年代以后,人们开始将水力旋流器应用于实验设备以及其他更广泛的工业领域,主要的有矿冶行业中的颗粒分级、矿物质回收与水处理、化学工业中液-液萃取、固-液滤取、结晶,空间技术中的零重力场分离,机械加工行业中回收润滑油及贵重金属,电子工业中回收稀有金属,生物化学工业中的酶、微生物的回收,食品与发酵工业中的淀粉、果汁、酵母等与水的分离,石油工业中的油-水分离、油-水-气分离与油-水-泥分离等。
目前,水力旋流器已经在广泛的领域内被认同,而且其应用利于正在越来越多。
二.在食品工业中的应用情况
2.1淀粉加工业
在淀粉加工业中水力旋流器可完成淀粉的分离、洗涤、浓缩、精制、除石、去砂等多种作业,还可用来处理含淀粉的废水。
到20世纪80年代,水力旋流器在淀粉加工中的应用已经发展到几乎整个分离洗涤工序都可由旋流分离来完成的阶段。
水力旋流器是一种离心分离设备,与原始的重力沉降设备相比,其离心加速度是重力加速度的几千倍甚至几万倍,分离操作时间很短,并且淀粉的提取率和质量高。
而与离心机相比,尽管水力旋流器的离心分离能力有限,但若选择合适的结构和操作条件,完全可以满足淀粉加工的需要。
如果使用单级水力旋流器尚不能达到分离要求,则可以采用多级串联或混联旋流器组。
对于纤维等与淀粉裹缠在一起而难于分离的成分而言,旋流分离更是具有无可比拟的优势。
在水力旋流器内流体的剪切力作用下,部分与纤维、皮渣、果胶等有机物结合在一起的淀粉被洗涤下来进入水中,最终形成淀粉、可溶性固形物、纤维、渣和水所组成的多相体系,再通过离心分离将这些物质按形状、密度、粒度等因素分离开来。
因此按传统工艺,淀粉乳的分离工序都是由筛、离心机、水力旋流器等多种设备组合来完成,现代新工艺技术的主要发展趋势则是采用改进的水力旋流器替代复杂的设备组合,从而达到简化、高效、节能的目的。
淀粉颗粒的尺寸从几微米到上百微米,均可采用小型水力旋流器进行分离,也就是通常所说的旋流管。
依据淀粉的种类不同,常用的旋流管直径有10mm、15mm和30mm。
为了保证生产能力,每个旋流器可由数十个旋流管组装而成,并采用多级旋流器串联操作的方式来达到理想的分离效果。
目前常用的大规模淀粉生产线,其分离工序都采用了全旋流或部分旋流的工艺过程。
图2为一种典型的马铃薯淀粉全旋流分离系统 流程图,该系统由15级旋流器构成,旋流管直径30mm。
目前,国内用于马铃薯淀粉加工的全旋流装置主要是20世纪90年代从俄罗斯进口的。
2000年中国农机院完成了“马铃薯淀粉全旋流关键技术与装备”研究项目,成功地设计了具有技术自主权的全旋流系统装置,填补了该项技术的国内空白。
采用全旋流工艺可以减少设备的数量,缩小占地面积,降低设备投资和使用、维护费用,降低清水的消耗量。
同时采用封闭操作,还解决了因蛋白质与空气广泛接触生成大量难以消除的泡沫而降低生产效率和淀粉提取率的难题。
图2 马铃薯淀粉全旋流分离系统流程图
小麦淀粉的传统分离方法是采用落后的敞开式半机械化工艺,即间歇式马丁法。
利用离心分离的原理进行小麦谷朊粉和淀粉的分离是一种全新的工艺。
其中一种称为拉西奥工艺,即先用卧螺离心机得到粗淀粉乳,再用7级旋流器逆流洗涤系统精制淀粉乳,尽可能除去粗淀粉乳中的谷朊粉,同时采用3级旋流器系统洗涤溢流,回收淀粉。
该工艺与传统方法相比,具有提取率高、能耗低、产品质量高等特点,在国外已相当成熟,但我国直到20世纪90年代才开始引进上述工艺设备进行小麦谷朊粉与淀粉的工业化试生产。
另一种工艺则是用9级旋流器逆流洗涤系统制得粗淀粉乳,过筛除去麸皮后,再用3级旋流器浓缩得到精制淀粉乳。
与传统方法相比,该工艺具有用水量少、生产效率和产品质量高等优点。
玉米淀粉的分离工序中一个不可缺少的环节就是淀粉乳的精制,此工序也是由多级旋流器系统来完成。
要获得纯度理想的产品,一般需要8~14级旋流器,采用直径10mm的旋流管。
淀粉加工中使用的除砂器也是水力旋流器的一种,多用于离心分离之前的预除砂,这样可以大大减少由于磨损造成的设备维护费用,同时产品的洁净程度也得以提高。
2.2制糖业
食用砂糖在最终加工成成品之前,应尽可能除去糖汁中的不溶性杂质,以提高糖的质量和商业价值。
因此糖汁澄清在制糖过程中显得尤为重要。
传统的糖汁澄清方法是采用过滤器(如板框过滤机)过滤,使用这种装置劳动强度大,运行成本高,而且有助滤剂渗漏污染产品的危险。
高速转筒离心机作为过滤器的替代品已在许多国家使用,这种离心机转速超过4500r/min。
与压滤装置相比,离心机对物料的适应能力强,自动化程度高,且无污染。
然而糖液在进入离心机之前除了必须用水力旋流器进行预处理外,还须定期清洗高速转筒离心机离心转筒表面的草酸盐层。
另外,耗电量高及噪声大也是其难以克服的缺点。
用AlfaLavalMOCL112旋流管(10mm)代替离心机也能达到理想的澄清效果。
除澄清液中不溶物的浓度稍高外,澄清液的浑浊度仍保持在正常范围,并且其安装和运行费用要低得多[1]。
2.3 乳制品生产
很多饮用乳制品都要经过均质处理,将大团的脂肪球破碎和细化,这样乳脂肪就会均匀地分散在牛奶中,而不会浮在表面形成脂肪层。
此外,均质处理还用来防止乳脂肪从奶油、奶粉和冰淇淋中析出。
若将水力旋流器与均质机配套使用,在均质前用水力旋流器将大团的脂肪球分离出去,单独进行均质处理,这样不但可以提高均质效率,同时水力旋流器内强大的剪切和湍流运动,还会起到破碎脂肪球
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