Фильтры
Основным рабочим органом любого фильтра является фильтрующая перегородка. Последняя может быть одинарной из различных тканей — бязь, бельтинг, лавсан, нейлон и специальный капрон, керамические и металлические материалы — или состоять из двух слоев — один слой ткани и другой слой осадка из уплотненных взвешенных частиц. Уплотненный слой, или осадок, образующийся в большинстве случаев при фильтровании полидисперсных суспензий, частицы взвесей которых тиксотропны, является основным рабочим органом фильтра.
В процессе фильтрования толщина слоя осадка и его гидравлическое сопротивление увеличиваются. Исходя из этого, процесс фильтрования ведут двумя способами: при постоянном давлении фильтруемой среды, поступающей на процесс (при этом уменьшается скорость фильтрования); при постоянной скорости фильтрования и переменном возрастающем давлении.
Существуют различные конструкции фильтров, работающих периодически и непрерывно. В пищевой промышленности используются в основном фильтры периодического действия. Наиболее распространен в пищевой промышленности фильтр-пресс, который используется для окончательной очистки при производстве осветленных соков.
Фильтр-пресс (рис.) предназначен для окончательной очистки соков и состоит из станины 1, на которой смонтированы задняя упорная плита 5, передняя нажимная плита 9 и плиты 6, 8, установленные на два горизонтальных стержня 7.
Рис. Фильтр-пресс
Насос 2, нагнетающий суспензию в канал 4, приводится в движение электродвигателем 3. Нажимная плита 9 перемещается винтом 10 при помощи маховика 11. Уплотнение плит 8 производится винтом 10 с помощью рычага 12 или механическим приводом. Собранные в пакет плиты с размещенными между ними фильтрующими пластинами плотно сжимаются. При этом фильтрующие пластины делят зазор между двумя плитами на две части, что достигается благодаря ребристой поверхности плит. Поэтому различают четные учетные отсеки. Если исходная суспензия поступает в четный отсек, осветленный сок будет выходить из нечетного отсека.
Каждая плита имеет по два фасонных прилива с отверстиями. Эти приливы расположены в двух углах четных плит с одной стороны, в нечетных плитах — с противоположной стороны. Таким образом, при сборе плит в пакет создаются два канала в четных и два канала в нечетных плитах, соединенных с полостями, образуемыми каждой парой плит с разделяющей их фильтрующей пластиной.
При работе фильтра фильтруемая суспензия нагнетается в каналы четных плит, затем через отверстия в них поступает в отсеки для исходной суспензии и под давлением проходит через фильтрующие пластины (рис.), при этом частицы взвесей задерживаются, а осветленный сок попадает в отсеки для конечного осветленного сока, затем по двум каналам нечетных пластин выходит из фильтра в сборник для осветленного сока.
Рис. Схема прохождения сока по пластинам в камерном фильтр-прессе
Техническая характеристика фильтр-пресса
Производительность, дал/ч........950
Площадь фильтрующей поверхности, м2. . . . 20,5
Максимальное давление фильтрования, МПа . . 0,95
Потребляемая мощность, кВт......5,5
Габаритные размеры, мм................2950x1090x1240
Масса, кг.............1575
Патронные фильтры находят широкое применение для контрольной фильтрации сока I сатурации, фильтрации сока II сатурации, фильтрации сиропа с клеровкой и для отделения от рафинадных сиропов нерастворимых примесей.
Известны конструкции патронных фильтров с тканевой, проволочной опорной поверхностью фильтрующих элементов и фильтров с керамическими фильтрующими элементами. Последние оказались несовершенными в эксплуатации вследствие загрязнения пор фильтрующих элементов и частой сложной регенерации их при помощи кислотных растворов. К недостаткам керамических фильтров относится также хрупкость фильтрующих элементов, что требует тщательной сборки и разборки их. Наибольшее распространение в промышленности нашли патронные фильтры с проволочной опорной поверхностью фильтрующих элементов типа ПФ-10 и ПФ-20.
Принцип действия всех фильтров одинаков. Отличаются они друг от друга конструкцией фильтрующих элементов (патронов) и установкой их в корпусе фильтра. Все они являются фильтрами периодического действия, работающими под давлением, имеющими небольшое гидравлическое сопротивление и высокую скорость фильтрации.
Типовыми фильтрами для фильтрации продуктов свеклосахарного и рафинадного производств приняты фильтры с проволочной поверхностью фильтрации типа ПФ-10 и ПФ-20.
Патронный фильтр ПФ-20 (рис.) состоит из цилиндрического корпуса 9, конического днища 15, выпуклой крышки 4, на которой установлены рымболты 3, и плиты 7, в которой закрепляются патроны 10 прижимами 22. В нижней части патроны устанавливаются в отверстия решетки 12.
Рис. Патронный фильтр ПФ-20
Плита устанавливается при помощи уплотнений между фланцами цилиндрического корпуса и выпуклой крышки и образует две камеры фильтра. В нижнюю камеру 8 при помощи коллектора 17, присоединенного к патрубку 14, подводятся кизельгурная суспензия, фильтруемый продукт и промывная вода. Из камеры 6 через коллектор 21, присоединенный к патрубку 5, отводятся жидкая фаза кизельгурной суспензии, фильтрат и промой. Кроме того, для подвода воздуха в верхнюю камеру установлен вентиль 19, а в нижнюю — патрубок 2. Сброс воздуха из нижней камеры осуществляется через трубу 11. Для наблюдения за состоянием внутренней части нижней камеры установлены смотровые стекла 1. Удаление промытого осадка осуществляется через патрубок 16. Фильтр установлен на трубчатом каркасе 13. Для управления процессом фильтрации имеются задвижки с электродвигателями 18 и маховиками 20.
Полный цикл работы фильтров включает в себя следующие стадии: намыв кизельгура, возврат первых мутных порций фильтруемого продукта, фильтрация, вытеснение нефильтрованного продукта, промывка осадка и удаление осадка. В эксплуатации фильтры полностью автоматизированы.
На сахарорафинадных заводах патронные фильтры используют для отделения осадка от растворов рафинадного производства.
Фильтрующий патрон ПФ-20 (рис. а) состоит из трех фильтрующих элементов 4 и опорного патрубка 2, которые при помощи стяжки 3, шайбы 5, планки 1 и гаек 6 скрепляются жестко. Патроны в собранном состоянии устанавливаются в отверстия плиты 7 и зажимаются прижимом 9, который устанавливается на шпильке 8.
Рис. Патрон с проволочной опорной поверхностью: а — общий вид патрона; б — фильтрующий элемент
Для того чтобы патроны не отклонялись от вертикальной оси, нижняя часть стяжки каждого патрона устанавливается в отверстие проволочного каркаса, расположенного в низу цилиндрического корпуса фильтра.
Фильтрующий элемент патрона представлен на рис. б. Каркас 1 элемента изготовляется из нержавеющей стали и состоит из нижней 2 и верхней 6 втулок, к которым приварены уголки 5. Для жесткости каркаса уголки приварены к кольцам 3, расположенным по высоте на расстоянии 40 мм друг от друга.
Опорным слоем для кизельгура и осадка является проволочная 4 щелевидная поверхность каркаса элементов. Образуется она путем нарезания канавок на острых выступах уголков с шагом 0,8 мм и затем навивкой проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,7 мм.
При вышеуказанных размерах шага резьбы и проволоки размер щелей равен 0,1 мм. Общая площадь поверхности фильтрации одного патрона составляет 0,241 м2.
Патроны с проволочной опорной поверхностью просты по устройству, но имеют существенные недостатки. Так как щели, образованные смежными витками проволоки, вначале имеют расширение, а затем к центру проволок сужаются, то не исключена возможность застревания мелких частиц кизельгура и осадка в щелях. Это приводит к уменьшению живого сечения опорного слоя и скорости фильтрации.
Некоторые зарубежные фирмы выпускают фильтры, патроны которых набраны из отдельных штампованных пластин (рис. а). При соединении пластин 2 получаются щели 3. Такие патроны называются саморегенерирующимися. Мелкие частицы осадка, попадая в суженную часть щели, имеющую наклонную стенку, уносятся фильтратом. Такие патроны работают лучше патронов с проволочной опорной поверхностью, но они сложны в изготовлении.
Рис. Патроны фильтров: а — изготовленный из отдельных пластин; б — с тканевой опорной поверхностью
Патрон фильтра с тканевой опорной поверхностью изображен на рис. б. Он представляет собой перфорированный корпус 11 из нержавеющей стали, к нижней части которого приварено донышко 12 с хвостовиком 17, имеющим резьбу.
На корпус патрона надевается тканевый чулок 1, который снизу имеет загиб 13 и закрепляется при помощи шайбы 14 и гайки 15. Перед установкой патронов в отверстия плиты 5 на них надевают резиновые уплотняющие кольца 8. К плите патроны прижимаются шайбами 9, которые надеваются на шпильки 10. Каждая шайба прижимает три патрона.
Для сохранения параллельности и вертикальности труб хвостовики 17 патронов устанавливаются в отверстия решетки 16, изготовленной из нержавеющей проволоки. Решетка крепится к хвостовикам патронов при помощи дополнительных гаек.
Плита зажимается между фланцами 3 и 6 корпуса 2 фильтра и крышки при помощи болтов. Уплотнение между верхней и нижней частью фильтра создается прокладками 4 и 7. Фильтрованный сок направляется внутрь патрона и выходит из верхней его части.
Патронные фильтры устанавливаются на полу второго этажа вблизи стены с таким расчетом, чтобы крепление трубопроводов осуществлять на стене. Проходы между фильтрами и стеной должны быть не менее 1500 мм. Над батареей фильтров рекомендуется устанавливать монорельс с устройством для снятия крышек и плит с фильтрующими элементами.
Для монтажа и демонтажа фильтрующих элементов в плитах фильтров необходимо иметь специальные подставки высотой не менее 1800 мм.
Сборник нефильтрованного сока перед фильтрами необходимо снабдить поплавковым устройством для указания уровня сока в нем. На трубопроводе, подводящем сок в фильтр, установить расходомер, снабженный счетчиком. Корпус фильтра и трубопроводы должны быть изолированы.
После монтажа фильтров вся установка должна быть испытана гидравлическим давлением 0,4 МПа.
В процессе фильтрации нельзя допускать соединения слоя осадка, образовавшегося на отдельных фильтрующих элементах, так как при промывке осадка обратным током жидкости из-за большого сопротивления могут разрушаться фильтрующие элементы.
Необходимо следить за давлением в коммуникациях, подводящих нефильтрованный продукт в фильтр, которое должно быть постоянным. В случае колебаний давления поступающего продукта слой осадка на фильтрующих элементах может давать трещины, что отрицательно сказывается на качестве фильтрата или осадок будет сползать с поверхности фильтрующих элементов.
При эксплуатации фильтров с керамической поверхностью фильтрации необходимо для разбавления кизельгура применять чистую воду, а также не допускать попадания масла на керамику. Загрязненная вода и масло закупоривают поры керамических элементов, и фильтр быстро выходит из строя.
В процессе эксплуатации часто могут быть следующие ненормальности: выходит мутный фильтрат или значительно повышается давление в фильтре. В первом случае чаще всего бывает повреждена поверхность фильтрации отдельных патронов. Необходимо остановить фильтр, снять верхнюю крышку и при помощи шланга подавать в патроны воду. Патроны, в которых вода проходит очень быстро, имеют поврежденную поверхность, их необходимо заменить.
Дисковые фильтры типа ФД являются фильтрами периодического действия, в которых фильтрация производится под давлением. Поверхность фильтрации представляет собой диски, установленные на полом вращающемся валу. Промытый осадок удаляется гидравлическим способом. Применяются они для фильтрации сока I и II сатураций.
По сравнению с фильтр-прессами они имеют следующие преимущества: облегчают условия труда, сокращают затраты рабочей силы, уменьшают расход фильтровальной ткани и обеспечивают получение чистого фильтрата, не требующего контрольной фильтрации.