微旋流絮凝强化糖汁沉降的机理及絮凝反应器的研制

论文摘要

硫熏中和反应与絮凝沉降分离是糖汁澄清过程重要的工艺步骤。目前多数甘蔗糖厂的澄清过程中硫熏中和化学反应不够充分，造成清汁的钙盐和二氧化硫含量偏高，生成的亚硫酸钙密实性差，吸附除去胶体杂质及色素的效果不理想，沉降速度慢；絮凝沉降过程中，絮凝效果差，使糖汁在器内停留时间长，这对制糖生产会造成不利的影响。本论文创造性地研究应用旋流絮凝技术来强化硫熏中和反应及絮凝过程，研发的微旋流絮凝器根据微旋流絮凝的动力学原理，利用流体的剪切力和离心惯性力，使中和反应与絮凝作用得到充分发挥，而促进中和汁充分生成钙盐沉淀；同时，使蔗汁中的各种胶体颗粒被高分子絮凝剂很好地吸附、团聚、絮凝而生成密实度大、直径大的沉淀颗粒，大大加快沉降速度，从而可以缩短蔗汁在沉降器内的停留时间，减少沉降器中的糖分损失。文章探讨该絮凝器的过程强化机理，介绍了试验研究过程，并初步应用于糖厂生产过程中糖汁的絮凝沉降实验，取得满意的效果。主要研究内容和结果如下：1、研究了碳酸钙悬浮液的旋流絮凝机理。基于流动特征的流动模型，根据絮凝反应动力学推导得旋流絮凝反应动力学模型。为：2、旋流絮凝反应影响因素的研究。通过建立试验模型研究旋流絮凝反应器构造的主要影响因素为：溶液的流量、浓度、搅拌速度和絮凝剂量，单因素试验表明：物料浓度为4g／L，物料的流量为0．75m2／h，絮凝剂投加量为3mg／L，搅拌速度400r／min时，模拟糖液的钙盐絮凝效果最佳。经过旋流絮凝后絮体压缩度明显提高。3、建立了絮凝分离效率的准数模型。通过实验研究分离效率的影响因素，运用因次分析法推导沉降器分离效率的理论准数模型。分离效率与各准数的关系可由下式表达为：4、通过实验研究了影响絮凝的主要条件：絮凝剂种类和用量、温度、pH值、水力因素GT。单因素试验表明：絮凝剂P3000的絮凝效果最好；絮凝剂的加入量在1-5mgL-1时，加入量越多，絮凝效果越好；温度在60-95℃时，温度越高，絮凝效果越好；pH值在6．6～7．4对絮凝效果的影响较小；加入轻质碳酸钙（1％对蔗汁量比）作为絮凝核心絮凝更好；GT在44496时的絮凝效果最佳。4、旋流絮凝技术在糖厂生产的应用研究。用旋流絮凝器在金光澄清车间现场进行糖汁的旋流絮凝试验，测定沉降速度、过滤速度、清汁简纯度、清汁色值、混浊度、还原糖、钙盐含量。对比分析旋流絮凝沉降与静态絮凝沉降效果：沉降速度平均分别提高了47．96％；过滤速度平均分别提高了30．18％；清汁纯度提高0．77AP；清汁色值下降了16．46％；清汁混浊度降低24．63％；钙盐含量降低了11．01％；还原糖含量降低了6．39％。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 糖厂中和反应生成钙盐沉淀及絮凝沉降的现状
• 1.2 中和生成钙盐沉淀与絮凝沉降过程存在主要问题
• 1.2.1 硫熏中和混合不均匀，反应不完全
• 1.2.2 沉降推动力较小
• 1.2.3 絮凝剂的使用效果有待进一步强化
• 1.3 影响钙盐沉淀生成与絮凝效果的因素
• 1.4 旋流絮凝技术的发展及应用状况
• 1.4.1 旋流絮凝技术的发展
• 1.4.2 旋流絮凝技术的特点
• 1.4.3 旋流絮凝技术的应用状况
• 1.5 研究的目的、意义
• 1.6 课题研究目标，研究内容和拟解决的关键问题
• 1.6.1 研究目标
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 拟解决的关键问题
• 第二章 微旋流絮凝机理
• 2.1 聚丙烯酰胺的絮凝作用机理
• 2.2 初步絮凝反应机理
• 2.3 造粒絮凝机理
• 2.4 絮凝动力学
• 2.4.1 异向絮凝
• 2.4.2 同向絮凝
• 2.4.3 旋涡流剪切絮凝
• 2.4.4 旋涡流惯性离心絮凝
• 2.4.5 絮凝体分形与絮凝造粒
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验装置及流程
• 3.2 初步絮凝反应及造粒絮凝装置
• 3.2.1 初步絮凝反应装置
• 3.2.2 造粒絮凝装置
• 3.2.3 实验主要仪器设备
• 3.3 实验步骤和方法
• 3.3.1 原料配制
• 3.3.2 实验步骤
• 3.3.3 实验方法
• 3.4 悬浮液浓度的测定
• 3.4.1 悬浮液浓度标准曲线
• 3.5 结果与分析
• 3.5.1 絮凝剂投加量对絮凝效果的影响
• 3.5.2 物料的浓度对絮凝效果的影响
• 3.5.3 物料的流量对絮凝效果的影响
• 3.5.4 搅拌速度对絮凝效果的影响
• 3.5.5 造粒前后对比
• 3.5.6 造粒前后悬浮液沉降压缩度的比较
• 3.6 本章结论
• 第四章 微旋流絮凝反应器分离效率的准数模型研究
• 4.1 微旋流絮凝反应器无因次准数建立
• 4.2 微旋流絮凝反应器分离效率准数模型的建立
• 4.2.1 微旋流絮凝反应器分离效率的影响因素分析
• 4.2.2 微旋流絮凝反应器分离效率准数模型的推导
• 4.2.3 分离效率准数模型的回归
• 4.2.4 分离效率准数模型回归的显著分析
• 4.2.5 GT对絮凝效果的影响
• 4.3 本章结论
• 第五章 糖汁絮凝的初步研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验样品
• 5.1.2 实验检测项目及测定方法
• 5.1.3 实验仪器
• 5.1.4 实验方法和步骤
• 5.2 实验数据及分析
• 5.2.1 电动电位对絮凝效果的影响
• 5.2.2 絮凝剂种类对絮凝效果的影响
• 5.2.3 絮凝剂用量对絮凝效果的影响
• 5.2.4 温度对絮凝效果的影响
• 5.2.5 pH值对絮凝效果的影响
• 5.2.6 有无絮凝核心对絮凝效果的影响
• 5.2.7 水力因素GT对絮凝效果的影响
• 5.3 本章结论
• 第六章 微旋流絮凝反应器在制糖工业的应用研究
• 6.1 亚硫酸法甘蔗糖厂静态工艺
• 6.2 实验装置及流程
• 6.3 实验方法
• 6.3.1 取样
• 6.3.2 实验检测项目及测定方法
• 6.3.3 实验步骤
• 6.3.4 主要仪器与药品
• 6.4 实验数据及结果分析
• 6.5 对比实验结果讨论
• 6.5.1 沉降速度对比分析
• 6.5.2 过滤速度对比分析
• 6.5.3 清汁纯度对比分析
• 6.5.4 清汁色值对比分析
• 6.5.5 清汁混浊度对比分析
• 6.5.6 清汁钙盐含量对比分析
• 6.5.7 清汁还原糖含量对比分析
• 6.6 本章结论
• 第七章 经济分析
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录