Общее понятие о фильтрации
25-04-2017, 12:20
Фильтрацией называется процесс отделения осадка от жидкости путем пропускания жидкости через пористую перегородку, задерживающую осадок. Соки сахарного завода приходится фильтровать несколько раз: фильтруют сок I и II сатурации для отделения значительных количеств осадков; кроме того, сок II сатурации фильтруют еще раз для удаления тонкой мути, остающейся от первой грубой фильтрации; наконец, фильтруют сироп после выпарки для удаления осадков, появляющихся в соке во время выпаривания.
На сахарных заводах применяют фильтры двух типов:
- для удаления значительных количеств осадка (для соков I и II сатурации) — фильтрпрессы, дисковые фильтры, вакуум-фильтры;
- для удаления из соков тонкой мути или малого количества осадков (вторичная фильтрация сока I и II сатурации).
Фильтрующим материалом для отделения осадков на фильтрпрессах служит грубая фильтрпрессная ткань (хлопчатобумажный бельтинг). Для вакуум-фильтров применяют ткани из капронового и найлонового волокна (полиамидные смолы). Они значительно прочнее хлопчатобумажных, не разрушаются щелочами, меньше забиваются осадками. Их легко чистить, но они неустойчивы в кислой среде. Для контрольной фильтрации пользуются более тонкой хлопчатобумажной тканью.
Осадок, удаляемый из сока при помощи фильтра, имеет главное значение при фильтрации. Поры фильтрующего материала обычно бывают больше частиц осадка. Поэтому вначале получается мутноватый фильтрат, но скоро на фильтрующей ткани образуется слой отфильтровываемого осадка. В дальнейшем фильтрация жидкости идет уже через слой осадка, в котором имеются пустоты между осевшими частицами, образующие тонкие извилистые ходы, пропускающие жидкость.
Качество осадка имеет огромное значение при фильтрации.
Если осадок крупный и кристаллический, то фильтрация идет быстро; через мелкий осадок жидкость проходит медленнее, так как фильтрующие каналы получаются меньших размеров и оказывают большее сопротивление. Еще хуже идет фильтрация, если осадок слишком неоднороден, т. е. содержит и крупные, и мелкие частицы: мелочь заполняет промежутки между крупными частицами, что весьма замедляет фильтрацию.
Наиболее трудно отфильтровывать желатинозные осадки (гели). Такие осадки образуются и при очистке диффузионного сока (белки, кальциевая соль пектина, пектовой и гуминовых кислот и т. п.). Предварительная дефекация имеет целью получить осадки в виде плотных хлопьев, что облегчает фильтрацию. Кроме того, эти гели распределены между гораздо большим количеством частиц кристаллического осадка СаСО3, что также облегчает фильтрацию: гели прилипают к частицам СаСО3, задерживаются ими и поэтому не заклеивают поверхности фильтрующей ткани.
Давление, или (вернее) разность давлений, по одну и по другую сторону слоя осадка является движущей силой фильтрации,, заставляющей жидкость проходить через капиллярные поры осадка. Если осадок несжимаем, то скорость фильтрации пропорциональна разности давлений. Если же осадок содержит гели, встречающиеся и в осадках на сахарном заводе, то с повышением давления осадок сжимается, капиллярные ходы между его частицами делаются уже и фильтрация замедляется. Таким образом, для сжимаемых осадков скорость фильтрации растет не пропорционально разности давлений, а слабее. Наконец, с дальнейшим повышением давления оказывается, что скорость фильтрации перестает уже увеличиваться, а даже уменьшается, так как повышенное давление становится уже вредным; вследствие сжатия осадка. Давление, при котором получается, для данного типа осадка максимальная скорость фильтрации,, называется критическим. Для фильтров I и II сатурации критическое избыточное давление равняется 3—4 ат (0,3—0,4 Мн/м2).
Температура. При повышении температуры понижается вязкость фильтруемой жидкости, что ускоряет фильтрацию. Перед фильтрацией обычно пропускают сок через подогреватель и нагревают его до температуры около 80—90° С.
Длительность фильтрации. Чем дольше длится фильтрация, тем толще становится слой отфильтрованного осадка и пропорционально толщине слоя растет сопротивление прохождению жидкости, т. е. замедляется процесс фильтрации. Вследствие этого необходимо периодически очищать фильтрующую поверхность, не допуская образования слишком толстого слоя осадка. Чем чаще осадок разгружают с фильтра, тем быстрее идет фильтрация; однако частая чистка фильтров также нерентабельна; затрачивается излишняя работа и слишком много времени занимают частые простои на чистку фильтров. Поэтому фильтрпрессы I сатурации, которые очищают вручную, чистят приблизительно через каждые 2 ч. Вращающиеся вакуум-фильтры непрерывного действия очищают автоматически при каждом обороте, поэтому очистка их происходит через каждые 6 мин, т. е. в 20 раз чаще, чем очистка фильтрпрессов.
На сахарных заводах применяют фильтры двух типов:
- для удаления значительных количеств осадка (для соков I и II сатурации) — фильтрпрессы, дисковые фильтры, вакуум-фильтры;
- для удаления из соков тонкой мути или малого количества осадков (вторичная фильтрация сока I и II сатурации).
Фильтрующим материалом для отделения осадков на фильтрпрессах служит грубая фильтрпрессная ткань (хлопчатобумажный бельтинг). Для вакуум-фильтров применяют ткани из капронового и найлонового волокна (полиамидные смолы). Они значительно прочнее хлопчатобумажных, не разрушаются щелочами, меньше забиваются осадками. Их легко чистить, но они неустойчивы в кислой среде. Для контрольной фильтрации пользуются более тонкой хлопчатобумажной тканью.
Осадок, удаляемый из сока при помощи фильтра, имеет главное значение при фильтрации. Поры фильтрующего материала обычно бывают больше частиц осадка. Поэтому вначале получается мутноватый фильтрат, но скоро на фильтрующей ткани образуется слой отфильтровываемого осадка. В дальнейшем фильтрация жидкости идет уже через слой осадка, в котором имеются пустоты между осевшими частицами, образующие тонкие извилистые ходы, пропускающие жидкость.
Качество осадка имеет огромное значение при фильтрации.
Если осадок крупный и кристаллический, то фильтрация идет быстро; через мелкий осадок жидкость проходит медленнее, так как фильтрующие каналы получаются меньших размеров и оказывают большее сопротивление. Еще хуже идет фильтрация, если осадок слишком неоднороден, т. е. содержит и крупные, и мелкие частицы: мелочь заполняет промежутки между крупными частицами, что весьма замедляет фильтрацию.
Наиболее трудно отфильтровывать желатинозные осадки (гели). Такие осадки образуются и при очистке диффузионного сока (белки, кальциевая соль пектина, пектовой и гуминовых кислот и т. п.). Предварительная дефекация имеет целью получить осадки в виде плотных хлопьев, что облегчает фильтрацию. Кроме того, эти гели распределены между гораздо большим количеством частиц кристаллического осадка СаСО3, что также облегчает фильтрацию: гели прилипают к частицам СаСО3, задерживаются ими и поэтому не заклеивают поверхности фильтрующей ткани.
Давление, или (вернее) разность давлений, по одну и по другую сторону слоя осадка является движущей силой фильтрации,, заставляющей жидкость проходить через капиллярные поры осадка. Если осадок несжимаем, то скорость фильтрации пропорциональна разности давлений. Если же осадок содержит гели, встречающиеся и в осадках на сахарном заводе, то с повышением давления осадок сжимается, капиллярные ходы между его частицами делаются уже и фильтрация замедляется. Таким образом, для сжимаемых осадков скорость фильтрации растет не пропорционально разности давлений, а слабее. Наконец, с дальнейшим повышением давления оказывается, что скорость фильтрации перестает уже увеличиваться, а даже уменьшается, так как повышенное давление становится уже вредным; вследствие сжатия осадка. Давление, при котором получается, для данного типа осадка максимальная скорость фильтрации,, называется критическим. Для фильтров I и II сатурации критическое избыточное давление равняется 3—4 ат (0,3—0,4 Мн/м2).
Температура. При повышении температуры понижается вязкость фильтруемой жидкости, что ускоряет фильтрацию. Перед фильтрацией обычно пропускают сок через подогреватель и нагревают его до температуры около 80—90° С.
Длительность фильтрации. Чем дольше длится фильтрация, тем толще становится слой отфильтрованного осадка и пропорционально толщине слоя растет сопротивление прохождению жидкости, т. е. замедляется процесс фильтрации. Вследствие этого необходимо периодически очищать фильтрующую поверхность, не допуская образования слишком толстого слоя осадка. Чем чаще осадок разгружают с фильтра, тем быстрее идет фильтрация; однако частая чистка фильтров также нерентабельна; затрачивается излишняя работа и слишком много времени занимают частые простои на чистку фильтров. Поэтому фильтрпрессы I сатурации, которые очищают вручную, чистят приблизительно через каждые 2 ч. Вращающиеся вакуум-фильтры непрерывного действия очищают автоматически при каждом обороте, поэтому очистка их происходит через каждые 6 мин, т. е. в 20 раз чаще, чем очистка фильтрпрессов.