Практическое занятие № 14.

Тема: Отстаивание и осаждение. Фильтрование.

Цель работы:Анализ работы оборудования для фильтрования: фильтры и центрифуги.

Порядок выполнения работы:

17. Записать в тетради тему практической работы.

18. Ознакомится с конструкцией и принципом действия фильтровального оборудования.

19. Произвести сравнительный анализ фильтровальное оборудование работающего при постоянном перепаде давления и работающего под вакуумом.

20. Записать вывод о проделанной практической работе.

21. Ответить на контрольные вопросы.

Содержание работы:

Фильтрованиемназывается процесс разделения суспензий и туманов через пористую, называемую фильтровальной перегородкой, способную пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них частицы.

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.

При разработке новых видов фильтровального оборудования следует ориентироваться на создание компактных аппаратов с раз­витой фильтровальной поверхностью, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки технологического 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.

 

Фильтрат

Рис. 1. Нутч-фильтр с перемешивающим устройством:

1 — привод; 2 — корпус фильтра; 3 — мешалка; 4 — спускной кран; 5 — фильтровальная перегородка; 6 — фильтровальная ткань.

 

Рис. 2. Рамный фильтр-пресс: 1 – упорная плита; 2 – рама; 3 - плита; 4 – фильтровальная перегородка; 5 — подвижная плита; 6 — горизонтальная направляющая; 7 — винт; 8 — станина; 9 — желоб.

 

Рамный фильтр-пресс (рис. 2.) используется для осветления виноматериалов, 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.

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.

 

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

1,2 — каналы для ввода суспензии и промывной жидкости; 3 — дренажный канал; 4 — сбор­ный канал; 5 — отводной канал

 

При фильтровании (рис. 4, а) 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. 4, б) 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.

Фильтр-пресс автоматизированный камерный с механи­зированной выгрузкой осадка (ФПАКМ) используют для разделе­ния тонко дисперсных суспензий концентрацией 10... 500 кг/м³ при температурах до 80⁰ С. Является фильтром периодического 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).

 

 

Рис. 4. Схема работы рамного фильтр-пресса:

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

 

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.

 

Рис. 5. Фильтр-пресс с горизонтальными камерами (ФПАКМ):

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.

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.

 

Рис. 6. Барабанный вакуум-фильтр с распределительной головкой; 1 — перфорированный барабан; 2 — фильтро­вальная ткань; 3 — ножевое устройство; 4 — секция; 5 — корыто; 6 — мешалка; 7 — труба; 8 — разбрызгиватель; 9 — распределительная головка

 

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.

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.

Схема фильтровальной установки с барабанным вакуум-филь­тром показана на рис. 8.11. Суспензия подается в корыто фильтра, где установлена качающаяся мешалка, препятствующая сепарации крупных твердых частиц большой плотности. При погружении 30 % поверхности барабана в суспензию он подключается к вакуум-насо­су. Фильтрат и промывная жидкость собираются в сборниках 3, где от них отделяется воздух, поступивший в фильтр во время обезво­живания и промывки осадка, и затем откачиваются насосами.

Дисковые фильтры (рис.9.) применяют для разде­ления тонко дисперсных суспензий; они работают под давлением с намывным слоем вспомогательного вещества. Дисковый фильтр представляет собой вертикальную емкость с обогреваемой рубаш­кой. Внутри фильтра на полый вал 6 насажены 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.

 

 

 

Рис. 7. Барабанный вакуум-фильтр:

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

 

Рис. 8. Схема фильтровальной установки:

1— барабанный вакуум-фильтр; 2 — приемник осадка; 3 — сборники фильтрата и промывной жид­кости; 4 — воздуходувка; 5 — вакуум-насос; 6 — насосы для отбора фильтрата и промывной жидко­сти; 7 — насос для суспензии; 8 — емкость для суспензии

 

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.

 

 

Рис.9. Дисковый фильтр: 1 — шкив; 2 — сальниковое уплотнение; 3 — крыш­ка; 4 — корпус фильтра; 5 — рубашка; 6 — вал; 7— фильтровальный элемент; 8 — подпятник

 

 

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. 10.) 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.

 

 

Рис. 10. Ленточный вакуум-фильтр:

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

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Какое оборудование применяется для разделения неоднородных систем методом фильтрования?

2. Какие конструкции фильтрующих центрифуг применяются в пищевой промышленности?

3. Что является главным отличием центрифуг от отстойников?