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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных 411

неоднородных пищевых сред

приготовления известкового молока. Эти вопросы имеют актуальное значение для

нормальной работы фильтров.

Фильтр

оснащен самоочищающейся ловушкой для отделения окалины от про-

мывной воды, которая подается к форсункам по трубам из нержавеющей стали. При

регенерации

ткани

раствор соляной кислоты поступает в пластмассовые форсунки.

Все

трущиеся части фильтра смазываются централизованно. Уровень суспензии в

корпусе фильтра и сока в ресиверах поддерживается автоматически.

Инженерные расчеты. Производительность фильтр-пресса зависит от скоро-

сти фильтрации, которая определяется режимом фильтрации, характером фильт-

рующей

перегородки и физико-химическими свойствами осадка.

Производительность П

(м

/с)

фильтров и фильтр-прессов определяют по формуле

qF /(х

пр

+х

где

q - нагрузка на фильтрующую поверхность, м

/м

; F - площадь фильтрующей

поверхности, м

; х

пр

ХФ,

- соответственно продолжительность фильтрации, про-

мывки осадка, разгрузки и подготовки фильтр-пресса к следующему циклу, с.

При

выборе насоса, подающего исходный продукт в фильтр-пресс, необходимо

учитывать сопротивление перегородки, которая рассчитывается по формуле

Д =

1,5Д

ц,

где

- коэффициент сопротивления (для металлического сита

густого

плетения

(0,7...

1,2)-10

; для тканой перегородки R

= (0,6...3)-10

; р. - динамическая

вязкость фильтрующего продукта, Пас.

Продолжительность

фильтрации зависит от содержания осадка в фильтруемой

суспензии, количества профильтрованного сока, объема камеры фильтр-пресса.

Продолжительность

фильтрации

ХФ

(с)

Ф =М

Ър

ос

/2М

ОС

где

Мф - масса отфильтрованного сока к окончанию цикла работы фильтр-пресса, кг;

ос

- масса влажного осадка, образующегося за один цикл работы фильтр-пресса,

кг; 8 - толщина фильтрующей рамы, м; р

ос

, р

- соответственно плотность отфильт-

рованного сока и влажного осадка, кг/м

; v

- объемная скорость фильтрации сока

(3,5...8,3)10"

/(M

-C)).

Давление жидкости в гидроцилиндре, необходимое для гидравлического зажи-

ма фильтр-пресса Р

(Па),

определяют по формуле

)/(nD

/ fyfDh,

где

Рф - давление фильтрации, Па; - площадь фильтрующей поверхности зажимной

плиты,

;

упл

- минимальное давление на площадь

контакта,

необходимое для обеспе-

чения герметичности стыка ( Р

ут

ЪРф ),

Па; F

- площадь

контакта

рам и плит, м

; D

диаметр плунжера гидроцилиндра, м; h - ширина уплотнения, м;/- коэффициент тре-

ния плунжера в уплотнениях (f= 0,20 - при набивочном уплотнении;/= 0,7.. .0,10 - при

манжетном

уплотнении);

к - коэффициент, зависящий от конструкции уплотнения (к =

0,15 - при набивочном уплотнении, к = 0,4.. .0,7 - при манжетном

уплотнении).

412

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Удельная

производительность

(м

/м

)

по осветленной

фракции

на 1 м

фильт-

рующей

перегородки определяют по формулам:

для

фильтров, работающих при постоянной разности давлений и переменной

скорости фильтрования

= (l/kV)[j{2kVPx/р)+

для

фильтров, работающих при постоянной скорости фильтрования и непре-

рывно увеличивающейся разности давлений

(l/2kV)(j(4kVPx/y.)+R

-R^j ,

*•

где

к -

удельное

сопротивление

осадка,

м" ; V - объем влажного посадка в 1 м

фильтрата, м

; Р - разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки, Па;

т - продолжительность фильтрования, с; р - динамическая вязкость суспензии, Пас;

R - сопротивление фильтрующей перегородки, м"

Производительность патронных

фильтров,

соответствующая производитель-

ности

завода

по свекле П

(т/сут),

определяется по формуле

= 24-60-60-Fcp/(10.P;,

где

F- площадь поверхности фильтрации фильтров, м

; с - скорость фильтрации про-

дукта,

/(м

-с);

Р - количество фильтрованного сока или сиропа, % к массе перерабо-

танной свеклы (принимается из продуктового расчета); р - плотность продукта, кг/м

Требуемая

площадь фильтрации патронных фильтров F

(м

соответствующая

производительности

завода,

определяется из формулы

= ЮПР/(24-60-60ср) .

Количество

фильтров определяется из

выражения

m =

(F/F

)

где

Fi - площадь фильтрации одного фильтра, м

Производительность дисковых

фильтров,

соответствующая производительно-

сти

завода

по свекле П

(т/сут),

определяется по формуле

= 24

•

бОРсрт, /[24

•

бОР/т,

)].

Поверхность

фильтрации фильтров F

(м

исходя из производительности заво-

да, будет

\0nP(x

;/(24-60-60cpx

где

Р - количество фильтрованного сока без учета промоя, % к массе свеклы; ti -

активное время фильтрации сока за один цикл*без учета получения промоя, с;

- время вспомогательных работ за один цикл, с; с - средняя скорость фильтрации

сока,

/(м

-с);

р - плотность сока, кг/м

Активное

время фильтрации ti

(С)

определяется по формуле

Глава

Оборудование для разделения жидкообразных

неоднородных пищевых сред

413

т, =

9ос

Р/(2срР

ос

где

8 -

толщина осадка

на

элементах,

м;

р,

ос

соответственно плотность сока

осад-

ка,

кг/м

;

Р, Р

ос

соответственнр количество фильтрованного сока

осадка,

% к

массе

свеклы;

средняя скорость фильтрации сока, м

7(м-с).

Производительность

вакуум-фильтров

по

свекле

(т/сут) определяется

по

уравнению

864

•

FKcp

/[Р

(\00-

j],

где

F -

общая площадь поверхности фильтрации вакуум-фильтров,

;

К -

коэффи-

циент использования поверхности фильтрации, выражающий отношение угла зоны

фильтрации

360°

(для

фильтров малого погружения принимается равным

0,3,

для

фильтров глубокого погружения

- 0,5); с -

скорость фильтрации, м

/(м

-с);

р -

плотность фильтрованного сока,

кг/м

;

количество жидкой части нефильтро-

ванного сока

сатурации,

% к

массе свеклы (определяется

из

продуктового расчета

по формуле

Р-

4(С

С,);

количество сока, отфильтрованного

на

диско-

вых сгустителях

или

осветленного

отстойниках,

% к

общему количеству жидкой

части нефильтрованного сока

сатурации,

по

нормативам принимают

Количество сока, отфильтрованного

вакуум-фильтрах

(в

массе свеклы)

^=^(юо-ц

)/юо.

Необходимая площадь фильтрации вакуум-фильтров

(м

)

^ =

ЛР

(100-ц

)/(864-10Х).

Мощность привода вакуум-фильтра должна быть достаточной

для

преодоления

моментов сопротивлении, возникающих вследствие неуравновешенности осадка

на

барабане фильтра

(Mi),

среза осадка ножом

(М

сопротивления

от

трения плоско-

сти неподвижной головки

поверхность диска износа

(М{) и

трения вала фильтра

подшипниках

(М4).

Необходимая

мощность электродвигателя N

(кВт) определяется

по

формуле

= (Y

)n/(974r

]

где

£М,-

суммарный момент сопротивления,

Н-м;

п -

частота вращения барабана,

мин"

;

л -

КПД

привода.

Сумма моментов сопротивлений

Момент сопротивления

от

неуравновешенности осадка

М\

(Н-м), если считать,

что осадком

не

покрыта

1/4

поверхности барабана, определяется

по

формуле

rsin(a/2),

где

G\ -

масса неуравновешенного осадка,

(G,

%Db

у);

г -

расстояние

от

центра

тяжести неуравновешенной части осадка

до

оси

барабана,

м (r

D/2); а -

угол

сектора неуравновешенной части осадка

на

барабане.

414

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

= \,51D

blpsina/2,

где

D, I - диаметр и длина барабана фильтра, м; 8 - толщина слоя осадка, м; р -

плотность

осадка, Н/м

Момент

сопротивления при срезе осадка

М%

(Н-м)

определяется по формуле

=0,5

fqlbD,

где/-

коэффициент трения (/= 0,2...0,3); q - удельное сопротивление среза осадка

Н/м

(q =

700...3000

Н/м

Момент

сопротивления от трения Мз (Н-м) прилегающих плоскостей распреде-

лительной

головки определяется по формуле

M,=zf

где

z - число распределительных головок вакуум-фильтра; f\ - коэффициент трения

между плоскостями неподвижной и подвижной частей распределительной головки;

- сила

прижатия

головки к торцу вала, Н/м

; F - площадь трения торца вала, м

;

г'

- радиус трения торца вала, м.

Момент

сопротивления от трения в подшипниках вала фильтра

М4

(Н-м) опре-

деляется по формуле

M,=f

/2,

где

- коэффициент трения в подшипниках вала; Ge - сила давления вала барабана

на подшипник, Н; а\

—

диаметр

цапфы

подшипника, м.

Науки должны быть самым возвышенным

воплощением отечества,

ибо из

всех народов

первым будет всегда тот, который опередит

другие

области мысли

умственной

деятельности,

ПАСТЕРЛУИ

(1822-1895),

французский

микробиолог

химик

13.5

МЕМБРАННЫЕ МОДУЛИ

АППАРАТЫ

Ультрафильтрационная

установка

А1-ОУС

(рис. 13.28) предназначена для

выделения белков из подсырной сыворотки с целью получения белкового концен-

трата,

также

лактозного раствора для пищевых целей.

состав установки входят: резервуары исходного продукта 7 и 2, трубопроводы

3, 11, 13, 17; отвод 4; манометр 5; расширители 6 и 75; секции модулей 10, 12 и 14;

фильтр 7, соединитель 8; ротаметр 9; клапан 16; теплообменник 18; резервуар

фильтрата 19, предохранительный клапан 20; установка пластинчатая нагреватель-

ная 27; насос 22 и щит контроля и управления.

Ультрафильтрационная установка состоит

JI3

шести ультрафильтрационных

секций, соединенных последовательно. Каждая ультрафильтрационная секция со-

стоит из параллельно соединенных модулей 10, 12 и 14.

Рис.

13.28 Ультрафильтрационная установка

А1-ОУС

416 Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Конструкция модуля (рис. 13.29) представляет

собой

плоскорамный фильтт

пресс с плоскими фильтрующими элементами.

Модуль

состоит из нижней / и вер?

ней 4 несущих плит, между которыми расположен

пакет

8 фильтрующих элементе

содержащий опорную пластину, дренажный материал и полупроницаемую мембр;

ну

11. Плиты стягиваются с помощью шпилек 2 и 10, гаек 3 и 6 я шайб 5.

Филк

рующие

элементы в пакете разделяются между

собой

эластичными прокладками 9.

Опорные

пластины имеют отверстия в виде

щели,

длина которой

равна

ширш

полупроницаемой

мембраны 11. Мембрана выполнена в виде

полосы,

продетой ч

рез

щель,

а эластичная прокладка 9 - в виде рамки, перекрывающей полупроница

мую

мембрану по всем ее кромкам.

Модуль

комплектуется мембранами типа

УАМ-450С

и лавсановой фильтр

вальной

тканью. На верхней плите 4 имеется рым-болт 7 для удобства монтажа

обслуживания.

Каждая секция содержит циркуляционный насос и теплообменник. Насос обе

печивает многократную циркуляцию продукта по контуру секции. Производител

ность

насоса подобрана из условий обеспечения скорости жидкости над мембран*

не менее

1,5...2,0

м/с. Теплообменник 18 предназначен для охлаждения циркул

рующего

продукта (см. рис. 13.28). Подающий насос подает подсырную сыворотку

установку. Пластинчатая установка 21 предназначена для нагрева подсырной сыв

ротки перед подачей в первую секцию ультрафильтрационной установки. Резерв)

ры / и 2 служат для накапливания сыворотки перед ультрафильтрацией.

Фильтр

предназначен для фильтрации подсырной сыворотки перед ее поступлением в пе

вую

секцию ультрафильтрационной установки.

Контрольно-измерительные

и регулирующие приборы, а

также

элементы упр;

ления

технологическим процессом сосредоточены на щите контроля и управления.

Установка снабжена прессом, который используется при сборке

модулей

предназначен для

сжатия

пластин модуля в

пакет,

обеспечивая тем самым его п

метичность.

В ультрафильтрационной установке предусмотрено выполнение

дующих

операций: получение белкового концентрата с выделением фильтрата; i

грев подаваемой сыворотки; охлаждение промежуточного продукта в процессе е

рециркуляции; периодическая мойка оборудования.

Работа установки осуществляется следующим образом.

При

прохождении подсырной сыворотки через

модули

шести секций

ульт]

фильтрационной установки происходит наращивание ее концентрации за счет от(

ра фильтрата, проходящего через полупроницаемые мембраны.

Фильтрат

со всех шести секций установки отводится в промежуточный

pe3i

вуар фильтрата, откуда он поступает в приемные емкости предприятия

заказч!

для

дальнейшего использования.

Выход

установки на режим осуществляется при закрытом регулирующем к

пане. При достижении заданного значения содержания сухих веществ в шестой с

ции клапан открывается и производится выход концентрата. В процессе работы

тановки содержание сухих веществ в концентрате поддерживается автоматичес

регулирующим

клапаном. •

Подпитка системы в связи с непрерывным отбором фильтрата и выпуском го

вого

концентрата при достижении заданного содержания сухих веществ обеспе

вается непрерывной подачей сыворотки из резервуаров насосом 22. Подпитка с

темы обеспечивает заданную производительность по фильтрату и концентрату.

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных

неоднородных пищевых сред

417

260

Рис.

13.29

Модуль

ультрафильтрационной установки

Техническая характеристика ультрафильтрационной установки

А1-ОУС

Производительность,

л/ч

5000

Общая рабочая поверхность мембран,

152

Давление сжатого воздуха, МПа

0,6

Установленная мощность, кВт

77,8

Температура воды,

К 353 *

Расход горячей воды, м

/ч

Температура ледяной воды,

273,5...274,5

Расход холода, кВт

45,5

Температура горячей умягченной воды,

313...318

Расход горячей воды, м

/ч

Температура

холодной

умягченной воды,

291.

..293

Расход

холодной

воды, м

/ч

Габаритные размеры, мм

500x3005x1828

Площадь

установки,

Масса,

кг 16 000

Зак.

624

418

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Установка

УОВКМ-2,5

очистки

воды

методом

обратного

осмоса

на компо-

зитных

мембранах собирается из отдельных цилиндрических фильтрующих моду-

лей

(рис. 13.30).

Цилиндрический фильтрующий элемент (рис. 13.31,

а...в)

представляет

собой

сменный

узел,

собранный из полупроницаемой мембраны 2 и дренажного

каркаса.

Дренажный

каркас

состоит из трубы 1 и пористой

«подложки»

3, исключающей

вдавливание мембраны в дренажные каналы трубы. Изготовляют цилиндрические

фильтрующие элементы трех типов: с расположением мембраны на внутренней по-

верхности дренажного

каркаса,

на внешней и с комбинированным расположением

мембраны. Аппарат с цилиндрическими фильтрующими элементами имеет

следую-

щие преимущества: малую материалоемкость

из-за

отсутствия напорного корпуса,

небольшое

гидравлическое сопротивление, возможность механической очистки

фильтрующих элементов от

осадка

без разборки, надежность конструкции.

Недостатки этой конструкции -

низкая

удельная рабочая площадь поверхности

фильтрации мембран, высокие требования к сборке элементов.

Конструкции фильтрующих элементов с наружным расположением мембраны

(рис.

13.31, б) имеют

большую

удельную

рабочую площадь поверхности фильтра-

ции. Однако они

более

металлоемки, а кроме

того,

механическая очистка фильт-

рующих

элементов практически невозможна.

Цилиндрические фильтрующие элементы с комбинированным расположением

мембран (рис. 13.31, в) имеют примерно в два

раза

большую

удельную

рабочую

площадь поверхности фильтрации, чем описанные. Однако

такие

конструкции об-

ладают значительно большими гидравлическими сопротивлениями

из-за

большой

длины

каналов для отвода фильтрата.

Рис. 13.30 Мембранный

аппарате

цилиндрическими фильтрующими элементами

Глава 13 Оборудование для разделения жидкообразных

неоднородных пищевых сред

419

Фильтрат

а)

о)

Фильтрат

•

ним

тми

и:

ннп

и и

пщ

в)

Рис.

13.31 Цилиндрические фильтрующие элементы с различным расположением мембран:

а - на внутренней поверхности дренажного

каркаса;

б - на внешней;

- комбинированно

Ультрафильтрационные установки с цилиндрическими фильтрующими элемен-

тами широко применяют для осветления фруктовых соков. От сока отделяются все

вещества, вызывающие помутнение сока, как, например, протеин, крахмал, пектин,

дубильные

вещества

большой

молекулярной массы, частицы

целлюлозы

и другие

вещества. В осветленном соке содержатся все вещества в натуральном составе.

Техническая характеристика установки

УОВКМ-2,5

Производительность по фильтрату, м

/ч 2,5

Выход

концентрата,

/ч 2,0

Селективность, % 87

Потребляемая мощность, кВт 25

Масса, кг 1300

Инженерные расчеты. При расчете ультрафильтрационных систем определя-

ют производительность мембраны, селективность разделения,

коэффициент

прони-

цаемости, толщину блокированной белками мембраны.

Производительность

мембранных

фильтров

периодического действия П

(м

/ч)

3600дР/(х

+х

пр

+х

всп

где q - нагрузка на фильтрующую поверхность, м

/м

; F - площадь фильтрующей

поверхности, м ;

Хф

- продолжительность фильтрации, с; х„

- продолжительность

промывки

осадка,

с;

вс

„

- продолжительность вспомогательных операций (разгруз-

ки и подготовки фильтра), с.

420

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

При

выборе насоса, подающего исходный продукт в фильтр, необходимо учи-

тывать

сопротивление перегородки.

Сопротивление

перегородки R

(Па-с)

где

коэффициент

сопротивления; р - динамическая вязкость фильтрующего

продукта, Па-с.

Общая удельная производительность мембраны 77

(м/с)

=K„Ap/(vh),

где

К„ -

коэффициент

проницаемости, м

; ц. - динамическая вязкость

раствора,

Па-с;

Ар - перепад гидродинамического давления, Па; h - толщина мембранной системы, м.

Селективность разделения

ср

(%)

ц =

(\-с

/е

)-Ш,

где

с\, с

- концентрация растворенного вещества в исходной смеси и в ультра-

фильтрате, %.

Коэффициент проницаемости

К~„

(м

)

К„

9,025mt

096

где

т - пористость мембраны; d - средний размер задерживаемой белковой части-

цы, м; t - продолжительность работы, с.

процессе ультрафильтрации животных белковых растворов происходит фор-

мирование примембранных белковых отложений, прочно связываемых с поверхно-

стью

мембраны.

Приращение толщины прочно закрепленного белкового слоя Д8(?) (м/с)

Пс

/гп(\-щ)(\-с

)\К

пХ

К„

(р

Рп

)/\у]х

^и2

где

- объемная концентрация белковых

частиц

в растворе, кг/м

; т, т\ - порис-

тость исходной мембраны и мембраны, блокированной слоями белка; К„\, К„

- ко-

эффициенты

проницаемости слоя отложений и мембраны, м

; р„, р„ - давления над

мембраной и под мембраной, Па; т. - продолжительность работы, с; Ъ - толщина

мембраны, м.

Приращение толщины слабо закрепляющегося на мембране слоя белка

А8

(t) (м)

&„«)=

п2

п1

к2

^KJ^-K^Oc^-pJ

где

- продолжительность процесса ультрафильтрации, с.

Толщина

блокированной белками мембраны

h(т)

(м)

h(x)

= b + A5(x)

A8Jx).