螺旋压干机.docx

螺旋压干机.docx

《螺旋压干机.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《螺旋压干机.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

螺旋压干机

螺旋压干机

甘蔗压榨提汁历来使用有数个压榨辊构成的压榨机，这已有千百年的历史。

近几十年来，糖业界对这种型式压榨机的工作原理、工作参数、机械结构和设计计算等，都作了很深入的研究，其实际使用效果也达到了相当高的水平。

然而应当指出，这种型式的压榨机有着其固有的巨大缺点：

设备结构复杂、笨重，价格高，耗用动力大，要用五、六座机联合工作，整套设备十分庞大，费用占糖厂总投资的很大比例。

在上世纪的60、70年代，国内外糖业界都曾致力于研究使用螺旋压干机，将经过高度破碎的蔗料进行压榨，提取其中的蔗汁（这种提汁法称为磨压法）。

这项研究曾经做到相当大的规模。

可惜由于遇到困难，没有成功，其后就停止沉寂了数十年。

在其他行业，螺旋压干机已应用了很多年，例如将纸浆压榨脱水（称为螺旋挤浆机）、甜菜废丝压榨脱水（称为废粕压榨机）、果皮压榨提汁（称为螺旋压榨机）、大豆和菜籽压榨提油（称为螺旋榨油机）等，都使用螺旋压干机。

只要将螺旋压干机的工作方式和圆辊式压榨机相比，就很容易看出，螺旋压干机能够克服传统压榨机的上述根本缺点。

例如，使设备的总重量减少60％～70％，动力减少约一半。

作者坚信，螺旋压干机在甘蔗糖厂的成功应用只是或迟或早的事，随着现代科学技术的不断进步，以前研究遇到的困难一定能够用新的方法逐步解决，从而充分发挥出螺旋压干机的优点，使甘蔗压榨提汁方法产生飞跃性的巨大进步。

本文重点分析传统压榨机产生上述缺点的根本原因，探讨螺旋压干机的工作原理，和设计与计算中的主要技术问题，希望引起糖业界的重视，以新的高度为起点，再次进行征服这一技术难题的冲击。

1、压榨机工作状况的分析

传统压榨机有如下的根本性缺点：

1．压榨机是用压榨辊的压力压缩蔗料的体积和压碎细胞组织，迫使它所含的蔗汁排出。

压榨机对蔗层压缩的有效空间，只是两个压榨辊之间的不大的空间，它对比压榨辊的体积的比例是很小的。

例如，辊径为1m的压榨机，两个压榨辊的总高度超过2m，而两个辊子之间的蔗层厚度，在压缩最紧密处只约20～35mm，即使在入料口处也只为300～360mm，只分别为设备高度的1～2个百分点和十几个百分点。

这样，压榨机的尺寸必须比蔗层厚度大很多倍。

2．甘蔗在辊子间受压缩的路程很短，有效压缩时间很短，蔗汁提出很不完全。

压榨辊之间对蔗层的有效压缩区，只是从入料口至两个压榨辊之间的中心连线一段，其角度只为40～50°，面积只为压榨辊表面积的1/9～1/7。

压缩甘蔗的时间只约1.5秒钟（压榨辊转速不同时为1～2秒，三辊压榨机为它的两倍）。

辊子之间压出非常大量的蔗汁，在这样短的时间内难以充分排出。

3．压榨机经常产生较强的重吸作用，大大降低抽出效果。

这主要是由于压榨机中的有效压缩时间和排汁面积不足，而且在压榨机辊子间蔗层较紧密处压出的蔗汁，大部分是向着较疏松处（即入蔗口方向）流动再落到辊子表面上排走，蔗汁穿过蔗层的方向和蔗层前进的方向正好相反，这就大大增加了排汁困难和增强重吸作用。

4．压榨机消耗的动力很大，其中一个重要的原因是消耗于排汁：

因为蔗层非常紧密，纤维之间的空隙很少，对通过的液体有很大的阻力；要将蔗汁压过蔗层排出，必须克服这些阻力，因为时间短而汁量大，必然要消耗很大的动力。

而且，压榨机中压出的蔗汁向入口方向排出，自然被刚进入的蔗料吸收，随后又再将它压出，周而复此，重复作功，更大幅度增加了动力消耗。

压榨机的这些根本性缺点，使它成为很庞大而笨重的设备。

2、螺旋压干机的特点

螺旋压干机主要由螺旋叶和外壳两部分组成。

它和常见的螺旋输送机不同之处是，它的外壳的主体（除入料和出料口外）是封闭的，但表面上有很多小孔（或缝隙）可以排出液体；它的螺旋叶的空间位置较小，而且是从入口端到出口端连续地逐渐缩小。

利用螺旋叶将物料逐渐推进，由于螺旋叶与外壳之间的空间体积逐渐缩小，就将物料中的汁液逐渐压出。

和传统的压榨机相比，螺旋压干机的工作区（即压缩蔗料的区域）的体积对设备体积的比例大很多，因而压干机的直径和体积就可以小很多。

蔗料在压干机中经过几圈螺旋叶的压缩作用和排出处的锥塞的挤压作用，受压的路程和时间比较长，排汁的面积也比较大，而且蔗层中的排汁是径向的，蔗料则是顺着轴向运动和压缩，排汁的阻力较小，重吸的可能性也较小，故可以将蔗汁更完全地提取出来。

由于每次压干都达到较高的抽出率，提汁全过程所需的提汁次数可以减少，因而有望用3～4次压干，配合良好的渗透作业，就达到目前压榨机组的抽出水平。

由于螺旋压干机的排汁条件比较好，压缩蔗料就不需要那么高的压力，也不用那么大的动力，设备的结构就可以轻巧很多。

但是，要真正发挥螺旋压干机的这些优点，必须深入掌握甘蔗压缩提汁的原理和规律，按此进行科学的设计，并配套解决一系列有关设备材质、制造加工和甘蔗预破碎的技术问题。

3、甘蔗压缩提汁的原理和规律

1、抽出效果与压缩密度的关系

压榨机和螺旋压干机都是通过压缩蔗料体积，迫使其中所含的蔗汁排出。

提汁的效果首先决定于蔗料受压缩的程度，即压缩到最紧密处（压榨机后辊工作开口处及压干机末端近出口处）每单位体积中的纤维重量，kg（纤维）/m3，以符号ｄ代表。

它等于压缩最紧密处蔗层的密度kg/m3乘以它的纤维分。

如据澳大利亚atherton的研究，在圆筒形的压缩缸中对经过不同预破碎的蔗料进行压缩试验，施加不同压力达到不同的密度时，蔗汁抽出率的实测数据如图1。

随着压缩密度升高，蔗汁抽出率亦升高，这种影响在开始时比较大，后来逐渐减少。

在压缩密度达到600kg（纤维）/m3时，蔗汁抽出率达到约75％。

压缩密度ｄ值对压缩后蔗渣中残存的蔗汁量有最直接的影响。

按甘蔗中纯纤维的密度为1520kg/m3（它在不同条件下稍有变化，但对计算结果影响不大）计算，则１kg纯纤维的体积为0.000658m3。

在压缩最紧密处，１m3蔗料含纤维ｄkg，其净体积为0.000658×ｄ，m3，于是残余蔗汁体积为（1－0.000658ｄ）m3，将它乘上蔗汁的密度即为残余蔗汁的重量。

由此可知，压缩密度是决定抽出效果的第一位因素。

这是理想状态下的情况。

实际过程由于难免出现重吸现象，蔗渣中的残余汁量时常大于理论值。

通常将蔗渣物料的总体积（按纤维与蔗汁总量计算，不包括其中孔隙）对压缩最紧密处的体积、即无重吸作用时的理论体积的比例，称为重吸系数，以符号ｒ代表。

这样，对每１m3压缩最紧密处的体积而言，蔗渣实体积为ｒm3，其中残余蔗汁的体积为（ｒ－0.000658ｄ）m3，它比无重吸时的数值增大了（ｒ－1）m3，通常为0.15～0.5m3，这个数值相当大。

由此可知，提高抽出效果的主要途径有两个，一是提高压缩密度，二是降低重吸系数。

实际上。

由于后者总是随前者升高而增大，故提高压缩密度的效果会由于重吸系数升高而大大减少，甚至被抵销，以致可能出现压缩密度过高时抽出效果反而降低的现象。

在实际工作中要注意避免发生这种情况。

2、蔗料压缩的基本规律

蔗料被压缩时达到的密度，主要决定于施加的压力和蔗料原先被破碎的程度。

压力越高，所达到的密度越大；蔗料预先破碎得越细碎，同一压力下达到的密度也越高。

如据atherton的研究，在圆筒形的压缩缸中对经过不同预破碎的蔗料进行压缩试验，施加不同压力时所达到的密度的实测数据如图2。

图中的5条线，分别是5种不同的情况，编号1为破碎到很细碎的蔗料（经过重锤撕裂机处理），编号4为整根的未破碎的甘蔗，编号2、3分别为切片成为3mm和6mm厚的甘蔗。

d为第一座压榨机出口的蔗渣（deerr的测定数据）。

可见，随着施加的压力升高，压缩的密度增大，这种影响在开始时比较大，以后逐渐减少。

在压力和压缩密度之间，存在指数函数关系：

ｄ=aｐn

在低压段，n值为0.4～0.45，在高压段，n值为0.16～0.20。

甘蔗预先破碎的情况对其压缩性质有非常大的影响。

在相同的压力下，预破碎较细的甘蔗的压缩密度要比破碎不良者高很多。

这点很容易理解，细碎的纤维组织容易填充在较小的体积中，而粗糙的纤维组织则需要用很高的压力迫使其破裂变形才能填充在同样的体积中。

甘蔗纤维相当坚韧，很难被压力压碎，如果事先没有经过良好的破碎，光靠压力是很难把纤维挤压得很紧密的。

相对而言，纤维组织较易被高速的机件所撕开，这样在压缩时不用很高压力也能够达到相当高的密度。

甘蔗纤维性质的影响也很大，如果甘蔗的纤维较坚硬，将它需要较高的压力，而纤维脆嫩者相反。

3、蔗料的动压缩

早期对甘蔗压缩的研究，都是采用“静态压缩”的方法。

即对蔗料施加一定的压力，经过一段时间达到平衡点、蔗层厚度达到恒定而不再缩小时，记录相关数据。

这种情况和实际设备中的情况有很大出入：

实际压榨设备中的压缩时间很有限，而且压缩过程的压力是逐渐升高的，在每一个压力下都只经历很短的时间，远未达到平衡。

这样，同一压力下所达到的密度远低于静压缩时的数值。

因此，近年人们又进行了很多的“动态压缩”的研究。

结果说明，压力和预破碎的影响和静压缩相似，但所达到的压缩密度受到更多因素的影响。

首先是压缩的有效时间，时间短即离平衡点较远，压缩密度相对较低，或压缩到同一密度需要较高的压力。

其次是排汁的情况，如果压缩时的排汁量较大，压缩所需压力较高；又如果压缩时压出汁只能从蔗层的底部排出，所需压力较大，如果可以从蔗层的侧面排出，则所需压力较低。

这种情况是由于：

压缩蔗层所需的压力包括两部分，一是压缩纤维组织的压力，二是迫使蔗汁通过蔗层排出的压力。

在甘蔗预破碎较细的情况下，压缩纤维所需的压力不大；而在蔗层压缩相当紧密的情况下，纤维之间的孔隙很少，对液体的通过有很大的阻力，因而要用很大的压力才能迫使蔗汁穿过蔗层排出。

由于蔗层对液体通过的阻力有方向性：

垂直方向的阻力较大，横向的阻力较小，故横向排汁所需压力较低。

不少测定数据说明，动压缩的压力经常主要消耗于排汁，因而排汁状况就成为影响动压缩压力的关键性因素。

4、抽出效果与压力等因素的关系

甘蔗压缩时的抽出效果首先决定于压力和预破碎这两个因素。

和图2试验对应的、在不同压力和不同预处理情况下的压出汁量如图3。

可见，随着压力升高，压出汁量初时较快地增加，但它在高压下就趋向于一个极限值。

另一方面，随甘蔗预破碎度提高，一定压力下的压出汁量明显增大，或达到一定提汁率所需压力较低；

在高压下的极限抽出也高得多。

这种影响十分巨大，例如，纤细蔗料在压力5mpa下就能压出约60%的蔗汁，而未经破碎的甘蔗在此压力下只能压出蔗汁约25%，在压力高5倍时即25mpa时压出汁量也只约40%。

为了达到50%的提汁率，对纤细的蔗料只需压力0.5mpa，3mm的蔗片要2.7mpa，6mm的蔗片要9mpa，而未破碎的甘蔗要250mpa！

联系图2的数据可知，预破碎的作用主要在于提高甘蔗的压缩性能，使它们能在一定的空间内填充得比较紧密。

而原来较粗大的蔗料，即使用高压迫使其纤维组织变形和填充空隙，蔗层中的空隙仍然较多，残余汁就较多；故为达到同一抽出所需的压力就要高很多倍。

显然，事先将甘蔗高度破碎，然后用较低的压力提取蔗汁，是一种很有效而且较经济的方法。

不论用压榨机还是用螺旋压干机，都应该这样做。

这不但利于提汁，而且可以大大减少所用的动力。

压缩的有效时间也很重要。

要将蔗汁较完全地压出，需要相当长的时间。

而且，通常需要多次压榨才能将蔗汁压出得比较完全。

例如deerr用五种不同破碎的蔗料分别作试验，在接连用32mpa的高压力压缩四次时，各次压缩的提汁率％如下表。

破碎状况

粗碎

稍碎

中等 

细碎

最细碎

第一次压缩

58.3

59.0

62.3

64.0

64.4

第二次压缩

8.5

8.8

8.8

 9.9

12.0

第三次压缩

5.8

6.0

3.9 

 4.7

 3.2

第四次压缩

2.8

2.4

2.0

 1.6

 2.0

压缩时排汁的情况对抽出效果也有很大影响。

5、压榨机的重吸作用和蔗层的可透性

压榨机经常发生重吸作用，根据许多研究结果和生产经验，它主要受下列因素的影响：

1．压缩密度高时，重吸系数较高，两者之间通常有线性关系。

2．甘蔗原来破碎较差时，重吸系数较高。

3．有效压缩时间较短时，重吸作用较强。

4．压缩时排汁负荷较高或设备的排汁性能不良时，重吸系数较高。

这些因素都和排汁有关。

可以说，重吸作用是由于排汁不畅顺而产生的。

应当注意，排汁问题包括两方面，首先是蔗汁穿过蔗层排出到设备（如压榨辊）的表面上，然后从该处外流到蔗汁槽中。

在多数情况下，前者是决定性的因素，但却往往被忽视。

在压缩状态下的蔗层，因纤维组织很紧密，孔隙很少，对液体的通过有很大的阻力。

澳大利亚的holt按多孔介质通过液体的原理和计算方法，测定蔗层对液体的透过性。

将三种不同预破碎的蔗料，压缩到不同的密度，测得的蔗层可透性系数如图4。

图中横坐标的数值为压缩比ｃ，压缩密度约为（ｃ×140）。

可见，随着压缩密度升高，蔗层的可透性很急剧地下降。

预先破碎较细的蔗料，其可透性显著提高。

蔗层的可透性决定了蔗汁穿过蔗层排出的难易程度，直接影响到重吸系数的高低。

因此压缩密度和预破碎对重吸系数有着最大的影响。

同时，有效压缩时间的长短和排汁负荷的高低，都影响到排汁的效果和重吸系数。

高度压缩状态下的蔗层，对液体的可透性有一个重要的特点，就是有明显的方向性：

在垂直于蔗层的方向，它通过液体的可透性远远低于横向的可透性，相差数倍以至数十倍。

这是因为在压力的作用下，长条纤维受迫排列成与加压的物体相平行，妨碍蔗汁在施加压力的方向上流通。

而在沿着与施加压力相垂直的方向，纤维之间的间隙可成为液体的毛细通道，较易通过液体。

因此，蔗料受压缩时，如果能够从横向排汁，会取得较多的蔗汁。

而在压榨机的压榨辊间蔗层较紧密处，压出的蔗汁也主要是先横向流到较疏松处，才向下穿过蔗层排走。

在螺旋压干机中，排汁的条件比压榨机有利，它排汁的路程和时间较长，排汁面积较大；而且排汁的方向是径向的，和蔗料受轴向压缩的方向相垂直。

蔗汁穿过蔗层后从设备的表面排走，这里的情况也很重要。

压榨机在前辊（亦有在后辊）开排汁沟，在顶辊开轴向排汁孔（藕筒辊）等都是有效的措施。

在螺旋压干机也要考虑相应的措施。

4、螺旋压干机的结构型式

螺旋压干机有多种不同的型式和具体的结构。

主要的是：

1．卧式和立式（多数为卧式）；

2．单个螺旋和多个螺旋（多数为单个螺旋）；

3．单从外壳排汁和兼从外壳与螺旋叶排汁（多数是前者）；

4．单螺旋线和双螺旋线；

5．连续的螺旋线和断续的螺旋线；

6．压干机的外壳为整体的圆筒，在表面上开孔，或用方钢按圆周排列形成有长条间隙的圆筒。

用于不同场合的螺旋压干机，常根据其处理的物料的性质不同和技术参数的不同，应用不同的结构型式，而对于同样的用途，也常有不同的设计。

螺旋压干机的结构也有其共通点：

1．螺旋叶有多节螺旋，如5～10节。

螺旋与外壳之间的空间，由入口端至出口端逐渐缩小（通常是将螺旋的轴心直径逐渐扩大，节距逐渐缩小），使物料在推进过程中逐渐被压缩。

2．螺旋叶的出口处有一个环形的“锥塞”，它与螺旋叶之间的距离和空间可以调节，在该处将物料进一步压缩，使之达到适当的密度。

小型设备的锥塞用强力的弹簧施加压力，大型设备则用油压（或气压）活塞施加压力，所用的压力对物料的推进情况和压干效果都有很大影响。

压干后的物料从锥塞旁边的空间排出。

3．压干机的外壳为圆筒形，同一直径（或入口段直径较大，出口段直径较小）。

它要有足够的强度承受设备内部的压力和摩擦力。

4．螺旋压干机运转时的重要关键是不让物料随螺旋叶旋转，这样才能使物料正常推进和压缩。

为此，可以将螺旋叶间断，在该位置的外壳上装设数个（如每截面3～6个）固定的、阻止物料旋转的短杆或刮刀。

有些设计采用两个平行安装的螺旋叶，各有单头连续螺旋带，左右两螺旋带方向相反，其外周的一部分交错，相互起到阻止物料旋转的作用。

5．螺旋叶前段的空间体积较大，以便于入料；而后段的空间体积较小，以达到适当的压缩程度。

这两个空间的比例称为容积压缩比，一般为3～8倍。

6．螺旋压干机的入料口比较大，向上开口，有些在该处设置帮助入料的装置。

7．螺旋压干机转速对设备的运转情况、处理量、榨出效果和动力消耗有很大的影响，通常用6～60r/min，软性物料可用较高转速。

对物料的压缩时间在30～150秒之间。

8．螺旋叶的材料要坚硬耐磨，表面要较光滑，减少它与物料之间的摩擦力。

5、应用螺旋压干机的问题讨论

1、甘蔗的预处理

甘蔗预处理良好适当是成功应用螺旋压干机的关键，是首先要解决好的问题。

压干机能应用于处理多种不同的物料，却难用于处理甘蔗，关键就在于物料的性质不同：

甘蔗纤维较硬（特别是蔗皮部分），较长的纤维容易交织和互相缠绕，在压力下形成结实的团块，造成内部堵塞和加重负荷，这是过去试验未能成功的重要原因。

结合上述压榨提汁的原理可知，必须先将甘蔗进行良好的预破碎，然后再用螺旋压干机在较低的压力下压缩提汁，这样才可能以较轻的负荷达到较高的提汁率，并防止设备负荷过重和发生故障。

甘蔗纤维在高温下会变软，有利于螺旋压干机的工作。

高温使甘蔗软组织的细胞膜凝结，也有利于蔗汁的流出。

因此，螺旋压干机应用于处理经过高温浸渍的蔗料（例如在浸出法中）是更为有利的。

为减少螺旋压干机零部件的磨损，应尽量减少甘蔗带入的砂石。

2、螺旋压干机的设计参数

压榨甘蔗使用的压干机，结构型式和设计参数怎样比较适合？

这需要通过大量的实际试验去探索。

作者建议先进行每小时处理纤维量为3吨（相当于日榨甘蔗600吨）的设备试验，根据上述的机理和参考过去的经验教训，经过初步计算，建议采用如下的型式和参数：

1．卧式单个单线螺旋，末端压缩密度600kg（纤维）/m3，当入料状况不同时，压缩倍数为10～13（这个倍数较高可减少锥塞处的压缩作用和压力）。

2．螺旋叶10节，分5段，每段2节，两段之间间断。

3．在两段螺旋叶之间，从外壳圆周上均布插入6个末端为球形的螺钉，阻止蔗渣旋转。

该螺钉容易装拆更换，以便探索合适的大小和插入深度。

4．螺旋叶末端出口处的锥塞用油压活塞加压，最大压力为400kn（约40吨）。

5．螺旋叶直径450mm，螺旋总长约2000mm。

6．螺旋叶转速20～50r/min，可调速，配套电机40kw。

7．螺旋叶用铸钢分段制成，表面经硬化处理，形成较厚硬化层。

8．螺旋叶分段套在主轴上，主轴的两端用圆柱形滚动轴承支承，螺旋轴的一端装推力轴承。

9．配长方形的入料斗，底部宽400mm，长600mm，高约1米。

由下向上稍放大。

在蔗料破碎较细的情况下，螺旋压干机可以争取压缩到50％～52％的蔗渣水分，比一般的第一座压榨机的蔗渣干很多。

在实际试验中，可根据入料的状况、处理量和压干的效果以及设备的负荷，调节锥塞的压力和螺旋叶的转速。

应用不同参数组合各运行一段时间，探索各种因素之间的具体关系和数据，进一步掌握其规律，随后可以改变设备的结构参数进行更广泛的研究。

CheapWOWGOLDBuyWOWGOLDWarhammerGOLDWarhammeronlineGOLD