Принципиальные конструктивные схемы разделение жидких ПП. Классификация и принцип действия.

Машины и аппараты для разделения жидкообразных неоднородных пищевых сред путем отстаивания, Фильтрования, центрифугирования и сепарирования.

Отстаиванием называется процесс разделения неоднородных жидких смесей на фракции, различающиеся по плотности, в поле гравитационных сил. Фильтрацией называется процесс отделения осадка от суспензий при помощи пористых, фильтрующих перегородок, которые задерживают осадок и пропускают осветленную жидкость.

Центрифугированием называется разделение неоднородных суспензий на фракции в поле центробежных сил. Различают отстойное и фильтрационное центрифугирование.

Сепарированием называется процесс разделения неоднородных жидких смесей на фракции, различающиеся по плотности, в поле действия центробежных сил.

Фильтрационное центрифугирование получило распространение в сахарной промышленности для фуговки утфеля.

Утфель представляет собой двухфазную вязкую массу, содержащую 45...60 % по объему кристаллов сахара и межкристальный раствор. Процесс фуговки осуществляется за счет действия центробежной силы на утфель, загруженный в цилиндрический перфорированный ротор центрифуги, вращающейся с окружной скоростью 50...90 м/с (рис. 11.1). Для лучшего отделения межкристального оттека и задержания кристаллов сахара внутри ротора центрифуги устанавливают подкладочные и фильтрующие сита. Процесс фуговки утфеля делится на три периода: образование осадка, уплотнение и механическая сушка осадка. Первый период —обычная фильтрация, причем давление обусловливается гидравлическим напором под действием центробежных сил. Во время второго периода центрифугируемая масса представляет собой двухфазную систему, причем вначале твердые частицы имеют

минимум точек касания. В дальнейшем происходит сближение частиц с уменьшением объема пор массы и выжимание жидкой фазы из этих пор. На межкристальную жидкость оказывают давление твердые частицы и центробежные силы. С течением процесса сжатия осадка число точек касания между частицами увеличивается.

Одновременно давление на жидкость, вызванное действием поля центробежных сил, падает вследствие уменьшения гидравлического напора по мере удаления межкристального раствора. Когда уровень жидкости опускается до дренирующего слоя, начинается третий период.

К началу третьего периода на поверхности кристаллов и в местах их соприкосновения остается межкристальная патока, удерживаемая капиллярными и молекулярными силами. Этот период характеризуется стеканием патоки по незаполненным порам с поверхности кристаллов до тех пор, пока силы молекулярного сцепления оставшейся пленки патоки на кристаллах уравновешиваются центробежными силами.

Чтобы удалить оставшийся на поверхности кристаллов раствор, их промывают водой и сушат паром (пробелка).

Принцип действия сепаратора-разделителя (рис. 11.2, а) заключается в следующем. Исходная гетерогенная система по центральной трубке поступает в тарелкодержатель, откуда по каналам, образованным отверстиями в тарелках, поднимается вверх комплект тарелок и растекается между ними. Под действием центробежной силы легкая фракция оседает на верхнюю поверхность нижележащей тарелки. По этой поверхности легкая фракция движется к центру барабана, далее по зазору между кромкой тарелки и тарелкодержателем поднимается вверх барабана и отводится

по коммуникациям. Тяжелая фракция в межтарелочном пространстве оттесняется к нижней поверхности тарелки. По этой поверхности фракция движется к периферии тарелки и по зазору между разделительной тарелкой и крышкой барабана поднимается вверх барабана, откуда отводится по специальным коммуникациям. 

Сущность процесса осветления (рис. 11.2, б) заключается в следующем. Продукт, подвергаемый очистке, по центральнойтрубке поступает в тарелкодержатель, из которого направляется в шламовое пространство между кромками пакета тарелок и крышкой. Затем жидкость поступает в межтарелочные пространства. По зазору между

тарелкодержателем и верхними кромками тарелок поднимается вверх и через прорезь выходит из барабана. Процесс очистки начинается в шламовом пространстве и завершается в межтарелочных б)

Рис. 11.2. Схема барабанов тарельчатых сепараторов: а — сепаратора-разделителя; б — сепаратора-осветлителя.

С исходный продукт, ■*—< легкая фракция; тяжелая фракция; вевев - осадок

Процесс разделения гетерогенных систем осуществляется главным образом в межтарелочном пространстве. При этом траектория частиц дисперсной фазы состоит из двух стадий. Легкая фракция дисперсной фазы движется к оси вращения (рис. 11.3,а), а тяжелая — к периферии (рис. 11.3, б).

Саморазгружающиеся сепараторы разделяются на две основные группы: с непрерывным и пульсирующим отводом осадка. В сепараторах с непрерывным отводом осадка последний удаляется вместе с частью жидкой фазы через сопла в виде концентрированной тяжелой фракции.

В сепараторах с пульсирующим отводом осадка последний выбрасывается из барабана при перемещении п одвижного элемента, открывающего разгрузочные щели на периферии барабана. При полной разгрузке периодически прекращается поступление продукта на сепарирование, разгрузочные щели барабана открываются и все его содержимое, т.е.выделенный осадок и жидкая фаза, выбрасывается в приемник. Основные конструктивные факторы, которые оказывают существенное влияние на эффективность процесса сепарирования, вытекают из формул для определения производительности сепараторов. К этим факторам относятся частота вращения барабана, размеры барабана и тарелок, расстояния между тарелками. Движущей силой фильтрации является разность давлений на входе в фильтр, состоящем из фильтрующей перегородки и слоя осадка, и на выходе из него.

Для создания разности давлений на одной стороне фильтрующего слоя должно быть избыточное давление или вакуум, в любом случае фильтрат (очищенная жидкость) поступает в сторону пониженного давления.

В качестве фильтрующих перегородок используют ткани (хлопчатобумажные, бязь, лавсан, бельтинг, капроновые, нейлоновые), ацетатцеллюлозу, полисульфон, листовой картон, металлокерамику, намывные фильтры (диатомитовые, керамические, гравиевые), патронные фильтры.

Таким образом, процесс фильтрации основан на задержании твердых взвешенных частиц фильтрующими перегородками, способными пропускать только жидкость и задерживать частицы твердой фазы. При прохождении суспензии через пористую перегородку за счет разности давлений до и после перегородки жидкая фаза проходит через поры перегородки и собирается в виде освобожденного от твердых примесей фильтрата, а твердые частицы задерживаются на поверхности фильтрующей перегородки, образуя слой осадка. Образующийся на поверхности перегородки слой осадка используется как фильтрующая среда: исходная суспензия, проходя через пористые каналы слоя осадка, частично освобождается от примесей. Для уменьшения его гидравлического сопротивления необходимо

периодически удалять большую часть осадка с фильтрующей перегородки.

Классификация мембранных модулей и аппаратов. Аппараты для обратного осмоса и ультрафильтрации бывают периодического и непрерывного действия.

По способу расположения мембран аппараты делятся на аппараты типа «фильтрпресс» с плоскокамерными фильтрующими элементами, аппараты с цилиндрическими и рулонными элементами и аппараты с мембранами в виде полых волокон. Перечисленные аппараты состоят из отдельных секций или модулей, что позволяет собирать аппараты с различной площадью поверхности разделения. В зависимости от формы мембраны и типа ее укладки мембранные аппараты делят на четыре группы.

1. Аппараты, составленные из модулей типа фильтр-пресс с плоскопараллельными фильтрующими элементами (рис. 11.5). Модуль состоит из рам и опорных дренажных плит, через поры которых отводится фильтрат. Ширина канала, по которому движется исходная жидкость, зависит от толщины прокладки (рамки) и обычно составляет 0,8... 1,0 мм. Модули устанавливают на общей раме, а разделяемая жидкость может последовательно перетекать из одного модуля в другой или подаваться в каждый модуль независимо. В пределах одного модуля жидкость движется по каналам параллельно.

Аппараты, составленные из модулей типа фильтр-пресс, просты по конструкции, удобны при монтаже и обслуживании. Недостатки аппаратов этого типа — низкая скорость движения жидкости в канале, необходимость ручной сборки и разборки, сравнительно небольшая удельная фильтрующая поверхность.

2.Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами. Изготовляют трубчатые элементы двух типов: мембрану 1 наносят на внутреннюю поверхность пористой несущей трубки 2 (рис. 11.6, а) или на внешнюю поверхность (рис. 11.6, б) и закрывают кожухом 3. Элементы с внутренней мембраной выгодно использовать в бескорпусных аппаратах, когда фильтрат свободно изливается через поверхность трубок и собирается в установленных внизу лотках. При движении исходного раствора по трубкам вдоль мембраны обеспечиваются наилучшие гидродинамические условия процесса.

К трубчатым фильтрующим элементам относятся также цилиндрические патроны, состоящие из цилиндрического пористого каркаса, покрытого мембраной. Патроны снабжены уплотнительными устройствами, позволяющими набирать из них трубы заданной длины. Трубчатые модули характеризуются сравнительно малой удельной поверхностью фильтрации.

3.Аппараты с рулонными или спиральными модулями. Спиральный модуль устройством напоминает cпиральный теплообменник. Спираль модуля состоит из ленты упругого дренажного материала 3, с двух сторон покрытого ленточными мембранами 2. Поверх мембран уложена сетка 1 сепаратора. Такую многослойную

ленту сворачивают в рулон (рис. 11.7) и помещают в цилиндрический корпус. Исходный раствор с торца рулона поступает сразу во все каналы спирали, проходит по ними отводится в виде концентрата с противоположного торца. Фильтрат по дренажному слою перемещается от периферии к центру спирали и выводится из аппарата через центральную трубку. Известны модули с вспомогательными трубками для отвода фильтрата, установленными в нескольких местах рулона, модули с торцовым отводом фильтрата и целая гамма конструкций, отличающихся способом укладки рулона. Недостатки аппаратов этого типа—необходимость замены всего модуля при местном повреждении мембраны, а также сложность герметизации при высоком рабочем давлении. Преимущества модулей рулонного типа — высокая плотность укладки мембран и малая металлоемкость. На преимущества этой конструкции указывает тот факт, что уже сейчас в мире действуют установки с модулями этого типа для опреснения

воды производительностью до 10 000 м3 в сутки.

4.Модули с мембранами типа полых волокон. Эти модули конструктивно напоминают модули с трубчатыми мембранами. Крепление волокон в торцах модуля осуществляется заливкой концов клеем на основе эпоксидных смол. Полые волокна, достаточно устойчивые по отношению к внешнему и внутреннему давлению, не нуждаются в поддерживающем каркасе, поэтому возможна их плотная укладка в виде прядей внутри модуля. Такие модули характеризуются наибольшей удельной поверхностью фильтрации. Недостатки модулей с фильтрующими волокнами —возможность обеспечить перемешивание раствора вне волокна, тем более внутри его, а также необходимость предварительной тщательной очистки раствора от посторонних частиц. Модули из полых волокон используют в основном в процессах обратного осмоса.

16. Принцип работы сепаратора сливкоотделителя.

Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С (рис. 11.15) состоит из станины 17 с приводным механизмом, приемно-отводящего устройства 12, гидроузла, чаши станины с приемником осадка 7, глушителя, пробки спуска масла 1, указателя уровня масла 2, горизонтального вала 3, тахометра 4, пробки залива масла 5, трубки подвода воды в

сепарирующее устройство 6, зажима 8, гайки 9, крышки 11, штуцера подвода воды 16, вертикального вала 18, а также из пульта управления. Молоко подается по трубопроводу и центральной трубке 15 приемно-отводящего устройства во вращающееся сепарирующее устройство 10. В это время поршень сепарирующего устройства закрыт. В полости под поршнем находится вода. При работе сепаратора происходит незначительное ее вытекание из сепарирующего устройства и патрубка станины при подпитке. Для герметизации системы поршень поджимается к прокладке силой гидростатического давления. Молоко подается в сепарирующее устройство, проходит через отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы пакета, распределяется в межтарелочных пространствах, разделяясь на сливки, оттесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняемое к периферии сепарирующего устройства. Сливки и обезжиренное молоко выводятся через камеры напорных дисков 13 и 14.

Твердые частицы и тяжелые примеси, выделяющиеся из молока, поступают в периферийный объем сепарирующего устройства, где происходит их накопление и уплотнение. Во избежание потерь молока применяют только частичную выгрузку осадка при открытии каналов. Разгрузку сепараторов осуществляют в один или два этапа. При одноэтапной разгрузке осадок выгружается без перекрытия устройства для подачи исходного продукта. Однако во избежание потерь продукта в период раскрытия сепарирующего устройства выгружается не весь осадок, а лишь его часть. При двухэтапной разгрузке сначала перекрывается устройство для подачи исходного продукта и удаляется жидкость из межтарелочного пространства, а затем уже открываются щели для выгрузки, в результате чего осадок выбрасывается из сепарирующего устройства в приемник под действием центробежной силы.