Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 1

Подождите немного. Документ загружается.

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных

неоднородных

пищевых сред

391

где

- производительность сепаратора по

молоку,

/с; Ж

- максимально дости-

жимая

жирность сливок, % (Ж„ = 90

%);

, Ж

- массовая доля

жира

в исходных и

высокожирных сливках, %,

или

=\6,55r\n

Ztga(Rl

-Rl)[(p„

-р

)/^

где

л - КПД сепаратора

(г)

= 0,5...0,7); и - частота вращения ротора, с"

; Z- количе-

ство тарелок; а -

угол

наклона образующей тарелки, град (а =

45...60°);

боль-

шой

радиус тарелки, м; R

- меньший радиус тарелки, м; р„ - плотность дисперси-

онной

среды

(плазмы),

кг/м

; р

- плотность дисперсионной

фазы

(жира),

кг/м

; р. -

динамическая вязкость дисперсионной среды. Пас; d

- предельный диаметр жиро-

вого

шарика,

м;

сепаратора-молокоочистителя

=2nHR

-R

)(u

Apsinar

/(h +

b)/\i,

где

H - высота тарелки, м; h - расстояние между тарелками по вертикали, м; 5 -

толщина

тарелки, м; со - угловая скорость вращения барабана, рад/с; Ар - разность

плотности

частицы и молока, кг/м

; г - радиус отделяемой частицы, м;

сепаратора с

пульсирующей

выгрузкой осадка

(\-tn),

где

t - время прерывания сепарирования для выгрузки осадка, с (t = 60... 120 с); п -

частота разгрузок, с"

Объем

осадка, удаляемого из сепарируемого устройства, V

(м

) находят по

формуле

xZ8(oR^l-(r-R)

где

R - радиус барабана, м; г - радиус частиц загрязнения, м; 5- толщина тарелок, м.

Размер жировых шариков d

(мм)

(m/

0,04; + 0,5,

где

т - массовая доля

жира

в обезжиренном

молоке,

Давление,

создаваемое напорными дисками сепаратора Р

(Па):

(р/

50000;

-R

где

р - плотность жидкости, выходящей из сепаратора, кг/м

;

- максимальный

радиус диска, м;

- внутренний радиус кольца жидкости, м.

Время

непрерывной работы сепаратора между разгрузками г(ч)

т = 0ДК/Па,

где

а - объемная концентрация взвешенных частиц в сепарируемом продукте, %.

Критическая частота вращения вала со^

(с

-1

т. е. скорость, при которой проис-

ходит

разрушение вала,

со

кр

=[1/(1-

с)Ук/т

392

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

где

К - сила, вызывающая прогиб вала на 1 м, Н/м, для сепаратора с жестко зацеп-

ленным

(без амортизатора) верхним радиальным подшипником;

К=Ш/с

(с

1),

здесь Е -

модуль

упругости материала вала, Н/м

; I - момент инерции сечения вер-

тикального вала, м

; / - расстояние между верхним и нижним подшипником, м; с -

расстояние от верхнего подшипника до центра тяжести, м;

= 0,05с/

здесь d

- диаметр вала, м.

Мощность

электродвигателя привода сепаратора N

{кВт)

определяют по формуле

+N,

\mRlсо

ООО

г)+ (к~П

со

/ 2000g)n

+10 -

со

(l 32,6 / S

0(m

n)t

(S,Rt)p./g

где

—

масса ротора (барабана), кг; R

—

радиус инерции ротора, м; го - угловая ско-

рость ротора, рад/с; т - продолжительность разгона, с; К - коэффициент, учитываю-

щий радиальную скорость струи (К =

1,0...

1,2); R - расстояние от оси вращения до

выходных отверстий, м; Р - давление жидкости, Н/м

;

o6l4

- общая поверхность тре-

ния ротора, м

; S, - площадь поверхности трения г'-го участка ротора, м

; R

- средний

радиус i-го участка поверхности, м; р

- плотность воздуха, кг/м

; х\

- коэффициент

запаса

мощности в период разгона

(г\

= 1,5); г\ - КПД привода (г\ = 0,6..

.0,7).

Всего более четыре предмета составили

мне

имя:

периодический закон, исследование упругости

газов,

понимание растворов

как

ассоциаций,

«Основы химии».

Тут все мое

богатство.

Оно

не

отнято

кого-нибудь,

произведено мною,

это мои дети,

ими, увы, дорожу сильно,

столько же,

как и

детьми.

МЕНДЕЛЕЕВ

ДМИТРИЙ

ИВАНОВИЧ

(1834-1907),

русский

химик

13.4

ФИЛЬТРЫ

ФИЛЬТРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Основным рабочим органом

любого

фильтра является фильтрующая перего-

родка. Последняя может быть одинарной из различных тканей - бязи, бельтинга,

лавсана, нейлона и специального капрона, керамических и металлических материа-

лов

- или состоять из двух слоев - один

слой

ткани

и другой

слой

осадка из

уплот-

ненных взвешенных частиц. Уплотненный

слой,

или осадок, образующийся в

боль-

шинстве случаев при фильтровании полидисперсных суспензий, частицы взвесей

которых тиксотропны, является основным рабочим органом фильтра.

процессе фильтрования толщина

слоя

осадка и его гидравлическое сопротив-

ление

увеличиваются. Исходя из

этого,

процесс фильтрования ведут двумя способа-

ми:

при постоянном давлении фильтруемой среды, поступающей на процесс (при

этом уменьшается скорость фильтрования); при постоянной скорости фильтрования

и переменном возрастающем давлении.

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных

неоднородных пищевых сред

393

Существуют

различные конструкции фильтров, работающих периодически и

непрерывно. В пищевой промышленности используются в основном фильтры пе-

риодического действия. Наиболее распространен в пищевой промышленности

фильтр-пресс, который используется для окончательной очистки при производстве

осветленных соков.

Фильтр-пресс

(рис. 13.16) предназначен для окончательной очистки соков и

состоит из станины 1, на которой смонтированы

задняя

упорная плита 5, передняя

нажимная

плита 9 и плиты 6, 8, установленные на два горизонтальных стержня 7.

Насос

2, нагнетающий суспензию в

канал

4, приводится в движение электро-

двигателем 3. Нажимная плита 9 перемещается винтом 10 при помощи маховика 11.

Уплотнение

плит 8 производится винтом 10 с помощью

рычага

12 или механиче-

ским приводом. Собранные в

пакет

плиты с размещенными между ними фильтрую-

щими пластинами плотно сжимаются. При этом фильтрующие пластины делят зазор

между двумя плитами на две части, что достигается благодаря ребристой поверхно-

сти плит. Поэтому различают четные учетные отсеки. Если исходная суспензия по-

ступает в четный отсек, осветленный сок будет выходить из нечетного отсека.

806 (без салфеток)

10 11

Рис. 13.16 Фильтр-пресс

Каждая плита имеет по два фасонных прилива с отверстиями. Эти приливы

расположены в двух

углах

четных плит с одной стороны, в нечетных плитах - с про-

тивоположной стороны. Таким образом, при сборе плит в

пакет

создаются два

кана-

ла

в четных и два

канала

в нечетных плитах, соединенных с полостями, образуемы-

ми каждой парой плит с разделяющей их фильтрующей пластиной.

13*

Зак. 624

394

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Схема прохождения соки по

пластинам

камерном

фильтр-прессе

Рис.

13.17

Схема прохождения сока по пластинам

камерном фильтр-прессе

При

работе фильтра фильтруемая суспензия нагнетается в каналы четных плит,

затем через отверстия в них поступает в отсеки для исходной суспензии и под дав-

лением

проходит через фильтрующие пластины (рис. 13.17), при этом частицы взве-

сей задерживаются, а осветленный сок попадает в отсеки для конечного осветленно-

го

сока, затем по двум каналам нечетных пластин выходит из фильтра в сборник для

осветленного

сока.

Техническая характеристика фильтр-пресса

Производительность, дал/ч

950

Площадь фильтрующей поверхности,

20,5

Максимальное давление фильтрования, МПа

0,95

Потребляемая мощность, кВт

5,5

Габаритные размеры, мм

2950x1090x1240

Масса,

кг 1575

Патронные

фильтры

находят широкое применение для контрольной фильтра-

ции сока I сатурации, фильтрации сока II сатурации, фильтрации сиропа с клеровкой

и для отделения от

рафинадных

сиропов нерастворимых примесей.

Известны конструкции патронных фильтров с тканевой, проволочной опорной

поверхностью

фильтрующих элементов и фильтров с керамическими фильтрующи-

ми элементами. Последние оказались несовершенными в эксплуатации вследствие

загрязнения пор фильтрующих элементов и частой сложной регенерации их при по-

мощи

кислотных растворов. К недостаткам керамических фильтров относится

также

хрупкость фильтрующих элементов, что требует тщательной сборки и разборки их.

Наибольшее

распространение в промышленности нашли патронные фильтры с про-

волочной

опорной поверхностью фильтрующих элементов

типа

ПФ-10 и

ПФ-20.

Принцип действия всех фильтров одинаков. Отличаются они друг от друга кон-

струкцией фильтрующих элементов (патронов) и установкой их в корпусе фильтра.

Все

они являются фильтрами периодического действия, работающими под давлением,

имеющими небольшое гидравлическое сопротивление и высокую скорость фильтра-

ции, достигающую для соков до

1,710~

/(м

-с)

и для сиропов - до

1,7-10"

/(м

-с).

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных 395

неоднородных пищевых сред

Типовыми

фильтрами для фильтрации продуктов свеклосахарного и

рафинад-

ного

производств приняты фильтры с проволочной поверхностью фильтрации типа

ПФ-10иПФ-20.

Патронный фильтр

ПФ-20

(рис. 13.18) состоит из цилиндрического корпуса 9,

конического днища 75, выпуклой крышки 4, на которой установлены рымболты 3, и

плиты

7, в которой закрепляются патроны 10 прижимами 22. В нижней части патро-

ны устанавливаются в отверстия решетки 12.

Плита

устанавливается при помощи уплотнений между фланцами цилиндриче-

ского

корпуса и выпуклой крышки и образует две камеры фильтра. В нижнюю ка-

меру

8 при помощи коллектора

7, присоединенного к патрубку 14, подводятся ки-

зельгурная

суспензия, фильтруемый продукт и промывная вода. Из камеры 6 через

коллектор

21, присоединенный к патрубку 5, отводятся

жидкая

фаза

кизельгурной

суспензии,

фильтрат и промой. Кроме

того,

для подвода воздуха в верхнюю камеру

установлен

вентиль 19, а в нижнюю - патрубок 2. Сброс воздуха из нижней камеры

осуществляется

через трубу 77. Для наблюдения за состоянием внутренней части

нижней камеры установлены смотровые стекла 7. Удаление промытого осадка

осу-

ществляется через патрубок 16.

Фильтр

установлен на трубчатом

каркасе

13. Для

управления процессом фильтрации имеются задвижки с электродвигателями 18 и

маховиками 20.

Полный

цикл работы фильтров включает в себя следующие стадии: намыв ки-

зельгура,

возврат первых мутных порций фильтруемого продукта, фильтрация, вы-

теснение нефильтрованного продукта, промывка осадка и удаление осадка. В экс-

плуатации фильтры полностью автоматизированы.

2400

Рис. 13.18

Патронный

фильтр

ПФ-20

396

Часть

II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

На

сахарорафинадных заводах патронные фильтры используют для отделения

осадка от растворов рафинадного производства.

Фильтрующий

патрон

ПФ-20

(рис. 13.19, а) состоит из трех фильтрующих

эле-

ментов 4 и опорного патрубка 2, которые при помощи

стяжки

3, шайбы 5, планки 1 и

гаек 6 скрепляются жестко. Патроны в собранном состоянии устанавливаются в от-

верстия плиты 7 и зажимаются прижимом 9, который устанавливается на шпильке 8.

Для

того чтобы патроны не отклонялись от вертикальной оси,

нижняя

часть

стяжки

каждого патрона устанавливается в отверстие проволочного

каркаса,

распо-

ложенного

внизу цилиндрического корпуса фильтра.

Фильтрующий

элемент патрона представлен на рис. 13.19, б. Каркас 1 элемента

изготовляется

из нержавеющей стали и состоит из нижней 2 и верхней 6 втулок, к

которым

приварены

уголки

5. Для жесткости

каркаса

уголки

приварены к кольцам 3,

расположенным

по высоте на расстоянии 40 мм друг от друга.

Рис.

13.19 Патрон с проволочной опорной поверхностью:

а -

общий

вид

патрона;

б - фильтрующий элемент

Глава 13 Оборудование для разделения жидкообразных

неоднородных пищевых сред

397

Рис.

13.20 Патроны фильтров:

а - изготовленный из отдельных пластин; б -

тканевой опорной поверхностью

Опорным

слоем

для кизельгура и осадка является проволочная 4 щелевидная

поверхность

каркаса

элементов. Образуется она путем

нарезания

канавок

на острых

выступах уголков с шагом 0,8 мм и затем навивкой проволоки из нержавеющей ста-

ли

диаметром 0,7 мм.

При

вышеуказанных размерах

шага

резьбы и проволоки размер щелей

равен

0,1 мм.

Общая площадь поверхности фильтрации одного патрона составляет 0,241 м

Патроны с проволочной опорной поверхностью просты по устройству, но име-

ют существенные недостатки. Так как

щели,

образованные смежными

витками

про-

волоки,

вначале имеют расширение, а затем к центру проволок сужаются, то не ис-

ключена возможность

застревания

мелких

частиц

кизельгура и осадка в щелях. Это

приводит к уменьшению живого сечения опорного слоя и скорости фильтрации.

398

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Некоторые

зарубежные фирмы выпускают фильтры, патроны которых набраны

из отдельных штампованных пластин (рис. 13.20, о). При соединении пластин 2 по-

лучаются

щели 3. Такие патроны называются саморегенерирующимися.

Мелкие

частицы осадка, попадая в суженную часть

щели,

имеющую наклонную стенку,

уносятся фильтратом. Такие патроны работают лучше патронов с проволочной

опорной

поверхностью, но они сложны в изготовлении.

Патрон фильтра с тканевой опорной поверхностью изображен на рис. 13.20, б.

Он

представляет собой перфорированный корпус 77 из нержавеющей стали, к ниж-

ней части которого приварено донышко 72 с хвостовиком

7, имеющим резьбу.

На корпус патрона надевается тканевый чулок 7, который снизу имеет загиб 13

и закрепляется при помощи шайбы 14 и гайки 75. Перед установкой патронов в от-

верстия плиты 5 на них надевают резиновые уплотняющие кольца 8. К плите патро-

ны прижимаются шайбами 9, которые надеваются на шпильки 10. Каждая шайба

прижимает три патрона.

Для

сохранения параллельности и вертикальности труб хвостовики

7 патронов

устанавливаются в отверстия решетки 76, изготовленной из нержавеющей проволо-

ки. Решетка крепится к хвостовикам патронов при помощи дополнительных гаек.

Плита

зажимается между фланцами 3 и 6 корпуса 2 фильтра и крышки при по-

мощи

болтов.

Уплотнение между верхней и нижней частью фильтра создается про-

кладками 4 и 7. Фильтрованный сок направляется внутрь патрона и выходит из верхней

его

части.

Патронные фильтры устанавливаются на

полу

второго

этажа

вблизи стены с та-

ким расчетом, чтобы крепление трубопроводов осуществлять на стене. Проходы

между фильтрами и стеной должны быть не менее 1500 мм. Над батареей фильтров

рекомендуется устанавливать монорельс с устройством для снятия крышек и плит с

фильтрующими элементами.

Для

монтажа и демонтажа фильтрующих элементов в плитах фильтров

необхо-

димо

иметь специальные подставки высотой не менее 1800 мм.

Сборник

нефильтрованного сока перед фильтрами необходимо снабдить по-

плавковым устройством для указания уровня сока в нем. На трубопроводе, подво-

дящем сок в фильтр, установить расходомер, снабженный счетчиком. Корпус

фильтра и трубопроводы должны быть изолированы.

После

монтажа фильтров вся установка должна быть испытана гидравлическим

давлением 0,4 МПа. В процессе фильтрации нельзя допускать соединения слоя

осадка, образовавшегося на отдельных фильтрующих элементах, т. к. при промывке

осадка обратным током жидкости

из-за

большого

сопротивления могут разрушаться

фильтрующие

элементы.

Необходимо

следить за давлением в коммуникациях, подводящих нефильтро-

ванный продукт в фильтр, которое должно быть постоянным. В случае колебаний

давления поступающего продукта

слой

осадка на фильтрующих элементах может

давать

трещины, что отрицательно сказывается на качестве фильтрата или осадок

будет

сползать с поверхности фильтрующих элементов.

При

эксплуатации фильтров с керамической* поверхностью фильтрации

необхо-

димо

для разбавления кизельгура применять чистую воду, а

также

не допускать по-

падания

масла на керамику.

Загрязненная

вода и масло закупоривают поры керами-

ческих элементов, и фильтр быстро выходит из строя.

Техническая характеристика патронных фильтров приведена в табл. 13.2.

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных 399

неоднородных пищевых сред

Таблица 13.2

Техническая характеристика патронных фильтров

Показатель

ПФ-20

ПФ-10

Площадь поверхности

фильтрации,

Длина

патрона,

мм .

1620

Число

патронов, шт.

85 44

Шаг трубок, мм

135

Наружный

диаметр

патрона,

мм

Внутренний

диаметр

корпуса

фильтра,

мм 1400 1100

Высота

фильтра,

мм

3875 3435

Пробное давление, МПа

0,6 0,6

Максимальное рабочее давление, МПа

0,4

Вместимость

фильтра,

4,0

2,35

Скорость

фильтрации,

мм/с:

для

сока

сатурации

0,42-10"

0,42-10

для

сока

сатурации

0,91-Ю"

0,91 10°

для

сиропа

0,26-10"

Масса, кг

2300

1350

процессе эксплуатации часто могут быть следующие несоответствия: выхо-

дит мутный фильтрат или значительно повышается давление в фильтре. В первом

случае

чаще всего бывает повреждена поверхность фильтрации отдельных патро-

нов.

Необходимо остановить фильтр, снять верхнюю крышку и при помощи шланга

подавать в патроны воду. Патроны, в которых вода проходит очень быстро, имеют

поврежденную поверхность, их необходимо заменить.

Патронные фильтры имеют значительные недостатки: требуют постоянного

давления в период нанесения вспомогательного фильтрующего

слоя,

применения

сжатого воздуха для поддержания осадка в период спуска нефильтрованного сока

перед промывкой осадка, подачи воздуха внутрь фильтрующих элементов при уда-

лении

осадка.

Дисковые

фильтры типа ФД являются фильтрами периодического действия, в

которых фильтрация производится под давлением. Поверхность фильтрации пред-

ставляет собой диски, установленные на

полом

вращающемся валу. Промытый оса-

док удаляется гидравлическим способом. Применяются они для фильтрации сока I

и II сатурации.

По

сравнению с фильтр-прессами они имеют следующие преимущества:

облег-

чают условия труда, сокращают затраты рабочей силы, уменьшают расход* фильтро-

вальной ткани и обеспечивают получение чистого фильтрата, не требующего кон-

трольной

фильтрации. В отечественной сахарной промышленности применяются

дисковые фильтры типов

ФД-80,

ФД-100 и

ФД-150.

Дисковый фильтр ФД-100 (рис. 13.21) состоит из следующих основных

узлов:

корпуса фильтра 24, трубовала 7, фильтрующих элементов, приемника сока 28, со-

плового

устройства 23, лопастного вала 12 для удаления осадка, привода 11

трубо-

вала и привода 18 лопастного вала, кронштейна конического 2, трубы отводной из

контрольного

элемента 4, трубки коллекторной 5, люков 6, днища 8, сальниковых

уплотнений

9, червячной передачи 10, вырезов 13, стойки 14, рамы 16, штуцера 17,

трубы

центральной 19, элемента 20, желоба 21,

зажима

22, сборника 25, опоры 26,

трубки отводной 27, трубы вытяжной 29.

400

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

На корпусе фильтра в верхней части расположена труба 1 для рециркуляции

нефильтрованного сока, на которой установлен предохранительный вентиль 15. По

этой трубе подводится

также

сжатый воздух внутрь фильтра для вытеснения сока

перед промывкой осадка. Цикл фильтрации на данном фильтре состоит из

следую-

щих операций: фильтрации сока через элементы дисков 3 с отложением осадка на

поверхности элементов, обессахаривания осадка с получением промоя, удаления

осадка из фильтра при помощи струй воды.

При

использовании фильтра для фильтрации сока I сатурации применяются ме-

тодическая промывка осадка и гидравлическое удаление его с поверхности фильт-

рующих

элементов. На некоторых сахарных заводах дисковые фильтры применяют-

ся для фильтрации сока II сатурации. В этом случае правила обслуживания фильт-

ров остаются такими же, но необходимо учесть следующее при их установке.

Работа фильтров ведется без промывки осадка, а последний

после

гидравличе-

ского

смыва сопловыми устройствами при помощи фильтрованного сока I или

сатурации направляется на преддефекацию через насос рециркуляционного сока.

Поэтому

при установке фильтров необходимо предусмотреть коммуникации для

подвода сока и отвода смытого осадка, а коммуникации аммиачной воды и сжатого

воздуха к фильтрам не подводятся.

Фильтры

типов

ФД-80

и ФД-150 по конструкции сходны с фильтром

ФД-100,

но

они не имеют сопловых

аппаратов

для снятия с дисков слоя осадка, а фильтр

ФД-150

не имеет

также

шнека

для удаления осадка. Съем осадка с элементов дис-

ка этих фильтров производится обратным током фильтрованного сока.

Фильтрующий

элемент

(рис. 13.22) состоит из желобчатого

каркаса

5, трех-

слойной

сетки 4, являющейся опорным основанием для холста 11. В нижней части

каркаса

вварен

штуцер 7, который устанавливается в конусном отверстии втулки 6

трубовала

9. Таким образом, внутренняя полость фильтрующего элемента 3 соеди-

няется с коллекторной трубкой 10 для отвода фильтрата. Штуцер имеет уплотнение 8.

Элемент

укрепляется на трубовале 9 при помощи радиально расположенных

шпилек 1. Шпильки ввинчены одним концом в приваренные площадки к трубовалу,

а другим концом соединены с дугообразными желобчатыми накладками 2, которые

при помощи гаек прижимают элементы к валу. На элементы надевается фильтро-

вальная

ткань

в один

слой.

В качестве

ткани

применяется бумажный

холст

типа

бельтинг

или тонкая капроновая

ткань

массой не менее 400 г/м

Из

фильтровальной

ткани

заранее сшиваются мешки двойным швом по размерам

рамки

с учетом усадки ткани, но одна боковая сторона мешка оставляется незашитой.

Затем элемент вставляется в вывернутый мешок и боковая сторона его

зашивается

двойным швом, а выступающий штуцер плотно обшивается и обматывается тесьмой.

При

монтаже фильтров необходимо соблюдать

следующее:

фильтрующие элементы на трубовале должны быть установлены перпендику-

лярно

оси вала с одинаковыми промежутками между смежными дисками. Биение

элементов

в отдельных дисках не допускается

более

3.. .4 мм;

оси сопел сопловой трубы должны быть параллельны плоскости дисков и на-

ходиться на одинаковом расстоянии от поверхности смежных дисков;

площадь сита в ловушке для воды, поступающей в сопла, должна быть не ме-

нее 1 м

, а отверстия в сите должны иметь диаметр 1,5.. .2,0 мм;

для ручной смывки остатков осадка с фильтрующих элементов необходимо

иметь брандспойт с насадкой диаметром 12 мм.