國產(chǎn)臥螺離心機在玉米酒精糟液分離工藝上的應用
行業(yè)動態(tài)
1 臥螺離心機的結構和工作原理
臥螺離心機主體由三部分組成：轉鼓部分，螺旋部分和驅動裝置。它們之間通過一個變速箱調(diào)整轉鼓與螺旋差轉速。
工作原理：
（1）酒糟液由穿過螺旋輸送器空心部分的進料管進入轉鼓圓錐體和圓柱體的交匯部分（物料分布倉）。
（2）酒糟液在進入轉鼓后，其中的液體分布在轉鼓中形成內(nèi)層水環(huán)，并平穩(wěn)地加速到全轉速。
（3）固相物在離心力作用下沉降于轉鼓內(nèi)壁，螺旋輸送器連續(xù)地將固形物，從轉鼓的圓柱體部分經(jīng)過圓錐體部分到出料口。
（4）固、液相分離發(fā)生在轉鼓的圓柱整體部分，轉鼓的大端有堰板（可調(diào)節(jié)、更換），澄清的液相經(jīng)過堰板在轉鼓大端溢出并收集。
2 酒精行業(yè)國產(chǎn)臥螺離心機發(fā)展歷程
我國從20世紀八十年代初開始引進臥螺離心機，進入國內(nèi)較早的品牌包括阿法拉伐（Alfa Laval），韋斯伐里亞（Westfalia），福樂偉（Flottweg），洪堡（Humboldt）。國內(nèi)離心機發(fā)展歷史時間不長，臥螺離心機是原化工部“七五”科技攻關項目。1993年6月，解放軍第4819廠（海申機電總廠）成功地開發(fā)了LWD430型臥螺離心機，在宿州市一家酒精廠投入試運營并通過了部級鑒定。此后，國產(chǎn)離心機行業(yè)迅速發(fā)展，以重慶江北、海申機電、金華機械、上海離心機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，在精細化工、煤化工、市政、食品蛋白分離等各種行業(yè)成功應用，國產(chǎn)離心機裝備獲得了跨越式的發(fā)展。
3 國產(chǎn)臥螺離心機與進口臥螺離心機技術特點分析
3.1 整體設計
長徑比：目前，國產(chǎn)離心機和進口離心機長徑比設計普遍采用1:3.7的設計參數(shù)，該參數(shù)在玉米酒精糟分離工序上的應用較為成熟和可靠。國內(nèi)有廠家在設計上進行過1:4.1的實驗，固形物的含水率有所下降，但是設備存在處理量下降、磨蝕程度同時存在加快情況。
錐轉鼓角度：阿法拉伐（Alfa Laval）錐轉鼓角度為11°，福樂偉（Flottweg）、洪堡（Humboldt）設計在8～10°，海申錐轉鼓角度設計為11°。從目前行業(yè)實際使用情況反饋，錐轉鼓角度設計對于設備能力影響差別不是非常明顯，只是在設備使用周期、大修維護上有細微差別。
螺旋片設計：進口離心機大部分采用在螺旋根部開有對稱的孔，設計優(yōu)點是：細顆粒相可軸向流到出液口，減少分離物料對固相的擾動，提高清液的澄清度并提升處理量。國產(chǎn)離心機有一部分廠家采用該種設計，如海申等。通過長時間運行效果對比后認為，該種設計技術會對清液有一定影響，但不是主要因素，影響清液的因素主要與容積、停留時間、分離因數(shù)有較為重要的關系。
進料分布區(qū)（布料倉）設計：太極型進料分布區(qū)是目前玉米酒精糟應用的臥螺離心機主要設計形式。該形式優(yōu)點是進料阻力小，更符合流體的流道分布，流體攪動小，更有助于物料分離或同等處理效果下處理量增大。
密封設計：螺旋的密封方式大多采用迷宮式、機械式，國產(chǎn)與進口離心機思路基本相同，密封設計滿足行業(yè)生產(chǎn)實際需求。
3.2 結構材料
國內(nèi)外廠家在結構材料選擇上認識相對 ，都認為材料選擇和制造工藝是離心機生產(chǎn)關鍵環(huán)節(jié)。首先，結構材料對離心機的設計、安全、操作、生產(chǎn)能力和配套功率等均有決定性影響；其次，離心機因旋轉高（酒糟分離工作轉速通常在2700～3500r/min），自身需要承受高轉速作用下離心力產(chǎn)生的應力，對材料性能要求高。
3.3 潤滑方式
早期的進口設備（如機型NX426）有一種主軸承潤滑采用外置稀油站潤滑方式：一般設計油壓為0.6～0.7MPa，流速為每個軸承為5～6L/min。
現(xiàn)有的國產(chǎn)和進口臥螺離心機基本采用脂潤滑方式，包括轉鼓、螺旋全套軸承。部分廠家會在主軸承潤滑時采用自動滑脂泵定時加注潤滑脂，以減少人工工作量。
3.4 驅動模式設計
國內(nèi)外臥螺離心機存在不同的設計理念，有多種不同的驅動裝置。除目前常規(guī)雙電機驅動配置外，主要還有以下2種：
（1）單電機驅動形式主要有2種：一種是一臺電機通過主皮帶輪帶動轉鼓轉動，次級皮帶驅動差速器軸旋轉產(chǎn)生差轉速，驅動方式較為簡單。另一種采用單電機驅動主轉鼓產(chǎn)生轉動，通過電磁渦流差速器產(chǎn)生差轉速（ECB），控制系統(tǒng)為 阻尼制動控制器（ABC）。
（2）液壓驅動，轉鼓、螺旋分別由獨立液壓系統(tǒng)驅動（轉鼓也有用變頻電機驅動的）。
3.5 差速器（變速箱）
臥螺離心機運行中，固相物在轉鼓內(nèi)的輸送過程全部由差速器產(chǎn)生的螺旋對轉鼓的相對運動完成。由于臥螺離心機的轉鼓與螺旋之間速差小而扭矩大，所以差速器普遍采用周轉輪系結構，如行星擺線針輪、漸開線齒輪差速器等，優(yōu)點是體積小巧、重量輕、傳動比大、效率高（90%～99%）、承載大等。國內(nèi)及國外離心機所采用的差速器結構形式基本相同，一般為行星漸開線齒輪差速器、行星擺線針輪及漸開線齒輪差速器的組合形式。
差速器轉速高，傳導扭矩大，各零件公差要求精度高，尤其是在組裝過程中，對間隙調(diào)整有較高標準。目前，國內(nèi)很多廠家可以生產(chǎn)行星齒輪差速器，只有較少幾個廠家在機加能力、裝配精度和實驗水平接近國外同類產(chǎn)品水準。
3.6 自控方式
臥螺離心機的優(yōu)異的整體性能必須通過完善的自控系統(tǒng)才能得以保障。目前，國內(nèi)外廠家的離心機的控制技術，普遍應用了工業(yè)計算機或DCS控制系統(tǒng)，采用計算機屏幕顯示，實時監(jiān)控設備運行控制參數(shù)、生產(chǎn)過程，操作簡單，生產(chǎn)過程實現(xiàn)“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”。
3.7 國內(nèi)外臥螺離心機在酒精醪液分離應用生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比
說明：以下數(shù)據(jù)統(tǒng)計來源于宿州中糧生物化學有限公司
臥螺離心機（設計15m3/h）國內(nèi)外機型運行費用對比：
轉鼓內(nèi)徑 | 進口臥螺離心機 (430mm) | 國產(chǎn)臥螺離心機1 （450mm） | 國產(chǎn)臥螺離心機2 （430mm） |
出渣口保護更換周期 | 2a | 1～1.5a | 1～1.5a |
出渣口保護更換費用 | 2～2.5萬元/套 | 0.6萬元/套 | 0.6萬元/套 |
螺旋推料面保護 | 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)合金片更換費用 | 10萬/套 | 4～5萬/套 | 2～3萬/套 |
螺旋布料倉保護 | 合金套 | 陶瓷套 | 堆焊硬質(zhì)合金 |
布料倉保護更換周期 | 3a | 3a | 無法更換 |
布料倉保護更換費用 | 1.5萬元/套 | 0.3萬元/套 | 堆焊修補 |
螺旋本體壽命周期 | 10a | 5～10a | 2～3a |
螺旋本體更換費用 | 20～30萬元/套 | 8～12萬元/套 | 8～12萬元/套 |
轉鼓總成壽命周期 | 15～20a | 10～15a | 10～15a |
設備大修周期 | 3a/次 | 2a/次 | 2a/次 |
設備大修費用（不含配件） | 15～20萬元 | 3～5萬元 | 3～5萬元 |
臥螺離心機（設計15m3/h）國內(nèi)外機型生產(chǎn)技術指標對比：
轉鼓內(nèi)徑 | 進口臥螺離心機 (430mm) | 國產(chǎn)臥螺離心機1 （450mm） | 國產(chǎn)臥螺離心機2 （430mm） |
上清液含不溶性固體含量 | 新設備運行參數(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 結論
相對國外臥螺離心機100多年的發(fā)展歷程而言，國產(chǎn)離心機發(fā)展只有短短幾十年的時間。在玉米酒糟分離行業(yè)中，國產(chǎn)臥螺離心機現(xiàn)在已經(jīng)占據(jù)了絕大部分市場，部分國產(chǎn)設備在穩(wěn)定運行、生產(chǎn)效率、固形物回收、處理能力等關鍵技術性能指標上，已經(jīng)達到了國外同類產(chǎn)品的水平，部分廠家的設備，由于性價比較高已經(jīng)出口到歐美發(fā)達 市場。但從國產(chǎn)離心機整體水平綜合來看，與國外相比還存在著一定的差距，尤其是在整體設計水平和能力，新技術的突破和發(fā)展，裝備大型化，裝配精度的控制能力等幾個方面，仍然是制約行業(yè)設備精品化、穩(wěn)定性、高效率的瓶頸。
