使用密封式离心机和惰性气体覆盖方法防止氧化

传统上，固体和液体通过过滤方法或压滤设备分离。虽然这些方法是有效的，但现代的自动化分离技术是一种能够替代传统方法的更快、更高效的优秀分离方案。许多产品容易发生氧化。为了保护产品的质量、保质期和有效性，必须消除或至少最大限度地减少分离系统内空气的氧气浓度。

采用惰性气体覆盖的密封型离心机分离系统可以避免暴露在氧气中，确保安全有效地运行。使用惰性气体覆盖的密封式离心机的应用领域包括：

• 食用油和脂肪（例如橄榄油、籽油、动物脂肪）
• 水果和蔬菜汁
• 啤酒澄清
• 植物和藻类提取物
• 制药

本白皮书介绍了技术性密封的卧螺离心机如何在惰性气体覆盖下提高易氧化材料的脱水及分离过程的效率和安全性。

惰性气体覆盖的离心机可用于加工果汁和蔬菜汁以及其他许多应用。

离心机如何密封？

1. 超压。此方法只能用于设计为可支持超压的设备。向密封式设备中不断充入和释放高压惰性气体，由此去除设备内部的空气。此步骤一直重复，直到设备内部测得的氧气浓度达到所需的水平。然后当设备运行时，内部压力保持在高于大气压的差压（但此工作压力仍远低于惰化期间使用的差压）。
2. 真空。将设备抽真空，去除设备内部的所有空气， 然后充入惰性气体填补真空。视具体设备而定，此过程必须重复一次或两次。这种方法要求设备能够保持真空。

3. 连续流惰化：此方法适用于不是设计为可支持超压或真空的设备、机器、容器和装置。其工作原理是将惰性气体通过封闭式系统中的一个点充入设备，同时在远离充气点的另一个点释放惰性气体。预惰化和覆盖过程通常会在设备正常运行期间以较高流速完成。

    

本文讨论的离心机系统采用第三种方法，即连续流惰化。还应注意，连续流惰化的离心机系统是“技术性密封”，这与气密密封不同。气密密封设备的泄漏公差为零，而技术性密封系统因其设计、功能等原因而无法永久保证其“密封性”。

适合多种应用的设计理念

防氧化基本设计可根据特定的材料和设置定制。离心机内的空气被置换为惰性气体，通常是氮气或二氧化碳。这样形成了密封，防止氧气进入设备，并保持处理材料过程所需的空气环境。

适当的内部空气环境意味着更高的产品质量和安全性

暴露于离心机内的空气所含氧气会导致产品氧化，使产品降解或质量下降。密封式离心机系统的目的是在卧螺离心机系统内达到并保持所需的极限氧浓度 (LOC) 。

通过两个步骤可以建立符合所需空气组成的内部空气：预惰化和惰性气体覆盖。

预惰化步骤在设备启动之前进行。其原理是使用惰性气体（如二氧化碳或氮气）吹扫离心机内部，将氧气排出。为此需将气体充入设备壳体，直到压力超过 0.290 PSI，然后一直持续，直到惰性气体流多次填充离心机的内部容积，或者直到氧传感器显示已达到需要的氧气浓度，或者直到两个条件都满足。这个过程所需的时间因卧螺离心机的尺寸而异，但通常不超过 30 分钟。

惰化后，离心机内部被惰性气体“覆盖”，形成技术性密封。在这一步中，系统处于轻微的超压下。这样可以产生一个与大气之间恒定的压差，从而防止外部大气进入内部。

重要的是，惰性气体供应系统必须配备足够的冗余，以确保在离心机因发生任何故障而停机时能够连续供应气体。

Z4E 卧螺离心机的预惰化流

Z4E 卧螺离心机的覆盖惰化流

惰化和惰性气体覆盖系统的工作原理

使用一个标准数学公式可以计算置换卧螺离心机转筒容积所需的气体量。置换出足够容积并达到安全运行条件后，系统即被视为处于可运行状态（即惰性）。

由多个密封环组成的密封件将离心机内部与外部大气隔离。使用多个密封元件，包括轴封和轴套上的附加密封件，可形成技术性密封。这还能减少惰性气体的使用量，因为这种密封有助于确保整个系统内的损失最小。

惰性气体从密封环之间输入。气体通过狭窄的密封开口输入设备的内部和周围环境中。确保这一点的前提条件是密封面处的压力必须大于卧螺离心机外壳中的压力 (> 0.290 PSI) 和外部大气压力。外壳和气体输入点之间的压差 (0.725–1.45 PSI) 被持续监测和控制。密封处加压，防止氧气进入系统。

氧气监测传感器与 连续流惰化系统

设备内部氧气浓度可通过两种方式管理：氧传感器或者连续流惰化系统。氧传感器可监测离心机壳体内的氧气浓度。使用这类传感器的一个优点是能够持续监测，尤其是当壳体内部与大气的压差小于 0.290 PSI 时。

氧传感器提供关于氧气浓度风险因素的直接信息。相比之下，连续流惰化系统是一种间接方法，依赖于压力传感器设置点。只要保持住密封处/壳体上的超压，环境中的氧气就不会进入系统，氧气浓度也不会低于临界值。通过流量计和压力表可确保这一点。

然而，由于连续流系统需要依赖压力传感器设置点，因此需要较低压差的应用可能更容易误关系统。在这类情况下，氧传感器可以确保更灵敏的危险区域监测。

如果正确计划、安装和维护，这两种方法都可以确保安全运行。然而氧传感器的弱点在于传感器本身需要 PLC 编程、校准、定期更换和维护。总体而言，连续流惰化方法比氧气监测法能提供更好的净正压力。

安全高效的分离解决方案

使用惰性气体形成的密封式或惰化离心机是食品、饮料、制药等各类应用的理想解决方案。

设备调试后，应制定一项泄漏测试计划并定期执行，以确保惰化设备的密封性。常规的维护和测试点包括压力计、流量计和软管。还必须定期检查供给管路是否损坏、堵塞和密封。

离心机效率极高，处理量高于过滤器或压滤机，并且连续运行，而不是像过滤器或压滤机那样批量运行。使用惰化离心机可以分离两相、三相或非常轻量的乳液。许多系统还是全自动运行，减少了操作人员对机器的监控工作。

关于作者

Lee Betkowski 在福乐伟担任生物技术、化工、制药 (BCP) 行业经理 13 年。他之前曾任职于 Krauss Maffei（推料式离心机、卧式刮刀卸料离心机、离心干燥机）、Rosenmund（过滤干燥机）和 De Dietrich（搪玻璃钢设备）。他在生物技术/化工/制药行业拥有近 30 年的丰富经验，主要从事离心机领域的工作。