 |
Фильтрование под гидростатическим давлением фильтруемой жидкости
|
|
|
|
Контактные сушилки.
В контактных сушилках тепло высушиваемому материалу передается через металлическую стенку, обогреваемую паром или водой. Поверхность контакта может быть либо цилиндрической, когда паста или густой раствор высушиваемого продукта подаются на поверхность обогреваемого цилиндра (одно- и двухвальцовые сушилки), либо плоской, когда влажный продукт насыпается на горизонтальные плиты, обогреваемые изнутри паром, водой, электронагревателями. Применяют цилиндрические поверхности с наружным обогревом цилиндров и подачей материала внутрь (гребковые, центробежно-щеточные сушилки).
Одно-вальцовая сушилка
1-сифонная трубка; 2-патрубок для пара;3-цапфа;4-патрубок для отвода воздуха;5-чугунный валец
Рисунок 164 - Одновальцевая сушилка.
Схема одновальцовой сушилки приведена на рисунке 164. Сушилка представляет собой полый чугунный валец 5, вращающийся от электродвигателя. Пар, обогревающий валец, поступает через патрубок 2 и цапфу 3. Влажный материал подается в лоток 9, где перемешивается мешалкой. Конденсат отводится через сифонную трубку 1. Пленка материала, образующаяся на поверхности вальца, калибруется скребком, укрепленным на оси, и срезается ножом. Высушенный продукт по фартуку через патрубок поступает в ящик. Влажный воздух отсасывается через патрубок 4.
Диаметр таких сушилок типа СОА 600 - 800 мм при площади поверхности нагрева до 5 м2. Диаметр вакуумных сушилок типа СВЦО до 1250 мм при длине вальца от 1400 до 3200 мм. Напряжение поверхности барабана по влаге составляет 
=30 
70 кг/(м2.ч).
Двух вальцовая сушилка
- загрузочная воронка: 2 - вытяжное устройство; 3 - ножи-скребки;4 - шнек; 5 - вальцы.
Рисунок 165 - Двухвальцовая сушилка.
|
|
|
Двухвальцовая сушилка (рисунок 165) состоит из полых барабанов-вальцов 5, вращающихся навстречу друг другу и обогреваемых изнутри паром. Подвод пара внутрь барабана и отвод конденсата производится через полую цапфу. Материал поступает сверху через загрузочную воронку 1. При вращении вальцов к ним прилипает тонкий слой материала, который высыхает за время одного оборота. Сухой материал снимается неподвижными ножами-скребками 3 и удаляется шнеками 4 или другим транспортным устройством. Для отвода образующегося при сушке пара служит вытяжное устройство 2.
Вальцовая вакуум-сушилка
1-вальцы; 2-скребки; 3-патрубок для влажного материала; 4-патрубок для отвода газа; 5,7-колоколы; 6-камера для сбора сухого материала.
Рисунок 166 -Вальцовая вакуум-сушилка.
Вальцовая вакуум-сушилка (рисунок 166) применяется в тех случаях, когда необходимо снизить температуру сушки. От обычной вальцовой сушилки она отличается тем, что вальцы 1 окружены кожухом, во внутреннем пространстве которого создается вакуум. Влажный материал подается через патрубок 3. При вращении вальцов материал прилипает к ним, высушивается и высушенный срезается скребками 2. Образующийся пар отсасывается через патрубок 4.
В аппаратах, непрерывно перерабатывающих сыпучий материал под вакуумом, особенно трудной задачей является устройство загрузки и выгрузки материала, поскольку сам кусковой материал, имеющий каналы между частицами, не может служить затвором, как жидкость.
Эта задача, в частности и для вакуум-сушилок непрерывного действия, решается двумя путями.
1. Загрузка и разгрузка ведется периодически, например, один раз в смену. В этом случае сырой материал засыпается в закрытый питательный бункер и расходуется оттуда, а высушенный накапливается в сборном бункере сушилки в течение определенного времени (смены), после чего отключается вакуум и производится разгрузка сборного бункера.
|
|
|
2. Применяются герметические затворы. Для разгрузки применяется, например, шлюзовый затвор, как показано на рисунок 20. В этом затворе колокола открываются в следующем порядке: при закрытом колоколе 7 открывается колокол 5, материал пропускается из конуса сушилки в камеру 6, затем закрывается колокол 5 и открывается колокол 7 - материал выпускается из сушилки. При необходимости повысить герметичность число камер-шлюзов увеличивается до 3 - 5. Закрывание и открывание заслонок шлюзов и их чередование может быть легко автоматизированно.
Трубчатая сушилка
1 - трубки; 2 - винтовые вставки; 3 - трубные доски; 4 - привод; 5 - труба ввода пара; 6 - цапфа; 7 - распределительное устройство; 8 - кожух; 9 - труба для отвода конденсата; 10 - камера разгрузки
Рисунок 167 - Трубчатая сушилка.
Такие устройства позволяют вести разгрузку небольшими порциями через малые промежутки времени. В результате разгрузка становится почти непрерывной.
Получила распространение одновальцовая формующая сушилка, работающая при атмосферном давлении. Барабан этой сушилки имеет рифленую поверхность с кольцевыми канавками глубиной 6 - 10 мм. Паста вжимается в канавки с помощью прижимного валика. Подсушенный за один оборот материал выламывается кусочками в виде отформованных палочек при помощи гребенчатого ножа. Досушка материала производится в барабанной или ленточной сушилке. Такие комбинированный сушилки называются вальцово-барабанными или вальцово-ленточными.
Сушилки трубчатого типа, применяемые для сушки кристаллических продуктов. Они состоят из пучка наклонных трубок, обогреваемых снаружи, внутри которых движется высушиваемый материал. Сушилки отличаются значительными напряжениями по влаге. Схема трубчатой сушилки представлена на рисунке 167, на котором трубки 1 диаметром 100/108 или 119/128 мм развальцованы в днищах 3. Для перемешивания материала внутри труб расположены винтовые вставки 2. Влажный материал подается в трубы через распределительное устройство 7 (степень заполнения 
33%). Высушенный материал поступает в камеру 10 и выгружается из сушилки. Сушилка окружена кожухом 8. Трубы обогреваются снаружи паром, который подводится по трубе 5 через цапфу 6 в межтрубное пространство. Давление пара зависит от требуемой температуры. Конденсат отводится при помощи U-образных трубок через вторую цапфу по трубе 9. Привод барабана 4 - фрикционный. Скорость вращения барабана 4 - 8 об/мин. Угол наклона барабана составляет 8 - 15о и зависит от материала. Производительность сушилки для угля - до 60 т/ч. Диаметр барабана 2 - 4 м, длина 4 - 8 м. Число трубок 192 - 860 шт. Поверхность нагрева 192 - 2200 м2.
|
|
|
23 Барботажные ферментеры
Барботажные ферментеры (биореакторы), подача воздуха в которых осуществляется через барботажные устройства, расположенные в нижней части аппарата;
Барботажные ферментеры имеют небольшие объемы - они используются при производстве маточных культур и хлебопекарных дрожжей. Это вертикальные цилиндрические емкости, на дне которых располагаются барботеры различных конструкций. Внутри аппарата размещается теплообменник для отвода теплоты.
Главный недостаток барботажных биореакторов является неравномерность распределения концентрации культивируемых микроорганизмов. В таких аппаратах невысокие массообменные характеристики.
1 – корпус; 2 – воздухораспределитель; 3 – карман; 4 - коллектор
24 Особенности процесса выпаривания продуктов биосинтеза. Одно- и многоступенчатые схемы процесса вакуум-выпарки.
Выпаривание - процесс концентрирования раствора практически нелетучих веществ путем испарения жидкого летучего растворителя.
Процесс выпаривания применяют как для частичного удаления растворителя, так и для полного разделения раствора на растворитель и растворенное вещество. В последнем случае выпаривание сопровождается кристаллизацией.
Физическая сущность: превращение растворителя в пар при кипении раствора и удалении образующегося пара.
Источник тепловой энергии - любые теплоносители (насыщенный водяной паргреющий или первичный).
В зависимости от свойств выпариваемого раствора и дальнейшего использования тепла вторичного пара выпаривание производят как при атмосферном давлении, так и при давлениях выше (избыточном) или ниже атмосферного (вакуум). Самый простой - выпаривание под атмосферным давлением, но при этом вторичный пар не используется, а удаляется в атмосферу. Вторичный пар, отбираемый на сторону вне целей выпаривания, называют экстра-паром.
|
|
|
Выпаривание под избыточным давлением позволяет использовать тепло вторичного пара, но обусловливает повышение температуры кипения раствора и, следовательно, требует применения греющего агента с более высокой температурой. Поэтому данный способ следует применять для выпаривания растворов не чувствительных к высоким температурам.
Выпаривание под вакуумом имеет ряд преимуществ по сравнению с двумя рассмотренными выше способами:
а) позволяет снизить температуру кипения раствора (выпаривание растворов, чувствительных к высоким температурам, а также высококипящих растворов);
б) при вакууме увеличивается разность температур между греющим агентом и кипящим раствором, что, при прочих равных условиях, позволяет уменьшить поверхность теплообмена аппарата;
в) за счет понижения температуры кипения раствора при разрежении можно использовать греющий агент более низких рабочих параметров (температуры и давления);
г) можно использовать в качестве греющего агента вторичный пар самой выпарной установки, что значительно снижает расход первичного греющего пара.
В химической технике выпаривание осуществляют либо в одном аппарате (однокорпусное выпаривание), либо в нескольких последовательно соединенных между собой аппаратах (многокорпусное выпаривание). Применяется также однокорпусное выпаривание с тепловым насосом.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления, связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Выпаривание под вакуумом имеет определённые преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то, что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением: давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды).
При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах.
Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и выпаривание, под вакуумом проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого раствора) корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в данном корпусе, т.е. создать, необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. Следовательно, в многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по равнению с однокорпусными установками той же производительности.
|
|
|
25 Распылительные сушилки для сушки биопродуктов.
Распылительная сушилка применяется для сушки пастообразных и жидких материалов. В ней высушиваемый материал распыляется в горячем газе (воздухе). Распыливание производится форсунками (механическими или пневматическими) или центробежными дисками.
При механическом распыливании раствор соли, например уксуснокислого кальция, нагнетается в форсунках под давлением от 30 до 200 атм. Размер капель при распыливании зависит от давления жидкости, диаметра выходного отверстия, вязкости жидкости и т.д., и колеблется в пределах от 20 до 100 мк. На размеры капель влияет главным образом турбулизация жидкостной струи, которая создается повышением скорости закручивания струи в форсунке. Схемы двух механических форсунок представлены на рисунке 158. На рисунок 158а приведена конструкция форсунки, предназначенной для распыливания высококонцентрированных растворов и выполненной из легированной стали. Форсунка состоит из корпуса 1, головки форсунки 2 и диска 3. Насадка сменная, позволяющая изменять диаметр выходного отверстия от 0,8 до 1,5 мм.
На рисунке представлен другой тип механической форсунки, состоящей из корпуса 1, который навинчивается на питающую головку 2 и закрепляется контргайкой 4. Раствор проходит через восемь отверстий диска 3 и три тангенциальных канала диска 5, закручивается в центральной камере диска и через отверстие в диске 6 выдавливается наружу.
1 - корпус; 2 - питающая головка; 4 - контргайка; 3, 5, 6 - диск.
Механические форсунки отличаются высокой производительностью, бесшумностью работы, дают тонкий и равномерный распыл. Производительность форсунок при сушке до 600 кг/ч, хотя форсунка может распыливать до 4,5 т/ч продукта. Расход энергии на распыление от 2 до 10 кВт на тонну раствора. К недостаткам форсунок следует отнести невозможность регулирования производительности форсунки и быструю засоряемо
сть выходных отверстий (D 0,5 мм). Эти форсунки не пригодны для обработки суспензий, паст, растворов, дающих осадки.
26 Сепараторы в пищевой промышленности.
Сепаратор — аппарат, производящий разделение продукта на фракции с разными характеристиками.
В процессе работы любого сепаратора не происходит изменения химического состава разделяемых веществ. Качества, отличающие продукты сепарации, не обязательно должны совпадать с признаками, по которым разделяют смесь в сепараторах. В работе сепаратора принимает участие множество отдельных мелких частиц, среди которых встречаются частицы с промежуточными свойствами по отношению к необходимым признакам. Из исходной смеси после промышленных сепараций не могут получиться абсолютно чистые фракции разделяемых компонентов, только продукты с преобладающим их содержанием.
Использование в пищевой промышленности
При производстве сливок, обезжиренного молока и других молочных продуктов встаёт проблема разделения белков, жиров и жидких компонентов молока, для чего используется пищевые сепараторы. Используются для отделения сливок от молока, творога от сыворотки и пр.
При производстве спирта каждый спирт завод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество барды от 300 м³/сутки. Спиртовая барда, отправляемая в отстойники и на поля фильтрации, является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Прессо-шнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Спиртовая барда, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.
При производстве пива каждый пив завод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество пивной дробины от 100 м³/сутки. Пивная дробина является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Прессо-шнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Пивная дробина, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.
27 Фильтрование. Классификация.
Фильтрование обеспечивает разделение суспензий, с помощью пористой (фильтровальной) перегородки, способной пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные в них твердые частицы. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений жидкости по обе стороны от фильтрующей перегородки. Жидкость проходит через поры перегородки, а твердые частицы задерживаются на ней, образуя слой осадка. Фильтрование применяется для более тонкого, чем при осаждении, разделения суспензий.
От правильного выбора фильтровальной перегородки во многом зависят производительность фильтра, чистота получаемого фильтрата.
В качестве пористых перегородок используются:
1 зернистые материалы: песок, уголь, асбест и др.;
2 ткани: шерстяные (в основном грубошерстные), хлопчатобумажные (бязь, фланель), минеральные (асбестовая ткань), металлотканые (металлические сетки);
3 жесткие пористые перегородки (в основном керамические).
В последнее время в промышленную практику вошли также синтетические материалы: полиамидные (нейлон, капрон, анид и др.); полиакрилонитриловые (орлан, нитрон, дралон и др.); поливинилхлоридные (саран, ровин и др.); полиэтиленовые и полипропиленовые; полиэфирные (терилен, дакрон, лавсан, териталь и др.); фторлоновые (тефлон, фторлон); металлические, покрытые пластиком.
При разделении суспензий в зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств суспензии фильтрование может быть с образованием осадка на поверхности перегородки, с закупориванием пор фильтрующей перегородки и с промежуточным видом фильтрования (закупоривание пор и отложение осадка на поверхности).
По целевому назначениюпроцесс фильтрования может быть очистным или продуктовым. Очистное фильтровани е применяют для разделения суспензий, очистки растворов от включений. В этом случае целевым продуктом является фильтрат. В пищевой промышленности очистное фильтрование используют при осветлении вина, виноматериалов, молока, пива и других продуктов.
Цель продуктового фильтрования – выделение из суспензии диспергированных в них продуктов в виде осадка. Примером фильтрования такого вида может быть разделение дрожжевых суспензий, в которых целевым продуктом является осадок.
28 Фильтры для жидких сред. Конструкция.
Действие фильтров принципиально различно на так называемых фильтрующих поверхностях и фильтрующих массах. Поверхностные фильтры подобны ситам, поры которых должны быть меньше самых маленьких отделяемых частиц. Фильтрующие массы представляют собой лабиринты, в щелях и каналах которых улавливаются частицы, вообще могущие по своим размерам пройти через их поперечное сечение.
Часто при фильтровании поверхностными фильтрами более грубые частицы осадка или другой твердой фазы постепенно закрывают большие поры фильтра, и в заключение даже самые маленькие частицы будут задерживаться образовавшимся таким образом более мелким ситом. Поэтому часто труднее отфильтровать взвесь тонких частиц совершенно одинаковой величины, нежели в ее смеси с частицами различного диаметра, хотя бы среди них находились зерна минимального диаметра, меньшие, чем в первом случае.
Фильтрование под гидростатическим давлением фильтруемой жидкости
Фильтрование в органической лаборатории необходимо прежде всего при очистке мутных растворов. Величина плоеного фильтра ограничена, так как верхушка его прорывается при слишком большом гидростатическом давлении. Во избежание этого применяют дополнительные конусы из фарфора или других материалов (платина). Иногда проще достигают цели вкладыванием маленького гладкого фильтра в нижнюю часть воронки. Особые формы воронок, например воронки с ребрами, а также иенская воронка для аналитических целей (рис. 69), работают с гладкими фильтрами быстрее, чем обычные. Поверхность фильтра, сложенного обычным путем, если считать, что половина, имеющая тройную стенку, работает значительно медленнее, соответствует только четверти поверхности такого же складчатого фильтра. Даже применяя ребристую воронку лучшей конструкции и обходясь без обычно сложенного гладкого фильтра (см. ниже), никогда нельзя получить фильтрующую поверхность больше половины поверхности плоеного фильтра равной величины.
Чтобы избежать образования тройной стенки, для гладкого фильтра предлагали отказаться от круглой формы фильтровального листка, заменив ее другой. Но фильтры, сделанные из бумажного круга, обладают тем преимуществом, что для образования воронки не требуется склеивания, поэтому другие модификации не вошли в практику. Однако, когда это допустимо, пользуются следующим приемом: внутренние две четверти круга, образующие своего рода «язык», сворачивают спирально к середине. Это увеличивает скорость фильтрации примерно вдвое. Чтобы избавить экспериментатора от придерживания спирали кончиками пальцев или пинцетом, Хаммершмидт предложил воронку особой формы.
Процеживание через ткани.
Квадратные куски ткани обшиваются по краям шнурком с петлями по углам и за эти петли прикрепляются к раме. Для уплотнения на образовавшийся мешок можно положить еще несколько рядов ткани и, если необходимо, проложить их фильтровальной бумагой. Затем на ткань выливают фильтруемую жидкость и дают стечь фильтрату в сосуд, подставленный под раму.
|
|
|
