制糖行业全自动PLC隔膜压滤机应用探讨
引言
过滤是制糖生产的重要环节，它不仅关系到成品质量，还涉及到加工过程中的糖分损失。对于不同的工艺方法，一般要选用不同的过滤设备。
我国加工甜菜的糖厂、原糖精炼糖厂与少部分甘蔗糖厂，采用碳酸法工艺，主要过滤设备是全自动隔膜压滤机与半自动压滤机。绝大部分甘蔗糖厂是采用亚硫酸法工艺，过滤设备种类较多，主要是真空吸滤机、无布真空吸滤机与半自动压滤机。全自动隔膜压滤机是新近在亚法糖厂投运的过滤设备。
全自动隔膜压滤机是现在发达国家制糖业采用的主流过滤设备，在我国制糖业己有应用，从根本上改变以前压滤设备在制糖生产中应用的被动局面，收到很好的效果。这种设备是采用带挤压隔膜的高压增强聚内烯滤板，利用PLC与变频技术，实现对整个压滤机与工艺过程的全自动控制。
半自动压滤机是我国在上世纪80年代，学习当时西欧技术设计开发的糖业过滤设备，采用铸铁滤板、液压顶紧自动保压、机械手自动拉板，此种压滤机逐渐发展，现在己有过滤面积80－－ 300m2几种定型产品。
真空吸滤机是一种连续过滤设备，是在转鼓上安装滤布使其随转鼓一同转动，同时将滤布引出，脱泥后进行洗涤，在真空的作用下糖汁通过滤布并分离滤泥。
无布真空吸滤机是国外原糖加工普遍使用的过滤设备，它是采用吸滤的方法，过滤泥汁中掺入蔗渣，在真空的作用下，通过钢网与蔗渣糠组成的过滤介质，截留悬浮液中固体颗粒，实现固液分离。
2全自动隔膜压滤机应用情况
全自动隔膜压滤机采用压滤方式，利用先进的PLC控制技术与隔膜压榨方法，提高整机的生产效率，缩短了过滤时间，提高滤饼含固率。通过对滤饼的压榨优化了洗水方案，降低了滤饼含糖与含水。由于加工原料与工艺方法的不同，要分别针对碳酸法与亚硫酸法工艺特点设计设备结构与控制方案。
2. 1全自动隔膜压滤机在碳酸法工艺中应用
碳酸饱充法滤泥结构好，主要成分碳酸钙能形成大而密的品状结构，便于过滤与洗涤。全自动隔膜压滤机就是根据这一特点，合理设计使生产过程达到高效化。对于碳法增稠泥浆过滤，在含固率为250-300g/L时，进料可在2－－3min内完成，最大进料量可达200m3/ h。在原糖加工采用碳法过滤，就要控制过滤速度，保证生产均衡。
通过隔膜压榨可减少洗水量，均匀降低整个压滤机滤饼含糖。总洗水量可稳定控制在干滤泥量的1—1.3倍，其中少部分洗水随滤清汁进入蒸发，大部分进入制糖其它工段，因此引起的清汁锤度降很小，基本控制在0. 1-0. 30Bx。在洗水降低滤泥糖分的前提下，可减少蒸发负担，降低能源消耗。
最终滤泥含糖与含水情况，是过滤设备在制糖上应用的关键。全自动隔膜压滤机在碳酸法糖厂上是高效设备，在增稠过滤中表现的尤为突出，一个过滤周期可在22-25min内完成，一次卸滤泥重量在3400kg左右，每天可生产滤泥200吨左右，一台设备运行可满足日处理3000吨甜菜糖厂生产要求。
2. 2全自动隔膜压滤机在亚硫酸法工艺中应用
在亚硫酸法制糖中，过滤液是沉降池底排出的泥汁，其中胶体团粒含量较高，滤泥层过滤阻力较大，所形成滤饼透气与透水性能不如碳酸法滤泥。应用全自动隔膜压滤机的工作效率，虽然达不到碳法的水平，但也可充分发挥其高效的特点，在泥汁含固率为40- 60g/ L情况下，压滤机进料通过位压与泵压结合的方式，一次进料可在50- 55分钟内完成，一般进料流量在60- 20m3/ h。对含固率相对高的泥汁，进料时间要相对缩短，最终进料流量相对低，滤饼的洗水与吹气阻力要增加，降低滤泥含糖与含水所用时间要增加。
亚硫酸法过滤所形成的滤饼，含有胶体与磷酸化合物量较大，导致滤饼成型性能好，但透水性能差，时常造成含糖含水高。全自动隔膜压滤机通过多种工艺改进，结合滤饼压榨功能，可将绝大多数滤饼含糖控制在干滤泥转光度4~9%左右，含水率在50~60%左右。
在这个工艺过程中，进料过滤、中压榨、洗水、角洗水与最后压榨的关系很重要，要高效洗脱滤泥中的糖分，提高设备效率，这是关键环节，必须采用自动化控制。
在亚硫酸法制糖上应用全自动隔膜压滤机，可以有效降低滤泥含糖与含水，提高生产效率，滤饼结构完整、脱落迅速、自动化控制水平高、减少了劳动强度，对环保没有影响。
3、比较与分析
3. 1碳酸法糖厂过滤设备比较
碳酸法糖厂应用压滤机进行过滤，比较典型的是在一碳增稠工艺中应用，现在制糖应用的压滤机可分为全自动隔膜压滤机与半自动压滤机。
3. 1. 1性能分析
隔膜滤板是压滤机主要部件，采用纯高压增强聚内烯材料制造，具有重量轻、热损失少、韧性好、机械强度高、耐腐蚀、不易积垢的优良特性。合理的隔膜设计与角进料结构，使压滤机有更加完善的功能。先进的自动化控制，可以保证最优化的工艺得以实施，PLC与变频控制可保证在过滤初期清汁质量，还能最大发挥压滤设备变量进料的效率。
通过隔膜压榨可有效降低滤饼含水率、缩短进料时间、增加洗水效果，在卸泥前己将滤饼压榨成型，最大的降低了含水率，可顺利完成卸泥过程。半自动压滤机要顺利卸泥，就要依靠增加进料时间与压力，使滤泥填满滤腔并降低含水，只有在滤腔完全充满后，吹气与洗水才能起作用，但碳法滤饼易龟裂，使洗水与吹气性能受到很大限制。半自动压滤机在过滤的后期，耗时很大、过滤效率很低。应用隔膜压榨，提高效率剪除过滤低效时间，还可减少滤饼含水率。
全自动隔膜压滤机能达到洗水时间短、洗水量少还可使滤饼糖分降低，主要原因是在高效进料段就结束了进料过程。一般结束进料时流量在100m 3/h左右，这时滤饼结构松散透水性能良好，两层滤饼间有洗水通路，通过洗水、中间压榨与角洗水的合理搭配，达到高效洗涤滤饼的日的。在适量的洗水后，通过隔膜进行微压榨过程，可在不完全压实滤饼情况下，将滤饼空间收缩修补裂痕，使洗水均匀穿透整块滤饼，洗水与吹气不产生短路现象，提高洗水效率，节省压缩空气，达到了更好的效果。
全自动隔膜压滤机可以保证过滤与洗水效率的另一关键问题，是具有机上洗布与酸洗功能。压滤设备在过滤过程中，主要是依靠泥层作为过滤介质，但滤布的过滤阻力也是不可忽视的因素，特别是滤布应用几个周期后，在过滤与洗水过程中，如不能及时清理滤布表面所积的泥垢，阻力要成倍增加。如果是在若十过滤周期中有几次工艺状况不好的情况，会全面影响其它周期的过滤与洗水。在一般工艺情况下40-50个过滤周期，要洗一次布，如果有饱充不满现象，要在情况好转后立即洗布，假如不及时清洗滤布，洗水流量下降非常明显，由正常的洗水流量70m;/ h很快降到20m3/ h左右，角洗水流量就更低了，基本上在lOm 3/ h以下，同样洗水量洗水时间被数倍延长。在15-20个洗布周期后，就要对压滤机进行酸洗，酸洗过程中可将滤板、滤布背面、流道与阀门等进行全面洗涤，达到彻底软化滤布的目的。
半自动压滤机无机上洗布功能，要在应用一段时间后将滤布拆卸下来洗涤，人工与设备条件都将限制洗布周期不能很短，丧失了压滤机适应工艺条件变化的能力，使过滤与洗水效能受到严重制约。此方面的反应，在原糖加工中更为明显。人工拆洗滤布劳动强度大、参与人员多、消耗时间长，为生产管理带来很多困难。拆洗是滤布导致损耗与漏榨的重要因素，洗涤后会造成滤布缩水变型，新更换的滤布还有在机上使用定型的过程，易出现漏榨现象。
全自动隔膜压滤机过滤质量要好于半自动压滤机，虽然两种设备在过滤原理上是相同的，但全自动隔膜压滤机在进料上采用变频控制，其优势在于:一是可根据泥层增加逐步增加过滤压力，充分发挥泥层过滤的优势;一是开始过滤时泥浆泵在变频控制下，转速低可保证泥浆中颗粒少受破坏，尽快建立起架桥效应，这些是在半自动压滤机无法实现的。
3. 2亚法糖厂过滤设备比较
3.2.1无布真空吸滤机性能分析
无布真空吸滤机在国内有几年的应用历史，保留了吸滤设备结构简单、连续过滤、操作方便的优点同时又解决了生产与环保的矛盾、降低了滤泥的转光度，这是该设备被部分制糖企业认同的根据，但它也存在一些难以解决的问题，在生产中逐渐表现出来。
无布真空吸滤机过滤效果差，滤液回流导致己絮凝的沉淀物会复溶，为工艺处理增加负担，要获得相同的澄清效果，必须提高硫煎强度，增加澄清费用，在工艺上是不可取的。在环保上无洗布水，减少排污费用，在经济上是可取的。可见无布真空吸滤机,是解决现行真空吸滤机带来的环保问题的暂时替代设备，但它还有很多无法解决的问题。
3.2.2半自动压滤机亚法应用分析
半自动压滤机在亚法过滤中，以其过滤质量好、可配合无布机在停产时清空沉降池、对环保没有影响等优点，被广泛应用。亚法糖厂应用的大部分设备，在结构与工艺上，沿袭了碳法应用的设计，没有及时结合亚法泥汁特点，进行专项开发，影响了压滤机设备在亚法过滤中性能的发挥。
半自动压滤机在过滤中能够保证较好的质量，主要是由于过滤介质是滤布加滤泥层，滤泥层的空隙要比滤布小，随厚度增加过滤阻力迅速增长，过滤质量越来越好，过滤效率逐渐下降。亚法滤泥胶体团粒比较多，在滤腔内滤饼比较松软，容易粘结在滤布表面，如果进料不能充满滤腔，滤饼不能降低水分成型，卸泥将十分困难。如果进料充满滤腔，滤饼阻力很大，通过洗水降低滤泥糖分困难要大于其它设备。
在现行亚法制糖应用半自动压滤机，主要问题是劳动强度大、糖分损失高、卸泥困难、滤泥对滤布的粘结不能及时得到清洗、单机过滤效率偏低与滤布损耗较大等问题，这些问题都严重影响现代企业生产管理，己很难适应生产发展的需要。
3.2.3全自动隔膜压滤机亚法应用性能分析
应用在亚法制糖的全自动隔膜压滤机，在结构与工艺设计上，充分研究了亚法过滤的特点，结合先进控制设备，完善的机上洗布与酸洗功能，不仅解决了半自动压滤机存在的主要问题，还使每台全自动隔膜压滤机成为一个过滤系统，使过滤设备适应工艺变化能力得到加强，基本上保证每次过滤工艺效果十分接近。
通过实践我们总结出在亚法过滤中，滤泥颗粒细腻，泥层阻力很大，洗水与压榨时间较长，要提高过滤效率就要增加过滤面积，提高一个过滤周期内处理滤泥能力。现在国内亚法糖厂应用的压滤机，大部分过滤面积小于180m2，这适用于小型糖厂应用，可以均衡间歇过滤设备工作特点，但对于3000吨以上的糖厂，应该应用250m2以上的设备。一台250m2全自动隔膜压滤机，生产能力可以达到35m2真空吸滤机水平。
4、经济效益分析
全自动隔膜压滤机在国内糖业是新生设备，在南北糖厂都有应用。
4. 1全自动隔膜压滤机在碳法糖厂与半自动压滤机比较
4.1.1降低滤泥糖分损失
碳法糖厂滤泥产量大，通过降低滤泥糖分，可创造很大经济效益。全自动隔膜压滤机滤泥平均含糖在0. 5%(对泥)以下，一般采用半自动压滤机滤泥平均含糖在1. 7%以上，按照3000吨糖厂，加工50万吨甜菜计算，可减少糖损:
半自动压滤机糖分损失:190吨泥/天/( 50% /70% ) x 1. 7%= 4. 5吨/天
全自动隔膜压滤机糖损:190吨泥/天x 0. 5%=0. 95吨/天
每天减少滤泥糖分损失:3. 5吨/天
50万吨甜菜可减少糖损:3. 5吨/天x170天=595吨
折合人民币大约在:595吨x 2800元/吨=167万元
4. 1. 2减少滤泥量节约回填场地与运输费用
由于滤泥含水率降低，使滤泥输送量减少。
50万吨甜菜降低的滤泥重量:
( 500 000 x10%)/50%/(500 000 x 10%)/70%=28 600吨。
运输与回填费用折合人民币:
28 600吨x 9. 5元/吨=27万元。
4. 1. 3节约滤布损耗
半自动压滤机加工50万吨甜菜用国产滤布:5. 6套/台x 10台=56套。
全自动隔膜压滤机50万吨甜菜用进日滤布:2套/台x 1台=2套。
节约滤布费用折合人民币:56套x 8 000元/2套x 100 000元=25万元。
4. 1. 4可直接得到的经济效益为219万元，还有多回收热水、降低蒸发负荷、减少设备数量与维护费用等一些间接经济效益。
4. 2全自动隔膜压滤机在亚法糖厂与半自动压滤机比较
4. 2. 1降低滤泥糖分损失
亚法糖厂滤泥产量相对少，但含糖高，通过降低滤泥糖分，也可创造很大经济效益。
全自动压滤机干滤泥平均转光度(糖度）可控制在9%以下，一般采用半自动压滤机平均干滤泥平均转光度在16%，干滤泥与蔗比按照1. 5%计算, 50万吨甘蔗可节约糖分损失折合人民币大约为:500 000x 1. 5% x(16%一9% ) x 2 800= 147万元。
4. 2. 2节约滤布与压缩空气消耗
配置洗布机后，可达到机上洗布，同时改进滤布缝制方法，可大量节约滤布。如果按照不安装洗布机来计算，可节省滤布损耗在6~7万元以上。
隔膜压榨可减少压缩空气消耗，在此方面可节电2. 6万元
4. 2. 3可直接得到的经济效益为156万元，还有提高设备效率、提高产品质量、改善操作环境等，一些间接经济效益。
5结论
全自动隔膜压滤机适用于不同的制糖工艺条件，可以大幅提高设备效率，降低糖分损失，没有环保负担，可获得最佳过滤质量。