Интенсификация работы фильтров

Значительное увеличение масштабов пищевых производств и наличие большого числа осадков с повышенным гидравлическим сопротивлением обусловливает необходимость повышения производительности фильтров. Это может быть достигнуто за счет увеличения поверхности фильтрования отдельных фильтров и повышения скорости процесса путем нахождения оптимальных условий разделения суспензий. Последнее можно обеспечить с помощью трех групп способов: конструкционных, технологических и физико-химических.

К первой группе относятся автоматизация процессов фильтрования, реверсивное (при малой толщине осадка), динамическое (при непрерывном смывании осадка), неодномерное (при образовании осадка на цилиндрической поверхности с малым радиусом кривизны) и вибрационное фильтрование.

Способы второй группы заключаются в выборе оптимальных значений толщины осадка, разности давлений, концентрации суспензии. При этом важно провести предварительную классификацию твердых частиц суспензии на тонко- и грубодисперсные.

Сущность способов третьей группы сводится к таким физико-химическим воздействиям на суспензию, которые обуславливают значительное уменьшение удельного сопротивления осадка. Эти воздействия могут производится во время или после получения суспензии.

В первом случае в результате выбора надлежащих условий образования суспензии (температура, концентрация и т.д.) можно увеличить размер твердых частиц, получить кристаллические частицы вместо аморфных, предотвратить образование смолистых и коллоидных примесей; при этом удельное сопротивление осадка или отдельных суспензий может быть уменьшено в десятки раз.

Во втором случае после прибавления к суспензии агрегирующих или вспомогательных веществ удельное сопротивление осадка также заметно уменьшается. Фильтровальное вспомогательное вещество, добавляемое в исходную суспензию, состоит из относительно крупных несжимаемых частиц. Такие вещества используются, например, при разделении суспензий, содержащих тонкодисперсные твердые или легкосжимаемые частицы. Вспомогательное вещество должно обладать небольшой насыпной плотностью, быть пористым и химически инертным. Наиболее употребим диатомит (фильтрование фруктовых соков, напитков, сахарных сиропов и т.д.) и целлюлоза (бумажная масса) - пиво, вино. Часто вспомогательное вещество наносят тонким слоем на фильтровальную перегородку, что предохраняет ее отверстия от закупоривания.

Контрольные вопросы

1. Какие типы фильтрационных процессов Вы знаете?

2. Запишите основное уравнение для определения скорости фильтрования.

3. Что является движущей силой процесса фильтрования?

4. Какие параметры влияют на скорость фильтрования?

5. Какие основные конструкции фильтров Вы знаете?

6. Методы интенсификации скорости процесса фильтрования.

Центрифугирование

Под центрифугированием понимают процесс разделения неоднородных систем в поле центробежных сил с использованием сплошных или проницаемых для жидкости перегородок. Процесс центрифугирования проводят в машинах, называемых центрифугами. Центрифуга в простейшем случае представляет собой вертикальный цилиндрический ротор со сплошными или перфорированными боковыми стенками. Ротор, закрепленный на валу, помещают в соосный цилиндрический неподвижный кожух, закрываемый съемной крышкой. Если ротор перфорированный, то на его внутренней стенке размещается фильтровальная ткань. Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а фугат удаляется из него. В отстойных центрифугах со сплошными стенками производится разделение эмульсий и суспензий по принципу отстаивания, причем сила тяжести заменяется на центробежную силу.

В фильтрующих центрифугах с проницаемыми стенками осуществляется процесс разделения суспензий по принципу фильтрования, причем вместо разности давлений используется действие центробежных сил.

Таким образом, общие закономерности центрифугирования, фильтрации и отстаивания имеют сходство. Однако эти процессы в центрифугах протекают гораздо сложнее, т.к. вместо силы тяжести и разности давлений здесь действует центробежная сила, достигающая значительной величины. Кроме того, плоские слои жидкости и осадка заменяются в этом случае слоями с цилиндрическими граничными поверхностями, усложняющими зависимость процесса от геометрических факторов.

Разделение эмульсий в отстойных центрифугах обычно называется сепарацией, а устройства в которых осуществляется этот процесс - сепараторами. При разделении суспензий в отстойных центрифугах различают процессы центробежного осветления и центробежного отстаивания. В первом случае из жидкости удаляются твердые примеси, содержащиеся в незначительном количестве (< 5%).

Фактор разделения

Отношение центробежного ускорения w²/r к ускорению силы тяжести называется фактором разделения или центробежным критерием Фруда

, (2-94)

где: w - окружная скорость вращения ротора, м/сек;

r - внутренний радиус ротора, м;

w - угловая скорость вращения ротора, рад/сек;

n - число оборотов ротора, мин.

Фактор разделения является важной характеристикой центрифуг, т.к. их разделяющая способность при прочих равных условиях зависит от его величины. Он показывает во сколько раз скорость осаждения частиц твердой фазы при центрифугировании больше скорости подобного процесса в отстойниках.

Анализ выражения (2-94) показывает, что увеличение числа оборотов ротора значительно больше влияет на величину фактора разделения, чем увеличение радиуса. Все центрифуги по величине фактора разделения подразделяются на 2 группы:

1. Нормальные центрифуги, Ф_р < 3000.

2. Сверхцентрифуги, Ф_р > 3000.