Применение декантерных центрифуг для разделения пектина

Применение декантерных центрифуг для разделения пектина

Декантерные центрифуги являются ключевым оборудованием для промышленного разделения пектина. Благодаря своей способности работать с высоковязкими материалами, непрерывной работе и эффективному разделению твердой и жидкой фаз они идеально соответствуют характеристикам пектиновых экстрактов (высокая вязкость, содержание волокнистых примесей). Ниже приводится подробное описание технических принципов, областей применения, основных преимуществ, ключевых аспектов эксплуатации и тенденций развития:

I. Технические принципы и адаптивность

1. Основная структура и логика разделения

Декантерная центрифуга состоит из вращающегося барабана (диаметром 200–1200 мм) и шнекового конвейера, вращающихся в одном направлении с небольшой разницей в скорости (0,3–2% от скорости барабана). После того, как пектиновый экстракт (получаемый в основном кислотной или ферментативной экстракцией из цитрусовой кожуры или яблочного жмыха) поступает в оборудование, под действием силы разделения 1200–3500 g, создаваемой скоростью вращения 3000–5000 об/мин:

Высокоплотные примеси (частицы кожуры, волокна, частицы крахмала) отбрасываются к внутренней стенке барабана, образуя осадок на фильтре;

Осветленный экстракт, содержащий пектин (водорастворимый пектин существует в коллоидном состоянии), остается в центре барабана и выводится через переливное отверстие;

Винтовой конвейер непрерывно проталкивает осадок фильтра к отверстию для выгрузки шлака, обеспечивая непрерывное разделение твердой и жидкой фаз.

2. Ключевые параметры разделения пектина

Адаптация характеристик подачи: вязкость пектинового экстракта обычно составляет 50–500 мПа·с, содержание твердых веществ – 1–8%. Декантерные центрифуги позволяют избежать задержки материала или его засорения за счет регулирования дифференциальной скорости (0,5–1,5%) и расхода подачи (5–50 м³/ч).

Контроль точности разделения: соотношение длины и диаметра барабана (3–5:1) призвано улучшить седиментацию, позволяя отделять твердые примеси с размером частиц ≥10 мкм и обеспечивая эффективность последующих процессов очистки пектина (таких как осаждение спиртом и ультрафильтрация).

II. Основные сценарии применения

1. Предварительная обработка экстракта (удаление примесей)

После экстракции пектина раствор содержит большое количество примесей, таких как волокна кожуры, клеточный детрит и нерастворенный крахмал. В качестве первичного оборудования для разделения используются декантерные центрифуги:

Быстро удаляет твердые примеси, снижая содержание твердых веществ в экстракте с 1%-8% до менее 0,2%;

Снизить вязкость экстракта (с 300-500 мПа·с до 50-100 мПа·с), уменьшив нагрузку на последующие процессы очистки: осаждение спиртом, высаливание или ультрафильтрацию;

Адаптируемое сырье: пектиновые экстракты из различного сырья, такого как кожура цитрусовых, яблочный жмых и мякоть сахарной свеклы, особенно подходят для обработки экстрактов кожуры цитрусовых с высоким содержанием клетчатки.

2. Концентрация и обогащение пектина

При крупномасштабном производстве необходимо концентрировать низкоконцентрированный пектиновый экстракт (содержание пектина: 0,5–2%) до 5–10%, чтобы снизить расход последующих растворителей (например, этанола) или энергии на сушку:

Декантерные центрифуги обеспечивают предварительное обогащение пектиновых коллоидов за счет центробежной силы с концентрацией, кратной 3-8;

В сочетании с функцией противоточной промывки для промывки остатков на фильтре добавляется небольшое количество деионизированной воды, что повышает степень извлечения пектина (до 92%-96%);

Пример: После обработки пектинового экстракта яблочного выжимки с помощью декантерной центрифуги концентрация пектина увеличивается с 0,8% до 4,5%, а расход этанола в последующем процессе спиртового осаждения снижается на 60%.

3. Очистка пектина высокой чистоты

Для пищевого и фармацевтического пектина (требующего удаления белков, пигментов и низкомолекулярных примесей):

Декантерные центрифуги комбинируются с ультрафильтрационными мембранами: сначала крупные частицы примесей удаляются центрифугированием, а затем молекулы пектина задерживаются ультрафильтрационными мембранами 50-100 кДа, что обеспечивает чистоту более 90%;

Для растворов пектина, полученных ферментативной экстракцией (содержащих продукты ферментативного гидролиза), коэффициент разделения (2500–3000 г) может быть отрегулирован для одновременного удаления ферментных белков и коллоидных примесей.

III. Основные преимущества

1. Возможность адаптации к материалам высокой вязкости, отсутствие риска закупорки

Вязкость пектинового экстракта значительно выше, чем у обычных ферментационных бульонов. Конструкция барабана с большим каналом (диаметр загрузочного отверстия ≥50 мм) и регулируемая дифференциальная скорость декантерных центрифуг предотвращают запутывание волоконных примесей, что делает их пригодными для длительной непрерывной работы (однократная обработка ≥8 часов).

2. Непрерывная работа, большая производительность

Производительность установки достигает 5–100 м³/ч, что значительно превышает производительность трубчатых центрифуг (1–5 м³/ч) и пластинчато-рамных фильтров (периодического действия). Это обеспечивает потребности крупнотоннажного производства пектина (суточная производительность: 1–5 тонн пектина) без необходимости остановки производства для сброса шлака.

3. Высокая скорость извлечения, стабильное качество

Благодаря высокому коэффициенту разделения (1200–3500 г) он может эффективно улавливать молекулы пектина в коллоидном состоянии, избегая потерь; эффект разделения не зависит от колебаний концентрации исходного сырья, а колебания чистоты пектина составляют ≤3%, что соответствует требованиям к качеству пищевой промышленности.

4. Высокая степень автоматизации, простота эксплуатации

Оснащенный системой управления ПЛК, он может в режиме реального времени контролировать вязкость и содержание твердых веществ в экстракте, а также автоматически регулировать скорость вращения и скорость потока подачи; он связан с экстракционными емкостями и концентрационным оборудованием для реализации полной автоматизации процесса «экстракция-разделение-концентрация».

IV. Меры предосторожности при эксплуатации

1. Ключевые моменты выбора оборудования

Приоритет отдается моделям с соотношением длины к диаметру ≥4:1 для улучшения седиментации; материал барабана — нержавеющая сталь 316L, устойчивая к кислотной коррозии (pH пектинового экстракта = 2-4);

Высоковязкие экстракты (≥300 мПа·с) необходимо оснащать дифференциалами с высоким крутящим моментом, чтобы избежать накопления остатков на фильтре.

2. Оптимизация параметров работы

Скорость вращения барабана: 3000-4000 об/мин для обычных пектиновых экстрактов и 4000-5000 об/мин для сырья с высоким содержанием клетчатки (например, цедра цитрусовых);

Скорость потока подачи: контролируется на уровне 70–90 % от номинальной производительности оборудования, чтобы избежать снижения эффективности разделения из-за перегрузки;

Контроль температуры: температура подачи поддерживается на уровне 40–60 °C для снижения вязкости экстракта и повышения эффективности разделения (слишком низкая температура может вызвать коагуляцию пектина).

3. Уборка и санитарное обслуживание

После каждой операции промойте и очистите теплой водой (40-50℃) с 0,5% раствором лимонной кислоты в течение 30 минут, чтобы удалить остатки пектина с барабана и шнекового конвейера, предотвратив рост микроорганизмов;

Еженедельно проверяйте динамическую балансировку барабана, чтобы избежать износа оборудования из-за вибрации и обеспечить точность разделения.

4. Защита качества пектина

Избегайте чрезмерно высоких факторов разделения (>3500 г), чтобы предотвратить разрыв молекулярной цепи пектина и последующее снижение прочности геля;

В качестве промывочной жидкости используйте деионизированную воду или слабоконцентрированный раствор лимонной кислоты, чтобы избежать попадания ионов металлов, влияющих на стабильность пектина.

V. Тенденции развития

1. Интеллектуальное прецизионное управление

Интегрируйте онлайн-датчики вязкости и детекторы концентрации пектина, а также автоматически регулируйте скорость вращения, дифференциальную скорость и скорость потока подачи с помощью алгоритмов ИИ, чтобы реализовать сопоставление «характеристик сырья и параметров разделения» в режиме реального времени и дополнительно повысить степень извлечения.

2. Энергосбережение и многофункциональная интеграция

Использование синхронных двигателей с постоянными магнитами позволяет сократить потребление энергии на 25–30 %; внедрение интегрированной функции «разделение-промывка-опреснение» для сокращения производственных звеньев и снижения потребления растворителей и водных ресурсов.

3. Адаптация к новым процессам экстракции

Для получения высоковязких пектиновых экстрактов с помощью ультразвуковой и микроволновой экстракции оптимизируйте конструкцию внутреннего проточного канала барабана для повышения текучести материала; адаптируйтесь к процессам экстракции с низкой кислотностью (pH=3,5-4,5) для снижения коррозии оборудования и продления срока службы.

4. Экологическая модернизация и защита окружающей среды

Используйте закрытую структуру для сокращения выбросов летучих веществ (например, этанола); остатки фильтра (волокнистые примеси) можно перерабатывать для получения корма или энергии биомассы, реализуя тем самым повторное использование ресурсов.

Таблица выбора параметров декантерных центрифуг, специализированных для разделения пектина

Основы проектирования ключевых параметров

1. Адаптация к характеристикам сырья

Цедра цитрусовых: Высокое содержание клетчатки (15–25%) и высокая вязкость экстракта требуют высокой скорости вращения (4000–5000 об/мин) и большого соотношения длины к диаметру (≥4:1) для улучшения осаждения. Например, в патенте на разделение остатков кожуры цитрусовых от жидкости используется барабан диаметром 430 мм со скоростью вращения 4200–4500 об/мин, что снижает содержание влаги в пектиновых веществах до 40% после обработки.

Яблочный жмых: содержит примеси крахмала (5–10%), поэтому для предотвращения клейстеризации крахмала и засорения требуется средне-низкая скорость вращения (3000–4000 об/мин) и регулировка дифференциальной скорости (0,8–1,2%). Яблочный пектин, полученный традиционными методами, имеет высокую вязкость, поэтому предпочтение следует отдавать моделям с большой производительностью (например, LW450×1800-N).

2. Контроль классификации вязкости

Высокая вязкость (>300 мПа·с): например, для экстракции кожуры цитрусовых с помощью ультразвука (348,7 мПа·с) требуется дифференциал с высоким крутящим моментом (например, LW X300) и барабан с диаметром загрузочного отверстия ≥50 мм для предотвращения задержки материала.

Средне-низкая вязкость (50–300 мПа·с): например, для получения экстракта яблочного выжимки с помощью микроволновой печи можно использовать оборудование среднего размера, такое как LW355×1400, с производительностью переработки до 30 м³/ч.

3. Соотношение между коэффициентом разделения и скоростью вращения

Формула для расчёта коэффициента разделения (Kc) выглядит следующим образом: \(K_c = \frac{\omega^2 r}{g}\), где ω — угловая скорость (рад/с), а r — радиус барабана (м). Например, при диаметре барабана 430 мм и частоте вращения 4200 об/мин коэффициент разделения составляет приблизительно 3000g.

Высоковолокнистые материалы из кожуры цитрусовых требуют Kc ≥2500 г;

Для удовлетворения требований по разделению материалов из яблочного выжимки со средней и низкой вязкостью требуется только Kc ≥1500 г.

4. Материалы и техническое обслуживание оборудования

Барабан и шнековый конвейер изготовлены из нержавеющей стали марки 316L с нанесенным на поверхность лазерным наплавочным покрытием из карбида вольфрама, способным выдерживать кислую среду (pH 2-4) пектинового экстракта и износ волокон.

Рекомендуется промывать и очищать прибор теплой водой (40-50℃) с 0,5% раствором лимонной кислоты в течение 30 минут каждые 8 ​​часов, чтобы предотвратить рост микробов, вызванный остатками пектина.

Рекомендации по проектированию процесса

1. Этап предварительной обработки

Сырье из кожуры цитрусовых необходимо измельчить до размера частиц <5 мм; яблочный жмых необходимо пропустить через пескоотделитель для удаления частиц песка и снижения износа оборудования.

Для высоковязких экстрактов можно добавить 0,1–0,3% пектиназы для предварительной обработки ферментативным гидролизом, чтобы снизить вязкость на 30–50% и повысить эффективность разделения.

2. Многоступенчатый процесс разделения

Применение комбинированного процесса «грубое разделение (декантерная центрифуга) + тонкое разделение (дисковая центрифуга)» позволяет повысить чистоту пектина с 80% до более чем 95%, что подходит для производства фармацевтической продукции.

На этапе промывки после осаждения спирта можно использовать декантерную центрифугу для трехступенчатой ​​противоточной промывки, что позволяет сократить расход этанола на 40% и при этом увеличить степень извлечения пектина до 98%.

• Год создания
  --
• тип бизнеса
  --
• Страна / регион
  --
• Основная промышленность
  --
• Основные продукты
  --
• Предприятие юридическое лицо
  --
• Общие сотрудники
  --
• Годовое выпускное значение
  --
• Экспортный рынок
  --
• Сотрудничает клиентов
  --