Главная | Обратная связь

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ

Кафедра

«Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»

 

 

Лабораторная работа № 3

По дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

Оборудование для фильтрования

Неоднородных систем

 

Составил: старший преподаватель Мигачёв Н.А.

 

Рязань – 2008 г.

Методические указания обсуждены на заседании кафедры МПСХП протокол №1 «9» сентября 2008 года

Заведующий кафедрой___________ В.К. Киреев

Одобрено советом (методической комиссией) технологического факультета

«_____» _____________ 2008 года.

Председатель ____________ Е.Н. Бондаренко

Цель работы –закрепление теоретических знаний по разделу «Гидромеханические процессы», изучение конструкций машин и аппаратов для фильтрования неоднородных систем.

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны изучить конструкцию и порядок работы машин и аппаратов для фильтрования неоднородных систем.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ

По принципу действия фильтровальное оборудование делится на оборудование, работающее при постоянном перепаде давления либо при постоянной скорости фильтрования; по способу создания пере­пада давления на фильтровальной перегородке — на работающее под вакуумом либо под избыточным давлением; в зависимости от организации процесса — на оборудование непрерывного и периоди­ческого действия.

Избыточное давление может создаваться силами давления или центробежной силой. В зависимости от способа создания перепада давления фильтровальное оборудование может быть разделено на фильтры и центрифуги.

Фильтры,используемые для разделения суспензии, работают как под вакуумом, так и под избыточным давлением, периодически и непрерывно. К фильтрам, работающим под давлением, предъяв­ляют повышенные требования к механической прочности. Их изго­товляют по нормам Госгоркотлонадзора для сосудов, работающих под давлением.

В фильтрах периодического действия осадок удаляется после прекращения процесса фильтрования, в фильтрах непрерывного действия — по мере необходимости без остановки процесса.

Нутч-фильтр (рис. 1), работающий как под вакуумом, так и под избыточным давлением широко распространен в мало­тоннажных производствах. Выгрузка из него осадка механизирова­на для сброса осадка фильтр снабжен перемешивающим устрой­ством в виде однолопастной мешалки. Для удаления осадка из филь­тра на цилиндрической части корпуса предусмотрен люк.

Суспензия и сжатый воздух подаются через раздельные штуцера, фильтрат удаляется через спускной кран 4.Фильтр снабжен предохранительным клапаном.

Цикл работы фильтра состоит из заполнения его суспензией, фильтрования суспензии под давлением, удаления осадка с фильтро­вальной перегородки при вращающейся мешалке и регенерации фильтровальной перегородки. В таких фильтрах может прово­диться одновременно промывка осадка.

Для фильтрования суспензии при­меняют фильтровальные перего­родки из картона, бельтинга и синте­тических волокон. Преимуществами фильтровальных перегородок из син­тетических волокон являются высо­кая механическая прочность, терми­ческая и химическая стойкость.

Из синтетических волокон изго­товляют фильтровальные перего­родки с постепенно изменяющейся плотностью, что обеспечивает глу­бинное фильтрование суспензий, содержащих малое количество твер­дой фазы. Меняющаяся по глубине плотность фильтровального мате­риала позволяет захватывать частицы по всей глубине фильтра. При этом крупные частицы задерживаются в наружных, а мелкие — в глубинных слоях фильтра. Селективное фильтрование обеспечивает высокую скорость фильтруемой среды, предотвращает закупоривание поверхностных пор и продлевает срок службы фильтров.

1 — привод; 2 — корпус фильтра; 5 — мешалка; 4 — спускной кран; 5 — фильтровальная перегородка; 6 —фильтровальная ткань

Рисунок 1. Нутч-фильтр с перемешивающим устройством

 

Рамный фильтр-пресс (рис. 2) используется для осветления виноматерйалов, вина, молока и пива. Фильтрующий блок состоит из чередующихся рам и плит с зажатой между ними фильтровальной тканью или картоном. Рамы и плиты зажимаются в направляющих 6 зажимным винтом 7. Фильтр монтируют на металлической станине.

1 — упорная плита; 2 — рама; 3 — плита; 4 — фильтровальная перегородка; 5 — подвижная плита; 6 — горизонтальная направляющая; 7 — винт; 8 — станина; 9 — желоб

Рисунок 2. Рамный фильтр-пресс

Каждая рама и плита (рис. 3) имеют каналы для ввода суспензии и промывной жидкости. На поверхности плит с обеих сторон расположены сборные каналы 4, ограниченные сверху дренажными каналами, а снизу отводным каналом.

1,2 — каналы для ввода суспензии и промывной жидкости; 5—дренажный канал; 4—сбор­ный канал; 5 — отводной канал

Рисунок 3. Рама (а) и плита (б) фильтр-пресса

При фильтровании (рис. 3а) суспензия под давлением подает­ся через каналы в рамах и плитах и распределяется по всем рамам. Фильтрат стекает по дренажным и сборным каналам в плитах и уда­ляется через отводные каналы. При промывке осадка (рис. 3б)промывная жидкость под давлением вводится через соответству­ющие каналы, распределяется по рамам и проходит обратным током через фильтровальную перегородку, промывает осадок, а затем удаляется из фильтра через отводные каналы. При промывке отводные каналы всех нечетных плит блока должны быть закрыты. Основной недостаток рамных фильтр-прессов — трудоемкость выгрузки осадка и замены фильтровальной перегородки. Для выгрузки осадка необходимы разборка вручную фильтровального блока и промывка плит и рам.

а — фильтрование; б — промывка осадка; 1 — рама; 2— плита

Рисунок 4. Схема работы рамного фильтр-пресса

Фильтр-пресс автоматизированный камерный с механи­зирован-ной выгрузкой осадка (ФПАКМ) используют для разделе­ния тонко дисперсных суспензий концентрацией 10... 500 кг/м³ при температурах до 80 °С. Является фильтром периодической) дей­ствия. Он состоит из ряда прямоугольных фильтров (рис. 5),рас­положенных вплотную один под другим, благодаря чему возрастает удельная площадь поверхности фильтрования по отношению к пло­щади, занимаемой фильтром.

В положении А в камеру из коллектора 8 последовательно посту­пают суспензия на разделение, жидкость для промывки и сжатый воздух для подсушки осадка. Фильтрат, промывная жидкость и воздух отводятся по каналам 12 в коллектор 10. В пространстве 11 по каналам 9 подается вода под давлением, которая с помощью водоне­проницаемой диафрагмы 6 отжимает осадок (положение Б). Затем плиты раздвигаются, и осадок удаляется из фильтра через образо­вавшиеся щели (положение В).

1 — нижняя плита; 2 — верхняя плита; 3 — пространство для суспензии и осадка; 4—перфорирован­ный лист; 5— пространство для фильтрата; 6 — эластичная диафрагма; 7, 9,12— каналы; 8 — кол­лектор для суспензии; 10 — коллектор для отвода фильтрата; 11 — пространство для воды; 13 — фильтровальная ткань

Рисунок 5. Фильтр-пресс с горизонтальными камерами (ФПАКМ)

 

Барабанные вакуум-фильтры применяют при непрерывном разделении суспензий концентрацией 50...500 кг/м³. Твердые частицы могут иметь кристаллическую, волокнистую, аморфную, коллоидальную структуру. Производительность фильтра зависит от структуры твердых частиц и снижается в указанной выше последователь­ности.

Барабанные вакуум-фильт­ры (рис. 6) выпускают с внешней и внутренней фильтрующей поверхностью, которая обтяги­вается текстильной фильтровальной тканью. Вращающийся гори­зонтальный перфорированный барабан разделен перегородками на несколько секций одинаковой формы, которые за оборот барабана проходят несколько рабочих зон: фильтрования, обезвоживания, промывки, удаления осадка и регенерации фильтровальной ткани. Устройством, управляющим работой фильтра, является распреде­лительная головка, через которую секции барабана в определенной последовательности подсоединяют к магистралям вакуума, сжатого воздуха и промывной жидкости.

 

1 — перфорированный барабан; 2 — фильтро­вальная ткань; 3 — ножевое устройство; 4 — секция; 5 — корыто; 6 — мешалка; 7 — труба; 8 — разбрызгиватель; 9 — распределительная головка

Рисунок 6. Барабанный вакуум-фильтр с распределительной головкой

В стадии фильтрования зона фильтра под фильтрующей тканью соединяется с вакуумом и фильтрат, находящийся в корыте, прохо­дит через фильтровальную ткань. Осадок откладывается на ее поверхности. Промытый и подсушенный осадок непрерывно среза­ется ножом. Чтобы взвешенные частицы не отстаивались, корыто снабжено качающейся мешалкой.

1 — насос для фильтрата; 2 — вакуум-насос; 3 — пеногаситель; 4 — фильтровальный элемент; 5 — барабан; 6 — труба для фильтрата

Рисунок 7. Барабанный вакуум-фильтр

Для извлечения пива и дрожжей из дрожжевой суспензии, обра­зующейся при седиментации в бродильных чанах и танках, применяют барабанный вакуум-фильтр, изображенный на рис. 7. Фильтровальный элемент состоит из крупноячеистой сетки, на которую накладывается мелкоячеистая сетка. Для улучшения усло­вий фильтрования на мелкоячеистую сетку намывается слой вспо­могательного материала — кизельгура либо картофельного крахма­ла. Пивная или дрожжевая суспензия, подаваемая из бака, при вра­щении барабана равномерно распределяется по фильтровальной поверхности, а дрожжевой осадок (лепешка) срезается ножом, установленным над баком. Содержание сухих веществ в дрожжевой ле­пешке достигает 25...28 %. Обрызгивание подсыхающей лепешки водой способствует увеличению выхода пива примерно на 20 %.

Детали фильтра, находящиеся в контакте с фильтрующей сре­дой, выполнены из нержавеющей стали. Все детали фильтра легко очищаются.

Дисковые фильтры (рис. 8) применяют для разде­ления тонкодисперсных суспензий; они работают под давлением с намывным слоем вспомогательного вещества. Дисковый фильтр представляет собой вертикальную емкость с обогреваемой рубаш­кой. Внутри фильтра на полый вал 6насажены дисковые металли­ческие перфорированные фильтровальные элементы 7. На диски натягивают полипропиленовую или другую фильтровальную ткань, закрепляемую хомутами. Рабочее давление в фильтре достигает 0,5 МПа, в рубашке — 0,3 МПа.

1 — шкив; 2 — сальниковое уплотнение; 3 — крыш­ка; 4 — корпус фильтра; 5 — рубашка; 6 — вал; 7— фильтровальный элемент; 8 — подпятник

Рисунок 8. Дисковый фильтр

В дисковых фильтрах предусмо­трен центробежный сброс подсу­шенного осадка. Полый вал вместе с фильтровальными дисками при­водится во вращение электро- и гидродвигателем. Частота враще­ния вала достигает 250 мин^-1. Вал имеет сальниковые тефлоновые уплотнения.

Перед фильтрованием на филь­тровальные элементы намывают слой вспомогательного вещества, суспензия которого готовится в суспензаторе. Готовая суспензия прокачивается насосом через фильтровальные элементы до образования намывного слоя тол­щиной 15...30 мм. Фильтрат из дис­ков через отверстия в полом валу поступает внутрь вала и выводится из фильтра в суспензатор. Анало­гичным образом проводится филь­трование суспензии. После оконча­ния фильтрования осадок промывается обратным током фильтрата и подсушивается воздухом.

Ленточный фильтр (рис. 9)состоит из рамы, при­водного и натяжного барабанов, между которыми натянута беско­нечная перфорированная резиновая лента. Под ней расположены вакуум-камеры, соединенные в нижней части с коллекторами для отвода фильтрата и промывной жидкости. За счет вакуума лента прижимается к верхней части вакуум-камер. К резиновой ленте натяжными роликами 7 прижимается фильтровальная ткань, выполненная также в виде бесконечной ленты.

Суспензия подается на фильтровальную ткань из лотка 5. Филь­трат под вакуумом отсасывается в камеры и отводится через кол­лектор в сборник. Промывная жидкость подается через форсунки 2 на образовавшийся осадок и отсасывается в камеры, из которых через коллектор 9 отводится в сборник.

На приводном барабане фильтрующая ткань отделяется от рези­новой ленты и огибает направляющий ролик. При этом осадок сос­кальзывает с фильтровальной ткани и падает в сборник осадка. При прохождении фильтровальной ткани между роликами 7 она промы­вается, просушивается и очищается.

1 — приводной барабан; 2 — форсунка; 3 — вакуум-камера; 4 — резиновая лента; 5 — лоток; 6 — натяжной барабан; 7— натяжные ролики; 8 —коллектор для отвода фильтрата; 9 — коллектор для отвода промывной жидкости; 10 — сборник осадка; 11 — фильтровальная ткань

Рисунок 9.Ленточный вакуум-фильтр

Фильтрующие центрифугипериодического и непрерывного дей­ствия разделяются по расположению вала на вертикальные и гори­зонтальные, по способу выгрузки осадка — на центрифуги с ручной, гравитационной, пульсирующей и центробежной выгрузкой осадка. Главным отличием фильтрующих центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный барабан, обтянутый фильтро­вальной тканью.

B фильтрующей центрифуге периодиче­ского действия (рис. 10)суспензия загружается в барабан сверху. После загрузки суспензии барабан приводится во вращение. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается к внут­ренней стенке барабана. Жидкая дисперсионная фаза проходит через фильтровальную перегородку, а осадок выпадает на ней. Фильтрат по сливному патрубку направляется в сборник. Осадок после окончания цикла фильтрования выгружают вручную через крышку 3.

Конструкция фильтрующей центрифуги с перфорированным барабаном аналогична конструкции автоматической отстойной центрифуги с непрерывным ножевым съемом осадка.

 

 

1 — станина; 2 — перфорированный барабан; 3 — крышка; 4 — кожух; 5 — ступица; 6 — подшипник: 7 — электродвигатель; 8 — шкив с ременной передачей; 9—дренажная сетка; 10—фильтрую­щая ткань

Рисунок 10. Фильтрующая центрифуга периодического действия

В саморазгружающихся центрифугах (рис. 11) осадок удаляется под действием гравитационной силы. Такие центрифуги выполняют с вертикальным валом, на котором располагается перфорированный барабан. Суспензия подается на загрузочный диск при вращении барабана с низкой частотой. Ниж­няя часть барабана имеет коническую форму, причем угол наклона делается большим, чем угол естественного откоса осадка. После окончания цикла фильтрования и остановки барабана осадок под действием гравитационной силы сползает со стенок барабана и уда­ляется из центрифуги через нижний ток.

1 — вал; 2 — барабан; 3 — распределительный диск; 4 — упорная втулка

 

Рисунок 11. Центрифуга с гравитационной выгрузкой осадка

В непрерывнодействующих фильтрующих центрифуга с пульсирующей выгрузкой осадка(рис. 12)фильтрат из центрифуги выводится непрерыв­но, а осадок периодически выгружается из барабана пульсирующим поршнем.

Поршень-толкатель перемещается в горизонтальном направле­нии в барабане с помощью штока, который находится внутри полого вала барабана. Шток вращается вместе с валом и совершает одновременно возвратно-поступательные движения (10... 16 ходов в минуту, длина каждого хода составляет примерно 0,1 длины барабана). Сервомеханизм автоматически изменяет направление движения поршня.

Суспензия подводится по оси вала в приемный конус. В конусе имеются отверстия, по которым суспензия поступает в барабан. Внутренняя поверхность барабана покрыта фильтровальным ситом. Осадок, отложившийся на поверхности сита, промывается и переме­щается поршнем к открытому концу барабана. Из барабана осадок выгружается в камеру для осадка.

1 — полый вал; 2 — шток; 3 — корпус; 4 — пор­шень-толкатель; 5 — приемный конус; 6 — барабан; 7— сито

Рисунок 12. Центрифуга непрерывного действия с пульсирующей выгрузкой осадка

 

Центрифуга непрерывного действия с центробежной выгрузкой осадка имеет конический перфорированный барабан, внутри которого вращается шнек со скоростью, несколько меньшей скорости вращения барабана. При вращении витки шнека снимают с барабана отложившийся осадок и перемещают его в нижнюю часть барабана, в камеру для осадка. Выгрузка осадка происходит под действием центробежной силы. При этом осадок не измельчается, его структура не изменяется, как, например, в центрифугах с ножевым срезом и выгрузкой осадка, пульсирующим поршнем.

 

 

контрольные вопросы

1. Классификация фильтровального оборудования.

2. Чем отличаются фильтры непрерывного и периодического действия.

3. Что означает слово «пресс» в названии фильтров.

4. Назначение мешалки в барабанном вакуум-фильтре.

5. Как удаляется осадок из дискового фильтра.

6. Как влияет угол естественного откоса осадка на его удаление в саморазгружающихся центрифугах.

7. Назначение сервомеханизма в центрифуге с пульсирующей выгрузкой осадка.

 

литература

1. Кавецкий Г. Д. , Васильев Б. В., Процессы и аппараты пищевой технологии, - М.: Колос, 2007. -555с.

2. Плаксин Д. С. Процессы и аппараты пищевых производств, - М.: «Информагротех», 2006. -735с.