一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备的制作方法

文档序号:14952478发布日期:2018-07-17 22:51阅读:507来源:国知局

本实用新型属于一种连续真空闪蒸液固分离技术领域,特别涉及一种连续真空干燥泔水处理设备。



背景技术:

目前,对于水溶性物料的液固分离或干燥技术,有加热烘焙、挤压过滤和离心分离等传统技术。第一种,加热烘焙后获得固体物质的干燥效果好,其含水率低达5%-15%,但其烘焙加工的时间长、耗电量大;后两种,挤压过滤和离心分离的加工时间短、耗电量少,但其获得固体物质的干燥效果差,其含水率高达60%-70%,而且分滤出的液体杂质混浊。如果将这些混浊液体作为废水的话,直接排放就会污染环境。即使对它们采用离心分离机多次处理,不仅成本提高、排放不能达标,而且因为要用水排渣,废水反而增加。如果对它们采用化学方法处理或生物化学处理,例如微生物工程等依然存在废水排放问题,而且所产生的废水更难处理。

近来,人们对节约能源和环境保护越来越重视,将真空技术结合用于液固分离或干燥方面的技术也不断出现。例如,中国专利文献号CN201010297997-昆山康和电子科技有限公司的“真空干燥箱”、中国专利文献号CN201610542205-日本爱发科株式会社的“真空干燥装置及真空干燥方法”、中国专利文献号CN201510053725-浙江龙源四方机械设备制造有限公司的“真空低温连续干燥机”、中国专利文献号CN201410096684-无锡市海昌机械设备有限公司的“真空带式液体连续干燥机”、中国专利文献号CN201310108609-吉林省农业机械研究院的“一种中草药微波真空连续干燥机”等等,由于在真空条件下可以大大降低液体的沸点与挥发温度,既节约了电能又缩短干燥时间。其中所描述的“真空连续干燥机”,有望进一步提高了设备的生产能力和效率。

我们知道,在地表实现真空即相对于大气压力为负压,须在一个密闭的承压容器中进行,即用真空泵将这个密闭的承压容器内的空气或气体抽出。残留在容器内的气体分子的多少,直接影响到容器内部的真空度的高低。而且容器越大,则需要抽除的空气或气体就越多,抽气时间就越长。

根据现有的专利文献的内容显示,所描述的真空干燥设备/装置如真空干燥箱/炉或真空干燥罐/筒,这些都是可开启关闭的可封闭的承压容器设备,即具有可开启关闭的门或盖。关闭门或盖,用真空泵把这些密闭容器或箱体或罐体内的空气或气体抽出形成真空。使它们内部的气压相对于外部的大气压力为负压,工程上简称“抽气减压”。此时,它们的门或盖由于外部的大气压力的作用是打不开的。若要打开即开启它们的门或盖,须提前向箱体内或罐体内输入外部空气或气体,使其内部的气压等于外部的大气压力,工程上简称“充气卸压”。然后才能安全地打开即开启它们的门或盖。在对物料进行真空干燥的实际生产过程中,每一次设备的投放原料和提取干料亦即进料和出料,都必须重复前述的现象,即:开启门/盖→投放湿料即进料→关闭门/盖→抽气到设定的真空度、加热到设定的温度→保持真空和温度到设定的时间、完成给定物料的干燥→充气卸压→开启门/盖→提取干料即出料后、再进料→关闭门/盖→抽气到设定的真空度、加热到设定的温度→保持真空和温度到设定的时间、完成给定物料的干燥→充气卸压→开启门/盖→出料、进料→……周而复始。从开启门盖、投放湿料→关闭门盖、抽气加温、完成干燥→充气卸压→开启门盖、提取干料。此为一个工作周期。接连两个周期或两个周期以上的工作方式,称为间歇式工作方式。根据上述现有的专利文献的内容显示,所描述的“真空连续干燥机”,实际上就是一种间歇式工作方式或为步进式工作方式。每次的充气卸压和开启门/盖,都有大量的冷空气或气体进入箱内或罐内,造成箱内或罐内的热量流失与温度下降。使得下一个工作周期,因为重新抽气减压和加热升温而重复地消耗电能,还延长了工作周期和时间。

随着现代工业的发展和技术进步,出现了螺杆挤出机应用的新技术,例如将真空技术与螺杆挤出机结合,应用于塑料行业中塑料颗粒混炼加工的气体排出,和饲料行业中膨化饲料加工的潮气排出。在现有技术中,常用的是双螺杆挤出机,分为平行啮合双螺杆挤出机和锥形啮合双螺杆挤出机。从螺杆螺纹外径来看,在现有技术中有同一外径的平行双螺杆挤出机和渐变外径的锥形双螺杆挤出机。例如,中国专利文献CN201580033518-日本斯频德制造株式会社的“双螺杆挤出机”和中国专利文献CN100463789-美国温吉尔制造公司的“带有不平行的锥形收敛螺杆的双螺旋挤出机”,描述的就是一种渐变外径的锥形双螺杆挤出机。又例如,中国专利文献CN201410080705-东莞市三优塑料机械制造有限公司的“平行异向双螺杆挤出机”、中国专利文献CN201520641705-常州星易迪塑化科技有限公司的“双螺杆挤出机”、中国专利文献CN201620216840-上海纽克新材料科技有限公司的“双螺杆挤出机”、中国专利文献CN201210126081-北京金地三福膨化机制造有限公司的“双螺杆挤出装置和挤压式膨化机”、中国专利文献CN201410451401-哈尔滨鑫红菊食品科技有限公司的“一种采用双螺杆挤压膨化方法加工的杂粮挂面粉”等,描述的都是一种平行啮合的双螺杆挤出机。上述的这些双螺杆挤出机技术以及现有的双螺杆挤出机,在应用中受到了原料含水率的严格限制。例如,在塑料颗粒混炼加工的应用中,双螺杆挤出机仅对进料时混入的空气进行排出。如果塑料颗粒潮湿则须经预处理干燥后,才可以送入双螺杆挤出机加工,否则就不能加工出合格的产品,甚至会造成堵机不能运行。同样,在膨化饲料加工的应用中,一般规定原料含水率在25%以下,一旦原料含水率大于30%就不能加工出合格的产品,甚至有造成堵机停机的危险。

为了解决这个问题,中国专利文献CN201010581862-北京化工大学的“可实现脱水、干燥、膨化工艺的双螺杆脱水设备”,提出了将挤压过滤机即压滤机与现有的双螺杆挤出机串联合并为一台整机、共用一台主驱动电机的技术方案。该方案未能解决挤压过滤机的渗滤液排放问题,并且随着机内压滤区段中的滤饼逐渐严密、滤饼阻尼就逐渐增大、滤液速度就逐渐放缓。因滤饼阻尼增大使得主电机消耗功率增加,因滤液速度减缓使得压滤加工时间增加。为在进入膨化区段之前,要使原料含水率小于30%,就要放长压滤区段,结果造成设备体积增加。

餐厨垃圾是城市垃圾的重要组成部分,也是食物垃圾中最主要的一种。居民区、餐饮服务行业及各种企事业单位食堂是产生餐厨垃圾的主要场所,也是产生餐厨泔水的源头。餐厨垃圾的成分复杂,是油、水、果皮、蔬菜、米面,鱼、肉、骨头以及废餐具、塑料、纸巾等多种物质的混合物。一般在食品加工过程中产生的食物残余或加工下脚料称为“厨余”,而在饮食消费后的食物残余或食用残余称为“泔脚”,二者通称为泔水,又称为餐厨泔水。从餐厨垃圾中去除其它混杂物的食物残余和食用残余也称为餐厨泔水。

据统计,目前我国有酒店、餐馆超过350万家,每天产生的餐厨垃圾数量高达20000 吨。由于餐厨泔水产生量大,细菌、酵母菌等活菌含量非常高,极易变质腐败,孳生和招引蚊子、苍蝇、老鼠、蟑螂等害虫,污染环境。如果不及时处理或者处置不当,就会对人们的生活、健康和环境造成安全隐患。例如:直接将餐厨泔水作为生猪的饲料、非法收集利用泔水油和地沟油等。

目前,国内外餐厨泔水收集方式一般有两种,一是直接回收,亦即集中处置;二是源头脱水减量化处理后再回收,亦即源头处置。

国外,在集中处置方面,从技术上讲,餐厨泔水处置主要有“消灭型”和“堆肥型”。原理都是依靠微生物菌种在高温状态下的发酵作用进行生化处理。消灭型技术将大部分餐厨泔水变成了二氧化碳和水汽挥发掉,“堆肥型”技术则将大部分餐厨泔水变成了有机肥料和饲料进行资源化利用。也有将餐厨泔水经过水煮灭菌和干燥切片后作为饲料进行资源利用,例如瑞典。就处理工艺方法来看,发达国家已经在传统“灭菌后做饲料”的基础上,推出了不少新方法。美国、韩国等都采用规模化集中处置方式。他们将餐厨垃圾集中收集、运输,然后进行液固分离,液体部分进污水处理设施,固体部分则通过生化处理后进行深加工。但他们都存在资源化程度不高、处理时间较长、容易形成二次污染的缺点,难以在我国广泛推广应用。

在源头处置方面,欧洲国家多数采用机械打碎这种方法,每个厨房下水的地方都装有一个高速机械粉碎机,每天的餐厨泔水经粉碎后直接排入下水道,下水道直接和污水处理厂。日本松下电子工业公司于1993年研制出MS-N40和MS-N31两种厨房垃圾处理机,3~4h 处理0.7kg垃圾,机器内置臭氧除臭器,用以除去垃圾的多种气味。日本精工公司2000年5 月成功地开发出使用磁控管的食物垃圾处理装置。这种装置最大的特点是能将食物垃圾的水分蒸发掉,经干燥后磨碎。这种装置由于采用微波处理,可同时杀灭垃圾中的细菌并防止产生有害气体,体积如同复印机大小,可放置在室内,底面有轮子可随意移动。但是,因为处理量小,适用于市区饮食店和小型超市。

国内,在集中处置方面,主要有饲料化、堆肥、厌氧发酵等三种方法。例如,中国专利文献CN101524700B“一种餐厨垃圾处理工艺方法及处理设备”,其工艺方法是:餐厨垃圾经破袋、磁分选、筛分粗渣、热水冲洗、液固分离细渣、二次油水分离、水在油水细渣分选装置中回收。例如,中国专利文献CN101844940A“有机生活餐厨垃圾处理方法及处理设备”,其处理设备包括脱水平台、粉碎机、废液净化槽、发酵机;采用菌类微生物,除臭、发酵、分解得生物有机初级肥料。中国的餐厨垃圾的特点具体表现为:1.含水率高,水分占到餐厨垃圾总重量的80~90%之多,这对餐厨垃圾的收集和运输都带来了难题。2.有机物含量高,在常温条件下,很容易腐烂变质,产生臭味,对收集地点附近居住的居民健康来说是一个威胁。所以,从收集角度看,实施餐厨泔水处理的关键在于泔水产生的初始亦即源头就进行分类放置,这也是餐厨泔水真正得以处理的重要前提。

在源头处置方面,目前国内采用的有生物降解、高温发酵、脱水烘干等工艺方法的处理设备。例如,中国专利文献CN102205337A“餐厨垃圾处理一体化设备及其工艺”,由粉碎设备、高温发酵设备、废水处理设备四部分组成,处理量20kg/h,发酵时间5~8小时。例如,中国专利文献CN10215687A“一种零排放的餐厨垃圾处理装置”,该装置在机架上安装有脱水装置、烘干装置、蒸发装置及送料包装装置,将餐厨垃圾脱水后,进行残渣烘干、废水蒸发。这些设备的餐饮泔水处理过程为限量分批进行、每批等候处理的时间长,对于单位食堂、酒店宾馆等餐饮泔水产生的速度快、数量多、需要及时处理就有困难。

特别是,在泔水处理的现有技术中,采用挤压机网筛滤液会产生大量的含有固体物质及其微颗粒和悬浮颗粒等高浓度含量的混浊油水渗沥液。尤其进一步对混浊油水渗沥液,采用离心机液固分离或油水分离,还受到离心机液固分离或油水分离的机制所限,即在工作原液中固体物质微颗粒和悬浮颗粒含量的浓度≤5%的有效工作机制所限。为保证其工作原液中浓度≤5%有效工作机制,就需要预先掺入一定量的清水或自来水进行稀释。通常,用挤压机网筛滤液产生的混浊油水渗沥液,其固体物质含量的浓度≥35%,因此要满足浓度≤5%的有效工作机制,就要消耗5倍以上大量的清洁水源。而且,混浊油水渗沥液或工作原液中固体物质含量的浓度越高,采用离心机分离机制所需消耗的清洁水量就越多。此外,在离心机自动排渣过程中,需要用清水高压射流排出渣料,结果又造成浓度更高的浆液。并且,为了达到离心分离的最终效果,随着两级离心分离或三级离心分离等多级次离心分离的次数增加,不但会消耗更多的清洁水源,而且还会产出更多的废水。可见,在泔水处理的现有技术中,采用挤压机网筛滤液即压滤机和离心分离机进行液固分离或油水分离等应用,已显现出诸多的局限和问题。

在国内,目前对泔水处理或处置的现有技术和方法,无论是饲料化、堆肥、厌氧发酵等方法,还是生物降解、高温发酵、脱水烘干、微生物发酵等方法,都存在因其工序产生渗沥液而面临着如何处置的棘手问题。如果直接排放,不但会污染土壤、河道和城市下水道,还会污染人们赖以生存的水源。所以,在泔水处理中,如何处理和处置其渗沥液,是一个亟待解决的大问题。



技术实现要素:

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足,提供一种工艺简单、操作方便和使用安全的具有能连续、快速地进行真空闪蒸液固分离泔水处理设备。

本实用新型的目的通过下述技术方案予以实现:

本实用新型为一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备。该设备由平行啮合型异径螺杆机1、均质粉碎机2、定量喂料机3、电气控制装置4、水汽冷凝机5和真空抽气泵6等组成。所述平行啮合型异径螺杆机1,是由主驱动机10连接的相互平行啮合的两根异径螺杆,即第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,沿轴线向前方向上螺纹外径同步变大、同步变小且由小变大为突变、由大变小为渐变过渡,插入并穿过按照工序顺序排列的工区,即进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区18,这些工区是由其8字孔401孔径与第一异径螺杆20和第二异径螺杆30的螺纹外径相对应的可加热保温的多个机筒40组成,其中过渡区 17的螺纹即右旋螺纹207和左旋螺纹307为锥形螺旋结构,其外径由大变小为螺旋渐变递减、其底径则为螺旋渐变递增,二者的螺旋锥度相等、方向相反。

所述的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30为反向螺纹,其位于各个工区的螺纹外径和螺槽深度以及螺旋方向为:

①螺纹外径和螺旋方向

进料区11右旋螺纹201外径Djy=进料区11左旋螺纹301外径Djz;

沸点区13右旋螺纹203外径Dfy=沸点区13左旋螺纹303外径Dfz≥进料区右旋螺纹201外径Djy且≯进料区右旋螺纹201外径Djy的1.5倍;

真空区15右旋螺纹205外径Dvy=真空区15左旋螺纹305外径Dvz≥进料区11右旋螺纹201外径Djy的1.25倍且≯进料区11右旋螺纹201外径Djy的3倍;

过渡区17右旋螺纹207外径Dgy=过渡区17左旋螺纹307外径Dgz,当后续仍为沸点区13和真空区15的重复组合,则过渡区17右旋螺纹7的螺纹外径Dgy大小有一个从真空区15右旋螺纹205外径Dvy向沸点区13右旋螺纹203外径Dfy过渡的圆锥形,否则后续为出料区18是从真空区15右旋螺纹205外径Dvy向出料区18右旋螺纹208外径Dcy过渡的圆锥形、或者直接为出料区18右旋螺纹208外径Dcy呈圆柱形;

出料区18右旋螺纹208外径Dcy=出料区左旋螺纹308外径Dcz≥进料区11右旋螺纹201外径Djy且≤真空区15右旋螺纹205外径Dvy;

②螺槽深度

进料区11右旋螺纹201槽深Hjy=进料区11左旋螺纹301槽深Hjz≥3mm且≤10mm;

其余各区的螺槽深度Hx≥Hjy。

③螺纹导程

进料区11右旋螺纹201导程Ljy=[30,80]mm;

沸点区13右旋螺纹203导程Ljy≥进料区11右旋螺纹201导程Ljy且≯进料区右旋螺纹201导程Ljy的2倍;

真空区15右旋螺纹205导程Lzy≥进料区11右旋螺纹201导程Ljy的2倍且≯进料区11右旋螺纹201导程Ljy的4倍;

过渡区17右旋螺纹207导程Lgy=真空区15右旋螺纹205导程Lzy;

出料区18右旋螺纹208导程Lcy=进料区11右旋螺纹201导程Ljy的0.5倍;

第一异径螺杆20位于各个工区的螺纹导程Lxy=第二异径螺杆30位于各个工区的螺纹导程Lxz。

所述的其8字孔401孔径与第一异径螺杆20和第二异径螺杆30的螺纹外径相对应的可加热保温的多个机筒40,其中出料区18的机筒40的出料口19为直排式8字孔401出口。

所述的工序顺序排列的工区即进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区18中,根据需要可以省略过渡区17,真空区15直接后续出料区18,当出料区18右旋螺纹208外径=出料区18左旋螺纹308外径且≥进料区11右旋螺纹201外径并<真空区15右旋螺纹205外径,相对应的出料区18的机筒40的8字孔401邻接真空区15一侧的端部有过渡的倒角。

所述的按照工序顺序排列的工区,即进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区18之间有隔热层。

所述的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,可以是同向螺纹,即其螺旋方向同为右旋的螺纹或同为左旋的螺纹。

所述的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,它们可以是整体型异径螺杆,也可以是组合型异径螺杆,即由外花键芯轴和内花键螺纹元件组合而成的异径螺杆。

附图说明

图1是本实用新型的一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备实施例的设备系统结构示意图。其中,带箭头实线为物料流向示意,无箭头实线为电控连线,实线方框为系统组成部件,虚线方框为系统可选部件。

图1标号说明:

1、平行啮合型异径螺杆机;2、均质粉碎机;21、浆料仓;

3、定量喂料机;31、料斗4、电气控制装置;

5、水汽冷凝机;6、真空抽气泵。

图2是本实用新型一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备实施例的平行啮合型异径螺杆机结构示意图。

图2标号说明:

1、平行啮合型异径螺杆机;10、主驱动机;

11、进料区;12、进料口;

13、沸点区;14、料温口;

15、真空区;16、抽气口;

17、过渡区;18、出料区;

19、出料口;50、料温压力变送器;

20、第一异径螺杆;30、第二异径螺杆。

图3是本实用新型一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备实施例的平行啮合型异径螺杆结构示意图。

图3标号说明:

20、第一异径螺杆;30、第二异径螺杆;

201、进料区11右旋螺纹;301、进料区11左旋螺纹;

203、沸点区13右旋螺纹;303、沸点区13左旋螺纹;

205、真空区15右旋螺纹;305、真空区15左旋螺纹;

207、过渡区17右旋螺纹;307、过渡区17左旋螺纹;

208、出料区18右旋螺纹;308、出料区18左旋螺纹。

图4是本实用新型一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备实施例的平行啮合型异径螺杆螺纹外径锥形过渡段结构示意图。

图4标号说明:

207、过渡区17右旋螺纹外径锥形过渡段,为组合式螺纹元件例剖面图;

208、出料区18右旋螺纹;

307、过渡区17左旋螺纹外径锥形过渡段,为组合式螺纹元件例剖面图;

308、出料区18左旋螺纹。

图5a-图5d是本实用新型一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备实施例的机筒结构示意图。图5a为机筒40的立体视图,图5b为图5a立体视图的左侧视图,图5c为图5a 立体视图的俯视剖面图,图5d为图5a立体视图的右侧视剖面图。

图5a-图5d标号说明:

40、机筒;401、8字孔;

41、带圆柱形8字孔机筒40剖面;42、带圆锥形8字孔机筒40剖面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述:

图1至图5d所示的,是本发明一种真空闪蒸液固分离泔水处理设备实施例的设备结构示意图。它包括以下装置:平行啮合型异径螺杆机1、均质粉碎机2、定量喂料机3、电气控制装置4、水汽冷凝机5、真空抽气泵6。物流输送如图中带箭头实线所示:均质粉碎机2 浆料仓21的出料口与定量喂料机3料斗31的进料口联接,定量喂料机3的出料口与平行啮合型异径螺杆机1的进料口12联接,平行啮合型异径螺杆机1的抽气口16与水汽冷凝机5 的进气口联接,水汽冷凝机5的出气口与真空抽气泵6的进气口联接,二者之间均以管道联接;平行啮合型异径螺杆机1的料温口14内插有料温压力变送器50,料温压力变送器50的信号输出线与电气控制装置4联接,电气控制装置4内装有各种温度控制仪、变频器、PLC 可编程工业程序控制器和继电器及接触器等等电器元件,其电气控制线分别与平行啮合型异径螺杆机1、均质粉碎机2、定量喂料机3、电气控制装置4、水汽冷凝机5、真空抽气泵6 的电气接口联接。

所述平行啮合型异径螺杆机1,是由主驱动机10连接的相互平行啮合的、沿轴线向前方向上螺纹外径同步变大、同步变小且由小变大为突变、由大变小为渐变过渡的异径螺杆相互平行啮合的两根异径螺杆,即第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,沿轴线向前方向上螺纹外径同步变大、同步变小且由小变大为突变、由大变小为渐变过渡,插入并穿过按照工序顺序排列的工区,即进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区18,这些工区是由其8字孔401孔径与第一异径螺杆20和第二异径螺杆30的螺纹外径相对应的可加热保温的多个机筒40组成,其中过渡区17的螺纹即右旋螺纹207和左旋螺纹307为锥形螺旋结构,其外径由大变小为螺旋渐变递减、其底径则为螺旋渐变递增,二者的螺旋锥度相等、方向相反。

所述的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30为反向螺纹,其位于各个工区的螺纹参数取值范围为:

①螺纹外径和螺旋方向

进料区11右旋螺纹201外径Djy=进料区11左旋螺纹301外径Djz;

沸点区13右旋螺纹203外径Dfy=沸点区13左旋螺纹303外径Dfz≥进料区右旋螺纹201外径Djy且≯进料区右旋螺纹201外径Djy的1.5倍;

真空区15右旋螺纹205外径Dvy=真空区15左旋螺纹305外径Dvz≥进料区11右旋螺纹201外径Djy的1.25倍且≯进料区11右旋螺纹201外径Djy的3倍;

过渡区17右旋螺纹207外径Dgy=过渡区17左旋螺纹307外径Dgz,当后续仍为沸点区13和真空区15的重复组合,则过渡区17右旋螺纹7的螺纹外径Dgy大小有一个从真空区15右旋螺纹205外径Dvy向沸点区13右旋螺纹203外径Dfy过渡的圆锥形,否则后续为出料区18是从真空区15右旋螺纹205外径Dvy向出料区18右旋螺纹208外径Dcy过渡的圆锥形、或者直接为出料区18右旋螺纹208外径Dcy呈圆柱形;

出料区18右旋螺纹208外径Dcy=出料区左旋螺纹208外径Dcz≥进料区11右旋螺纹201外径Djy且≤真空区15右旋螺纹205外径Dvy;

②螺槽深度

进料区11右旋螺纹201槽深Hjy=进料区11左旋螺纹301槽深Hjz≥3mm且≤10mm;

其余各区的螺槽深度Hx≥Hjy。

③螺纹导程

进料区11右旋螺纹201导程Ljy=[30,80]mm;

沸点区13右旋螺纹203导程Ljy≥进料区11右旋螺纹201导程Ljy且≯进料区右旋螺纹201导程Ljy的2倍;

真空区15右旋螺纹205导程Lzy≥进料区11右旋螺纹201导程Ljy的2倍且≯进料区11右旋螺纹201导程Ljy的4倍;

过渡区17右旋螺纹207导程Lgy=真空区15右旋螺纹205导程Lzy;

出料区18右旋螺纹208导程Lcy=进料区11右旋螺纹201导程Ljy的0.5倍;

第一异径螺杆20位于各个工区的螺纹导程Lxy=第二异径螺杆30位于各个工区的螺纹导程Lxz。

所述的其8字孔401孔径与第一异径螺杆20和第二异径螺杆30的螺纹外径相对应的可加热保温的多个机筒40,其中出料区18的机筒40的出料口19为直排式8字孔401出口。

所述的工序顺序排列的工区即进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区18中,根据需要可以省略过渡区17,真空区15直接后续出料区18,当出料区18右旋螺纹208外径=出料区18左旋螺纹308外径且≥进料区11右旋螺纹201外径并<真空区15右旋螺纹205外径,相对应的出料区18的机筒40的8字孔401邻接真空区15一侧的端部有过渡的倒角。

所述的按照工序顺序排列的工区,即进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区18之间有隔热层。

所述的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,可以是同向螺纹,即其螺旋方向同为右旋的螺纹或同为左旋的螺纹。

所述的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,可以是整体型异径螺杆,也可以是组合型异径螺杆,即由外花键芯轴和内花键螺纹元件组合而成的异径螺杆。

参考图1至图5d,其工作原理和操作程序如下:

(准备工作)

先将单位食堂或酒店宾馆的餐厅或厨房产生的餐厨泔水收集到泔水桶内准备处理。在收集中,应及时去除其中的杂物如塑料、餐巾纸、餐具碎片、饮料罐瓶盒、酒瓶玻璃、金属汤勺等杂物,再收集到泔水桶内。然后,将泔水桶运往均质粉碎机2进行处理。

(原料粉碎均质)

按照工艺参数的计算方法及计算公式选择均质粒度d≤Hjy。所以,餐厅食堂应根据泔水的日产量,选择相应规格的连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备。不同规格设备的Hjy 配有相应规格的均质粉碎机2。含水率70-90%的泔水原料,在重力惯性的作用下,流入到均质粉碎机2的粉碎腔内,被高速旋转运行的轮刀和刀锤带动着快速切割、锤击和搅拌,粉碎成均匀的粒径d≤Hjy的含水率70-90%的泔水混合浆料——一种水溶性浆料,以下简称:浆料。这些浆料,从轮刀的间隙中流落并送入到均质粉碎机2的浆料仓21。再由均质粉碎机2 的浆料仓21送入定量喂料机3的料斗31中。

当含水率70-90%的泔水原料的粒径d≤Hjy,或者一些类似的水溶性混合物料的粒径d≤Hjy,也可以不需要送入均质粉碎机2,省略进行原料粉碎均质的工艺步骤,直接送入定量喂料机3的料斗31中。

(设置给定工艺参数)

按照工艺参数的计算方法及计算公式选择分离沸点温度Fw,亦即选择需要从水溶性液固混合物中分离的一种或多种液体中最高沸点温度为分离沸点温度Fw。对于含有多种液体 (如水、酒、食醋、食油及其它动植物油脂等)和多样材质的餐厨废弃的液固混合物即泔水浆料,作为本发明连续真空闪蒸液固分离设备及其泔水处理方法的实施例,对泔水处理的目标是将泔水再生能源——生物质颗粒燃料,故以燃料的热值为质量指标,而将液体食油及其它动植物油脂给予保留不作分离,可以增加泔水再生燃料的热值。所以,选择并确定泔水浆料中的液体水的沸点温度为分离沸点温度Fw。

根据泔水浆料的实际含水率70%至90%或90%以上,参照工艺参数的计算方法及计算公式可得以下各项工艺参数:

分离沸点温度Fw=100℃;

进料区11加热温度Tj=65+Δj×Fw,即60℃至70℃,其中Δj为沸点系数,取值范围:[-0.05,0.05];

沸点区13加热温度Tf=Fw+Δb,即130℃至180℃,其中Δb为补偿温差,取值范围:30℃至80℃;

沸点区13内部料温压力检测温度Lt=Tf+Δt,即125℃至185℃,其中Δt为温控波动,取值范围:±5℃;

真空区15加热温度Tz=Tf,即130℃至180℃;

过渡区17加热温度Tg=Fw,即100℃;

出料区18加热温度Tc=Fw,即100℃。

再根据连续真空闪蒸液固分离设备的额定处理量Q,参照公式计算出:平行啮合型异径螺杆的工作转速Y=(Q÷X)÷60,平行啮合型异径螺杆的工作转速自纠修正量Yr=Δy×Y,修正系数Δy=[0.01,0.1];喂料定量Z=X×Y÷60,喂料定量自纠修正量Zr=Δz×Z,修正系数Δz=[0.01,0.1];其中,X为进料区11右旋螺纹201每转最大送料量、量纲:kg/转。

上述各项确切的数值可以根据泔水浆料的实际含水率70%至90%或90%以上和连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备的额定处理量Q等,酌情确定。并将这些参数逐一输入到电气控制装置4上相应的控温仪或PLC可编程工业程序控制器后,按下启动按钮。连续真空闪蒸液固分离设备进入工作程序的运行状态。平行啮合型异径螺杆机1的进料区11、沸点区13、真空区 15、过渡区17、出料区18开始加热升温。

(连续真空闪蒸液固分离)

当平行啮合型异径螺杆机1的进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区 18加热升温到达各项设置确定的温度后,即进入保温控制。并且,电气控制装置4即按照下述顺序启动:1.启动真空抽气泵6运行;2.启动水汽冷凝机5运行;3.启动主驱动机10运行,以设定的工作转速Y,带动第一异径螺杆20和第二异径螺杆30作反向旋转(作为异向螺纹,二者也可以互换位置作相向旋转);4.启动定量喂料机3运行,以设定的喂料定量Z,向进料口12 喂料。

浆料以喂料定量Z,缓缓不断地沿着进料口12,被送入机筒40的8字孔401内平行啮合的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30的螺槽里。第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,因主驱动机10的带动,以设定的工作转速Y,作平行啮合的反向旋转运行。螺槽里的浆料,在机筒 40的8字孔401内,受到平行啮合的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30的反向旋转的搅动。并且,在平行啮合型异径螺杆机1的进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区18内,各工区的平行啮合的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30的螺纹导程是一致的。因此,螺槽里的浆料,在各工区的机筒40的8字孔401内,呈8字形螺旋状沿着轴线方向朝前匀速移动,顺序进入进料区11、沸点区13、真空区15、过渡区17、出料区18内。同时,螺槽里的浆料,又受到各工区的机筒40的8字孔401孔壁上即加热界面的传导热量,被均匀加热迅速升温。这些传导热量,来自前述各项工艺参数即各工区设定加热温度的控制。

在进料区11,机筒40的8字孔401孔壁上的加热温度Tj=65℃+Δj×Fw,即60℃至70 ℃,其中Δj为沸点系数,取值范围:[-0.05,0.05]。这个加热温度Tj≥60℃且≤70℃,是对螺槽里的浆料进行预热,从室温加热到温度Tj,但不沸腾。主要有三个作用:1.确保螺槽里的浆料在进料口12处不冒料,方便连续进料;2.减小螺槽里的浆料的径向温差,促使料温预热均匀;3.为螺槽里的浆料后续进入沸点区13(沸点区13加热温度Tf=Fw+Δb,即130℃至180 ℃,其中Δb为补偿温差,取值范围:30℃至80℃)缓解加热界面的传导热量的冲击,同时减少沸点温升,即从Tj升温到Fw=100℃。

在沸点区13,机筒40内8字孔401孔壁上的加热温度Tf=Fw+Δb,即130℃至180℃,其中Δb为补偿温差,取值范围:30℃至80℃。进入沸点区13的螺槽里的浆料,由于预热了料温,缓解了传导热量的冲击,使加热界面的浆料保持一定的滋润而不煳料。同时,预热料温又减少了达到沸点的温升,即从Tj升温到Fw=100℃,从而迅速达到沸腾状态。在工程中,气体可以压缩,而液体不可压缩,所以在沸点区13的螺杆螺纹外径和导程的结构为:沸点区13 右旋螺纹203外径Dfy=沸点区13左旋螺纹303外径Dfz≥进料区右旋螺纹201外径Djy且≯进料区右旋螺纹201外径Djy的1.5倍,以及沸点区13右旋螺纹203导程Ljy≥进料区11右旋螺纹201 导程Ljy且≯进料区右旋螺纹201导程Ljy的2倍。它们的具体数值,可由待处浆料即待处泔水浆料的含水率70%至90%或90%以上和每小时处理量Q以及沸点区13的加热温度Tf等三个因素的插值确定。在沸点区13的螺槽里的浆料,受到沸点区13的机筒40的8字孔401孔壁上的加热界面的传导热量,达到沸点温度Fw即呈沸腾状态,浆料中的固体物质受热膨胀,而浆料中的液体则沸腾,迅速气化为蒸汽气体。由于沸点区13的右旋螺纹203外径Dfy和左旋螺纹303的外径 Dfz以及导程Ljy和导程Ljz等对螺槽的空间限制。这里,螺槽的空间限制:是指平行啮合的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,在轴线方向的中心距保持不变,其螺纹的底径与外径成反比,亦即螺槽深度与螺纹外径成正比。而且,各工区的螺杆螺纹的外径与机筒40内8字孔401 孔径的间隙,一般均小于0.2mm,间隙很小;物料一旦充满,即形成封闭。在这种限制下,螺槽里的浆料在近似封闭的空间里沸腾,从浆料中蒸发的蒸汽气体被压缩成饱和蒸汽,形成了一定的饱和蒸汽压。根据物理学气体分子运动论的查理定律指出:一定量的气体,在体积保持不变时,它的压力与热力学温度成正比。所以,此时在沸点区13的机筒40的8字孔401内的螺槽里的浆料,其料温要大于分离沸点温度Fw=100℃。因此,在沸点区13的料温口14内插有料温压力变送器50,料温压力变送器50的信号输出线与电气控制装置4联接,用于监控沸点区13内的螺槽里浆料内部的料温,确保质量控制和运行稳定。设置了沸点区13内部料温压力检测温度Lt=Tf+Δt,即125℃至185℃,其中Δt为温控波动,取值范围:±5℃。同样,其具体数值,可由待处水溶性浆料即待处泔水浆料的含水率70%至90%或90%以上和每小时处理量Q 以及沸点区13的加热温度Tf等三个因素的插值确定。

由于实际生产中,每个批次之间的水溶性浆料的含水率可能会有的一些波动,在设备连续进料处理的运行中,这些波动会影响沸点区13内的螺槽里浆料内部料温的稳定。所以,设置了沸点区13内部料温压力检测温度Lt=Tf+Δt,即125℃至185℃,其中Δt为温控波动,取值范围:±5℃。同时,还加载了两个自纠修正量,即:平行啮合型异径螺杆的工作转速自纠修正量Yr=Δy×Y,修正系数Δy=[0.01,0.1];喂料定量自纠修正量Zr=Δz×Z,修正系数Δz=[0.01,0.1]。并且,通过一个“保持沸点料温”的自纠修正的动态平衡程序,由PLC 可编程工业程序控制器来完成,对沸点区13内的螺槽里连续运行的浆料内部料温的稳定。在沸点区13,设定了加热温度Tf:对于料温压力检测温度Lt建立一个温度动态平衡范围,Lt+2 ℃→T2为上限温控点,Lt-2℃→T1为下限温控点。这个±2℃是对热量传导惯性的一个测控限制。如果料内的温压实测温度T0≤T1,说明螺槽里浆料受热时间不足或者喂料定量偏多,所以就执行R1-Yr→R1、或者R2-Zr→R2,即主驱动器10减速Yr以增加受热时间、或者定量喂料机3减量Zr以降低浆料热容量。然后,返回继续检测。二者可单一执行,也可共同执行。式中的R1和R2,分别是PLC可编程工业程序控制器内,设置的主驱动器10的转速控制寄存器和定量喂料机3的定量控制寄存器。如果料内的温压实测温度T0≥T2,说明螺槽里浆料受热时间过长或者喂料定量偏少,所以就执行R1+Yr→R1、或者R2+Zr→R2,即主驱动器10增速Yr以缩短受热时间、或者定量喂料机3加量Zr以加大浆料热容量。然后,返回继续检测。同样,二者可单一执行,也可共同执行。当料内的温压实测温度T0在(T1,T2)区间内,说明螺槽里浆料在“保持沸点料温”稳定的动态平衡范围里,此时因为是连续处理加工,如果设备没有“中断请求”就继续返回检测,否则一旦设备有“中断请求”就立刻停机。这里“中断请求”,包括设备故障停机、人工暂停和运行结束。

在沸点区13,螺槽里的水溶性浆料在近似封闭的空间里沸腾,从浆料中蒸发的蒸汽气体被压缩成饱和蒸汽,形成了一定的饱和蒸汽压。因此,在沸点区13机筒40内的螺槽里的浆料的平均压力高于外部大气压力。此时,在真空区15加热温度Tz=Tf,即130℃至180 ℃。而且,真空区15右旋螺纹205外径Dvy=真空区15左旋螺纹305外径Dvz≥进料区11右旋螺纹201外径Djy的1.25倍且≯进料区11右旋螺纹201外径Djy的3倍;真空区15右旋螺纹205导程Lzy≥进料区11右旋螺纹201导程Ljy的2倍且≯进料区11右旋螺纹201导程Ljy的4倍;即从沸点区13到真空区15,真空区15的螺杆的螺纹外径和导程为突变增大,螺槽空间突变增大,轴向推进突变增速。一旦螺槽里的浆料进入到真空区15,其积蓄的热量和压力突然获得充分释放,原有的饱和蒸汽即刻蒸发,因此发生闪蒸。同时,原有的固体物质因内在压力突然被释放,体积发生膨胀。此时,如前所述,真空抽气泵6和水汽冷凝机5 早已开启。而且,真空抽气泵6的抽气速度大于闪蒸产生的蒸汽气体量。所以,螺槽里的浆料连续蒸发的水蒸气,从抽气口16被不断地迅速抽除。蒸汽经水汽冷凝机5凝露成液体回收,其余的气体从真空抽气泵6排出。因重力沉积在螺槽下方的膨胀的干燥固体物质,被旋转的平行啮合的异径双螺杆即第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,迅速推进过渡区17,并经出料区18的出料口19排出平行啮合型异径螺杆机1。由于出料区18的平行异径双螺杆的螺纹啮合挤压的作用,排出的物料是干燥的固体颗粒物体。

一开始,当泔水浆料从进入口12进入到进料区11和沸点区13,还未到达真空区 15,或者到达真空区15闪蒸后的干料还未进入到过渡区17和出料区18,还未将出料区18 的螺杆螺槽即出料区18右旋螺纹208和左旋螺纹308的螺槽填充严密,则外部空气会从出料口19沿着出料区18和过渡区17的机筒40的8字孔与对应的螺杆螺纹的间隙渗入到真空区 15,所以致使真空区15还未形成真正的真空状态,尽管真空抽气泵在主驱动机10启动前就开始抽气运行。

直到在真空区15闪蒸后,沉积的膨胀的固体干料被推进过渡区17和出料区18。由于出料区18右旋螺纹208外径Dcy=出料区左旋螺纹308外径Dcz≥进料区11右旋螺纹201 外径Djy且≤真空区15右旋螺纹205外径Dvy;出料区18右旋螺纹208导程Lcy=进料区11 右旋螺纹201导程Ljy的0.5倍。所以,相对于真空区15,对应出料区18的螺槽空间突然缩小,轴向推进的速度减缓,沉积的膨胀的固体干料在出料区18的螺槽中逐渐产生堆积。而且,很快的被堆积填满,在出料区18的平行异径双螺杆的螺纹啮合挤压的作用下,形成一段固定位置密实的木塞效应,隔断了出料口19的外部空气的渗入。加之,真空抽气泵6持续不停的抽气运行,抽气量大于闪蒸的蒸汽量,直到其真空表设定的真空度并保持该真空度为止。由此,在真空区15的真空状态中,保持着连续真空闪蒸运行。然后,从抽气口16抽出的蒸汽气体,经水汽冷凝机5的蒸汽凝露液体回收工序分离出所需的液体,干燥物料经出料区18 的螺杆的螺纹啮合挤压成干燥的固体颗粒物体从出料口19排出。

本实用新型的一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备,至此,对于含水率为70%至90%或90%以上的水溶性物料的液固分离,例如泔水处理的具体实施例,即完整的实现了连续真空闪蒸液固分离。

与本领域的现有技术相比,对于含水率为70%至90%或90%以上的水溶性物料的液固分离,例如泔水处理,本实用新型的一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备,具有如下突出优点和有益效果:

1.连续真空,大大提高了生产效率。本实用新型的一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备,从物料进料开始,一直到物料的真空闪蒸及液固分离后,蒸汽凝露液体回收、干燥固体颗粒回收,全程封闭性连续加工,整个加工过程一气呵成,快速而无泄露,实现了加工场所的清洁生产和环境卫生、减轻了加工人员的劳动强度,尤其是连续真空加工,缩短了加工时间,大大提高了生产效率。

2.真空闪蒸,大大节约了生产用电。实验表明,在地表大气环境中即一个大气压的环境里,加热一定量的液态水完全蒸发所需耗电量,是加热该一定量的液态水至沸点温度所需电量的6倍。与常规干燥例如常压干燥烘箱相比,本实用新型的一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备,仅真空闪蒸液固分离这一项就可节约用电30%以上。

3.闪蒸分离,一次彻底分离干净。闪蒸分离的过程,不但液固分离得快,而且液固分离得彻底。闪蒸后的蒸汽经凝露后收集的液体没有固体杂质,而闪蒸后排出的干燥固体颗粒含水率≤5%。

尤其是采用本实用新型的一种连续真空闪蒸液固分离泔水处理设备,分离出的干燥的生物质固体颗粒不仅含水率≤5%,还含有一定量的动植物油脂。经测试,它的热值为6580 kcar/kg,接近于标准煤的热值7000kcar/kg,达到优质生物质固体颗粒燃料的标准,可作为一种新型再生能源即泔水再生燃料。而且,分离出的液体或气体无毒无臭。整个生产处理过程既无污水排放,又无二次污染。

整套设备为机电一体化设计。在设备运行中,对于各工艺参数的设定和工艺流程的控制,以及各装置的例如喂料与送料监控、加热与温度的监控、料温与压力的监控、真空与冷凝的监控、工艺检测与数据显示、设备的故障保护和故障报警等等,进行电气自动化控制以及PLC可编程工业程序控制器控制或者计算机控制。因此,确保连续真空闪蒸液固分离设备运行的安全可靠,确保对含水率70%至90%或90%以上的水溶性物料,例如对泔水处理或者泔水再生燃料,采用连续真空闪蒸处理进行液固分离或进行干燥的产品质量。特别适合新型再生能源和资源循环利用。对泔水处理,尤其适用于餐厨泔水源头如学校、企事业单位、部队营房、酒店宾馆等餐厅厨房快速处理餐厨泔水,也适用于如蔬菜集贸市场、屠宰场、肉联厂、食品加工厂等场所快速处理餐厨泔水,具有良好的社会效益和经济效益。

此外,本实用新型的其他实施例的设备结构和工艺步骤,还包括上述实施例中所述的第一异径螺杆20和第二异径螺杆30,还可以是相互平行啮合的、沿轴线向前方向上螺纹外径同步变大、同步变小且由小变大和由大变小均为突变的平行啮合型突变异径螺杆,还可以是相互平行啮合的、沿轴线向前方向上螺纹外径同步变大、同步变小且由小变大和由大变小均为渐变过渡的平行啮合型渐变异径螺杆的实施例的设备结构;还包括上述实施例中所述的平行啮合型异径螺杆机1,还可以是三根平行啮合型异径的螺杆组成、四根平行啮合型异径的螺杆组成,其相互平行啮合方式可以是一字形并排平行啮合,还可以是三角形平行啮合、矩形平行啮合的实施例的设备结构;还包括上述实施例中所述的工艺步骤等处理方法、还适用于污泥处理、粪便处理、以及其它含水率70%至90%及90%以上的水溶性物料处理等的实施例,都构成了本实用新型的其他实施方式。

显然,本实用新型的上述实施例,仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些由本实用新型的构思所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

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