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一种油脂分提快速拉板隔膜压滤机的设计研究
作者:管理员    发布于:2016-05-23 17:20:22    文字:【】【】【

  油脂分提是根据油脂中不同脂肪酸甘油三脂熔点差异,通过冷却使高熔点组分产生结晶,经过滤分离得到不同的组分。目前应用于油脂工业化生产有表面活性分提、溶剂分提、干法分提这三种主要方法。由于干法分提为物理改性过程,生产过程中无反式酸生成及催化剂污染,比较符合食品卫生标准。随着冷却结晶、过滤技术的发展,干法分提工艺被广泛应用于多种油脂的加工,为典型的是东南亚等国家的棕榈油干法分提。而目前应用于干法分提工艺中的分离设备有连续带式真空过滤机、卧式螺旋卸料沉降式离心机、水平滤叶过滤机及厢式压滤机,尤其是具有高压榨压力的隔膜压滤机的推广使用,进一步提高了棕榈液油的收得率,同时加强了干法分提工艺的市场竞争力。

  1用于油脂分提的厢式隔膜压滤机简介目前应用于油脂行业的厢式隔膜压滤机设备采用机、电、液一体化设计制造,能实现滤板压紧密封、进料加压过滤、隔膜机械压榨、正反吹气置换、自动拉板卸料、滤布热油洗涤等各道工序。该机主要特点:⑴采用符合食品行业标准并且耐油的隔膜滤板。⑵利用压缩空气或油等压榨介质进行鼓膜从而对过滤成形的油脂滤饼进行压榨,使滤饼更干,进一步提高得油率。⑶压榨过程结束后可对滤板内部流道实行反向中心及角位吹扫,尽可能除去残余的棕榈液油,并有利于卸料时滤饼从滤布上剥离脱落。⑷收得液油通过特殊的透明软管收集到总管当中,这样做不但便于观察到滤液的浊度及滤布的破损状况,而且可以有效防止液油接触空气导致氧化,从而影响产品的口味。⑸过滤介质(滤布)可通过在线热油循环得以再生。

  基于处理量的不同,目前应用于油脂分提的隔膜压滤机主要机型有XZG1000、1250、1500、1600及2000,其中以XZG1500为主打机型。这类压滤机过滤完毕开板卸饼以一拉一居多,辅助时间占整个过滤循环时间的比例偏大,已影响到其产量的进一步提高,故迫切需要一种高效率的快开压滤机来改变这种困局。

  下面针对一种应用于油脂分提,快速分组拉板隔膜压滤机的设计展开讨论,以求抛砖引玉,期待进一步改进与提高。

  2快速分组拉板隔膜压滤机设计要点2.1隔膜滤板、过滤介质及静电释放装置的设计为提高液油收得率,油脂分提隔膜压滤机利用滤板、隔膜板和滤布组成的可变滤室过滤单元,在油缸压紧滤板各腔室闭合前提条件下,过滤初期利用扰动小、泵压稳及吸入性能好的螺杆泵进行打料恒压过滤,待打料过程结束后,采用隔膜压榨技术对油脂滤饼进行二次机械压榨。隔膜滤板系统只需要较低的过滤压力就可以使料浆填满腔室,而过滤过程中所需的高压过滤被高弹性膜片对滤饼挤压过程所代替。这样做的目的一方面进料泵的扬程可降低,进而节约了能耗及装置费用;另一方面通过后续几分钟的高压挤压滤饼,在很短时间内显著降低油脂滤饼残余湿度,缩短了整个过滤时间,提高了过滤能力,并有利于下一步卸饼操作。隔膜技术主张低压过滤、高压压榨,从而极大地避免了普通压滤机随着过滤压力的提高,在每次过滤周期行将结束时产生差压的危险性。随着隔膜技术的发展,传统压力过滤后期的低效进料阶段,即通过泵的高压低流量运行来产生过滤动力,可以用隔膜压榨的方式代替,因而隔膜压榨可以提高压滤机的过滤效率。另外从滤饼的受力方式来讲,隔膜压榨时,通过压榨介质的传导将压力平均分配到隔膜平面上,可以使滤饼受压后成形均匀,且能使滤液排放通畅。

  用于油脂分提压滤机所属的滤板及隔膜板芯板选用高分子量、高耐热稳定性的聚丙烯粒子为原料整体模压成型,膜片采用PP-TPE热塑性特殊弹性体注塑成形工艺制作而成,膜片与芯板采用塑料焊机热熔焊接成一体,无金属联接件,这样可避免腐蚀问题。焊接式隔膜过滤板的隔膜应具有良好的弹性,隔膜在过滤时紧贴主芯板,从而得到支撑保护,避免隔膜受到进料压力的剪切而断裂。除机械剪切力外,在过滤过程中受到弯曲应力作用使得隔膜会被折弯拉伸,从而导致隔膜抗化学腐蚀性降低,故隔膜过滤板结构设计上应设有折弯曲线,尽可能减少由于弯曲应力引起的隔膜疲劳损伤变形。为确保隔膜不过度折弯,需要保证压榨后的油脂滤饼至少为原来三分之一的厚度。若能够确保过滤时滤饼达到预期厚度时,就可以选择标准焊接式隔膜板。如果进料状况不稳定,滤饼成形不够均匀,好选用具有空腔保护功能的隔膜滤板,这样即便在腔室中没有滤饼,隔膜压榨时也不会使隔膜过度折弯破损。为避免滤饼厚薄不均,滤板好安装支撑分流环(滤布夹)。这样做一方面可以在差压存在的情况下支撑隔膜,从而延长其寿命;另一方面可以防止相邻滤板之间进料口处间隙的变动,从而减少差压出现的可能性,并有助于形成均匀的滤饼;再者支撑分流环使得进料通道处不存在过滤效果,可避免在滤布袖套处形成薄薄的滤饼堆积,从而保持进料通道的流畅,使每个腔室都能充分均匀的进料,避免产生空腔导致滤板破损及进料不均引起的洗涤短路。为加装在滤板进料口处的滤布夹结构示图,每块滤板进料口处有数个滤布夹凸台支撑,滤板不易变形导致破损。对无腐蚀性的物料,可用通径较大的螺栓固定式滤布夹,而对于有腐蚀性的物料,则可用全塑料三件套筒螺纹式滤布夹。

  静电在我们的日常生活中可以说是无处不在,同1.隔膜板;2.滤板;3.滤布;4.螺栓固定式滤布夹;5.螺纹式滤布夹滤布夹结构示意图样压滤机在结晶分提过滤过程中由于高压高速流动的料液与滤布之间接触摩擦从而在其表面产生静电荷。

  产生电荷量的多少与诸多因素有关,其中主要和油脂与织物材料对电荷的相对亲和力、织物材料的电阻率以及滤液流经织物时接触面积的大小及流速有关。

  当静电积聚到一定量时,会造成滤板击穿破裂,导致过滤无法进行。为释放油脂过滤时积聚的静电荷,就需要把原为绝缘体的滤板或滤布变成导电体。其中方法一可在滤板原料配方中加入石墨等导电介质制成抗静电滤板;方法二可采用导电滤布,在滤布织造过程中有规律在经纬方向加入防静电纤维,从而使滤布具有防静电的功能。目前油脂分提一般采用尼龙或PP防静电单丝滤布,其光滑的表面有助于滤饼的剥离。消除静电主要途径有两条:一是创造条件加速静电泄漏或中和;二是控制工艺过程,限制静电的产生。接地是上述途径一种消除静电灾害简单、常用的方法之一。如果改用导电滤板而非导电滤布,而由于此滤板目前国内尚无生产需进口,因此投资较大,较难推广。

  为一种油脂分提压滤机防静电释放装置,是由滤板、导电滤布、金属扣压板、金属导线、明转暗软接管、明转暗金属总管组成。金属扣压板将滤布上导电纤维丝、金属导线一端引线联通后固定在滤板旁侧,金属导线另一端顺势缠绕在明转暗PVC软接管外表面上,这样可避免导线在拉板卸饼过程中相互缠绕打结,尾端可通过金属喉箍扣压在明转暗金属总管上各个金属宝塔接头上实现导通,或可通过在金属总管外表拉一金属长导线与各块滤板上的导线实现联接。需注意的是明转暗软接管为降低成本常采用夹层内衬金属丝的塑料软管,是普通加强塑料软管,并不是防静电软管。

  若要减短金属导线长度,则可改用专门防静电软管,管内金属丝使用时要检测是否贯通,同时与金属管要保持良好接触。

  勾导向及轴向限位用,防止拉板勾偏斜导致错位。支撑架4主要用于当油缸伸长时防止活塞顶缸限位保护用,另外可在拆装时作临时支撑用。2.2快速分组拉板机构设计自动拉板卸饼机构对油脂分提压滤机的生产量非常重要。目前使用的拉板系统都是靠液压或电动机组成的机械链传动机构来完成,拉板机械手通过电动机频繁正反转切换依次将各滤板拉开,一次拉一块或若干块通过柔性铁链相串联在一起的滤板,其缺点是速度慢,结构复杂,故障率高。究其原因在于拉板卸料机构结构不尽合理,拉板小车在运行过程中,由于滤板手柄的阻挡,小车只能一次拉一块,而拉多块时,必须把相关联手柄上阻碍机械手通过区域挡块去除,方可实现。这将导致滤板把手长短不一,一方面无形中增加了手柄的种类,另一方面影响到手柄的结构强度。

  为一种油缸拉板机构,是由油缸拉板装置、各滤板联接附件及外加与压滤机主机集成在一块的电液控制系统组成。其特点是拉板用小油缸分组成对布置于压滤机机架主梁两侧,根据机型大小及主油缸行程将滤板分成若干组,每组滤板数一般控制在十五至三十之间,少分成二组多分成五组。每组滤板开板时由一对长行程小缸径工程油缸驱动,组内各滤板之间通过拉板勾及销轴相互联接,一起联动逐一拉开。工程油缸采用双作用工程油缸,两端单耳环带关节轴承可在滤板拉斜受侧向力的不良工况下自适应,避免长行程油缸产生泄漏现象而污染环境,这在食品油脂行业尤其重要。油缸3通过尾部销轴2固定于尾部安装支架1上,并可绕销轴2转动。油缸3活塞杆头部通过单耳环及联接销轴5实现与手柄联接架8之间的联接,手柄联接架8通过紧固件实现有滤板手柄之间的联接。联接销轴5与手柄联接架8中间串接一挡圈6及拉板勾7,拉板勾7将各块独立的滤板串联成一组,挡圈6上加工有一环形斜面,用于滤板手柄上两个拉板(a)为滤板在主油缸驱动下滤板被压紧同时小油缸3活塞杆被拉长时的情景,各滤板上的拉板勾7绕其中心向上旋转抬头以适应这种状态。此过程中工程油缸3无杆腔抽吸主油缸回油路上的部分液压油而实现平稳伸出,避免吸空产生不良抖动现象。

  (b)为一组滤板在液压系统油泵及各液压阀共同作用下,工程油缸3有杆腔进油回程通过拉板勾7带动将各块滤板拉开而实现卸饼时的状态。当手柄联接架8底部感应到安装在主梁上的接近限位开关时,工程油缸3回程停止。工程油缸3在实现与之直接相连的滤板开板同时,推动合拢前一组油缸拉开的各块滤板,同时电磁阀换向切断油缸无腔杆油路来实现锁板功能,防止前一组合拢的滤板松开,避免出现间隙导致下一组滤板开板距离不足,并可防止活塞杆移动而导致检测信号失效从而发生电气故障。

  拉板勾由多段光滑曲线圆弧组成,经钣金工艺加工而成。左侧弯头用于勾拉板,右侧安装孔安装固定在滤板手柄销轴上,外侧用专用大挡圈加开口销或轴用弹性挡圈作轴向定位。当滤板压紧时,各滤板上的拉板勾头部弯头侧受相邻滤板上的手柄销轴阻挡限位作用而朝上滑动抬起,实现形位的自适应;当滤板拉开时,各滤板上的拉板勾在重力作用下绕销轴向下转动,当达到开板距离时,头部弯头勾住相邻滤板手柄上的销轴,此时该勾住的滤板在拉板小油缸带动下继续拉开与此板相邻的另一块滤板,直到一组滤板全部拉开。

  拉板小油缸因行程较长,活塞直径与活塞杆计算长度之比远大于10,属典型的细长杆。由工程材料力学可知,受压细长杆当载荷力接近某一临界值时,杆将产生纵向弯曲,且其挠度值随压缩载荷的增加而急剧增大以至失稳而屈曲破坏。为避免此种不良状况,设计时特将拉板小油缸活塞杆由受压力转变为受拉力作用,即小油缸回程时实现拉板动作而非活塞杆伸出时将滤板拉开。

  本拉板机构与普通拉板系统相比,一是油缸输出力大,每次分组可拉动的滤板数成倍增加,而且力量、速度可调;二是结构简单,制造成本低,日常容易维护。

  特别适用于开板间距小,卸饼容易的油脂分提行业。用小油缸替代原拉板机械手实现分组拉板功能,不但省去了为实现原拉板功能所必须配置的一整套机械传动机构,简化了机架结构设计;而且油缸拉板,运动平稳、无冲击震动,极大提高了原滤板手柄的使用寿命;其次滤板分组多块一次拉开,极大提高了拉板卸饼的效率,大幅度缩短了过滤循环中辅助功能所占的时间。另一特点是各滤板之间采用开式勾板联接,在需要更换滤板或滤布时,只需将勾板向上扳起,即可吊起滤板,不用任何辅助工具,方便快捷。而原闭式勾环板需将销轴上的压板螺栓或开口销拆除后方可操作,滤板数量多时较为费时费力,尤其对于滤布需要经常更换的场合来说,优势十分明显。

  2.3隔膜压滤机主梁滤板定位结构设计现有压滤机主梁梁面一种为两侧平面结构,与之相匹配的滤板两侧的手柄为滑块或圆柱轮结构。其不足点:一是滤板与机架主梁间无定位结构或虽有一小定位台阶但拉偏时容易脱离主梁导轨面上,造成想像不到的事故发生。二是滤板受力压紧时,不仅前移摩擦阻力大,而且众多滤板与机架的排列中,几乎没有一块滤板能与机架主梁保持垂直度,随着滤板压紧力的增加,滤板的侧向分力不断增大,从而导致主梁框架变形,甚至报废。另一种为一侧平面另一侧倒V字形结构,此种设计虽能在一定程度上克服种手柄的不足之处,在拉板时能够使滤板排列整齐,有效地避免压紧时侧向力的产生。但这种结构在一拉一用电机或液压传动拉板时,不会出现问题,但如果用在油缸一拉多板快开机型中,由于两侧主梁导轨面型式不同导致手柄在其上摩擦系数各不相同,当用分布在主梁两侧的拉板小油缸拉板时,由于拉板油缸受力不均,导致用同一液压主回路分支供油的两油缸行程速度不可避免产生差异,这种差异通过时间累积,两侧滤板越拉越斜导致错位。这种一次多滤板拉开机型因主油缸行程较长,部分滤板手柄在行程中会逐渐脱离原倒V形定位结构的束缚,严重情况下滤板会从主梁导轨支承面上掉下,砸坏滤板或底部安装着的生产设备,从而导致安全事故频发。为克服上述缺点,需将现有的压滤机机架两侧平面式或一侧平面另一侧倒V字形梁面结构更改设计成两侧对称外凸半圆形导轨结构。其目的在于:一是对称结构使滤板两侧手柄在滑动时摩擦系数保持一致,从而使主梁两侧拉板小油缸受力均匀,避免不同步现象发生。二是为防止滤板手柄因滤板或机架主梁变形及安装精度不佳情况下在移动过程中被卡死,滤板手柄下端内凹圆弧半径设计成比导轨圆弧半径要大一档,从而有一定的自我适应调整间隙,又能保持一定的定位精度,确保了滤板与机架主梁匹配的稳定性。

  是一种压滤机半圆形定位滤板手柄及机架主梁结构的示意图,其特点为:①将现有的滤板两侧手柄改成对称半圆弧结构,并与主梁匹配导轨面留有一定的调整间隙,避免拉板油缸因受力不均导致不同步及滤板被卡死现象发生。②方便了主梁加工,导轨3与主梁4特设计成分体螺钉组合式结构,导轨可以用精车的圆棒通过线切割剖分成两半加工而成,而主梁主板则可由钢板直接切割下料成形,大大降低制造成本。

  2.4油脂分提隔膜压滤机液压系统设计液压系统的主要特点是主辅油路既相对独立又相互关联,柱塞泵组和齿轮泵组向各自的子系统提供液压油,满足主油缸和拉板小油缸之间不同流量与压力要求。为实现主油缸快速压紧及回程,采用SY160YCY14- 4节能型自变量大流量柱塞泵供油,压紧及回程时间分别为45秒和30秒。拉板小油缸用CBF-F418-ALP-HFC-Y112M-4KW-B3齿轮泵供油,每拉一组板回程仅耗时9秒。主油缸液压回路具有压紧、回程、自动保压、自动卸压及为拉板小1.液位液温计;2.空气滤清器;3.低压齿轮泵组;4.电磁溢流阀;10.拉板工程油缸;12.电磁换向球阀;13、压力变送器;15、电接点压力表;16、液控单向阀;17、主油缸;23.节流阀;24.回油过滤器;25.高压柱塞泵组油缸分组拉板液压系统原理图油缸无杆腔注油等功能;拉板油缸辅油路具有回程拉板、自动锁板功能。

  2.5油脂分提压滤机电控系统设计此压滤机不仅液压系统控制点较多,而且过滤工艺所需的各类泵阀、仪表也不少,传统继电器控制已很难满足要求,故一般采用PLC人机界面控制。通过切换可选择手动与自动操作,并配有各动作的动画演示,生动形象,简单易懂。在设备出现故障时,可自动报警并显示故障点。压力、流量等参数由模数转换实行控制,而时间量则由变量设定控制并可实时修改,另外通过相关通讯协议可组网远程监控。

  3结束语通过以上对用于油脂分提快速分组拉板隔膜压滤机各关键部件的设计分析,加上在实际使用过程中的不断细化改进,其可靠性进一步提高。从用户反馈的信息来看,该机型对油脂干法分提产能提升较大,具有一定的推广。

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