Фильтрование сока I сатурации
30-05-2017, 00:56
Разделение сока I сатурации на осветленную фракцию и сгущенную суспензию. Для получения прозрачного сока и сгущенной суспензии нефильтрованный сок I сатурации, содержащий 4—5 % твердых частиц, направляют в многоярусный отстойник, где под действием силы тяжести осаждаются частицы твердой фазы, т. е. происходит седиментация.
Пятиярусный отстойник (рис. 50) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1, разделенный по высоте наклонными коническими перегородками 4 на одну верхнюю подготовительную секцию и пять рабочих секций. В центре отстойника вращается полый вал 7 со скребками 8.
Нефильтрованный сок I сатурации сначала поступает в верхнюю подготовительную секцию, где от него отделяется пена, затем через окна 6 проходит внутрь вала 7 и с помощью закрепленных на валу патрубков 9 распределяется по секциям.
Отстоявшийся в секциях сок через кольцевые барботеры 2 (диаметром 100 мм) и наружные кольцевые сборники 3 отводится в контрольный переливной сборник 5, а осадок сгребается скребками 8 к центру секции и разбавленный соком отводится по трубам 10 в сборник сгущенной суспензии.
Средняя скорость осаждения (седиментации) частиц в сатурационном соке составляет 1 см/мин. Чем больше содержание осадка в соке, тем меньше скорость осаждения. Для обеспечения нормальной работы отстойника подача сока в него и отбор сгущенной суспензии осуществляются равномерно. Из отстойника выходит 75—80 % декантата и 20—25 % сгущенной суспензии. Прозрачность сока регулируется скоростью его отбора из секций.
При переработке свеклы хорошего качества и типовых параметрах сока I сатурации (pH 10,8—11,0, температура 85 °С) нормальная продолжительность отстаивания составляет 90 -120 мин, а неучтенные потери сахарозы в отстойнике — примерно 0,03 % к массе свеклы. При поступлении некондиционной свеклы, содержащей много редуцирующих веществ, перед отстаиванием приходится увеличивать pH сока I сатурации до 11,5—11,6 и температуру до 96—98 °С. Продолжительность отстаивания при этом возрастает до 180—240 мин, а неучтенные потери сахарозы до 0,1 % к массе свеклы. Для интенсификации отстаивания добавляют флокулянты: диффузионный или свекловичный сок, полиакриламид, активную кремниевую кислоту и др.
Для сгущения осадка сока I сатурации применяются листовые фильтры-сгустители периодического действия с площадью поверхности фильтрования 60 и 100 м2 (рис. 51).
Фильтры имеют существенные преимущества перед отстойниками, так как отделение осадка в них происходит под давлением 0,07 МПа и скорость сгущения осадка от этого резко увеличивается. На выходе из фильтра поддерживается более высокая, чем в отстойниках, плотность сгущенной суспензии, что создает благоприятные условия для работы вакуум-фильтров. Сок I сатурации фильтруется в листовых фильтрах 10—12 мин, поэтому выходит с более низкой цветностью и меньшим содержанием солей кальция, чем из отстойника. Сокращаются неучтенные потери сахарозы, отпадает надобность в контрольном фильтровании сока.
Нефильтрованный сок I сатурации из напорного сборника, установленного примерно на 7 м выше фильтров, поступает через наборную задвижку в верхнюю часть листового фильтра и равномерно распределяется между листами. Для того чтобы тканевые стенки не слипались, рамки внутри заполнены спиральной проволочной сеткой. Под давлением столба жидкости сок проходит внутрь рамок и через сокоотводящие трубки 4 выливается в коробки 3. В фильтрате содержится не более 1 г/л твердой фазы, и он без контрольного фильтрования направляется на II сатурацию.
В процессе фильтрования толщина осадка на фильтровальных листах постепенно увеличивается, а скорость фильтрования уменьшается. Когда толщина осадка достигнет 20—25 мм, фильтрование сока прекращается. Для этого наборная задвижка закрывается, а задвижка частичного опорожнения 5 открывается. Через нее сок быстро выливается в сборник нефильтрованного сока до уровня этой задвижки.
В результате быстрого удаления сока внутри фильтра создается разрежение. Под действием перепада давления внутри и снаружи рамок осадок отслаивается с фильтрующей поверхности и опускается в коническую часть фильтра. На этом заканчивается первый пол у цикл фильтрования.
Затем задвижка 5 закрывается, а наборная задвижка открывается, и фильтрование продолжается до накопления новой порции осадка. После повторного сброса осадка коническая часть фильтра оказывается заполненной до уровня задвижки 5. Это второй полуцикл фильтрования.
Через задвижку полного опорожнения 6 сгущенная суспензия выгружается в мешалку и оттуда подается в корыто вакуум-фильтра.
Полный цикл работы фильтра длится около 40 мин, из них на вспомогательные операции затрачивается около 8 мин.
Скорость активного фильтрования сока I сатурации, исключая время на вспомогательные операции, составляет примерно 8,4 л/ (м2*мин), общая скорость — 7,5 л/(м2*мин).
Фильтры-сгустители на заводах устанавливают группами, работа их полностью автоматизирована.
Фильтрование сгущенной суспензии. Сгущенная суспензия сока I сатурации фильтруется в камерных вакуум-фильтрах с поверхностью фильтрования 40 м2 (рис. 52).
На рис. 53 приведена схема фильтрования сгущенной суспензии сока I сатурации.
Перед пуском вакуум-фильтра 3 в работу корыто заполняется сгущенной суспензией, полученной в фильтрах-сгустителях 2, в которые сок поступает из сборника 1. Затем включается электропривод барабана, и с помощью вакуум-компрессора в системе создается разрежение. Вращаясь по часовой стрелке, фильтрующая поверхность барабана погружается в зону фильтрования I с углом 112° (см. рис. 52, вид А—А), где под действием разрежения в правой распределительной головке сок отсасывается внутрь камер, а на поверхности барабана осаждаются частицы осадка. При дальнейшем погружении в корыто слой осадка, а следовательно, и его сопротивление увеличиваются, и в определенный момент подключается также и левая распределительная головка, усиливающая разрежение в камерах фильтра. Отсасываемый фильтрат через обе распределительные головки и вакуум-сборник 4 (см. рис. 53) поступает в емкость 12. При выходе фильтрующей поверхности из корыта фильтрование прекращается.
Далее слой фильтрационного осадка толщиной 8—12 мм поступает в зону первой подсушки и промывки 11 (см. рис. 52) с углом 105°, где орошается горячим аммиачным конденсатом, распыливаемым через форсунки. Концентрированная промывная вода отбирается через вакуум-сборник 5.
В зоне III с углом 87° происходит повторная промывка и подсушка фильтрационного осадка и отбирается разбавленная промывная вода через вакуум-сборник 6 в емкость 11.
В зоне IV с углом 56° паром или сжатым воздухом, подаваемым через левую головку, проводится отдувка фильтрационного слоя и регенерация ткани. На этом цикл фильтрования, равный полному обороту барабана, заканчивается.
При медленном вращении барабана все его камеры последовательно проходят все зоны фильтрования, в результате чего достигается непрерывность процесса.
Фильтрационный осадок шнеком 13 выводится из завода.
Воздух и пар из верхней части вакуум-сборников 4, 5, 6 (см. рис. 53) откачивается вакуум-компрессором через ловушку 7 в барометрический конденсатор 8, где пар при контакте с холодной водой конденсируется, образуя при этом барометрическую воду с растворенными в ней аммиаком и другими соединениями. Барометрическая вода стекает из конденсатора в сборник 10, а неконденсирующиеся газы, после осушительной ловушки 9, удаляются в атмосферу.
В результате отсоса газов из вакуум-сборников в них создается разрежение, которое передается затем через распределительные головки в камеры барабана вакуум-фильтра.
Уровень сока в вакуум-сборнике 4 должен быть примерно на 0,5 м ниже уровня пола второго этажа сахарного завода, где установлены вакуум-фильтры. Это нужно для создания уклона в 15—20 мм на 1 м длины от вакуум-фильтров к вакуум-сборникам, что обеспечивает хороший отвод сока и предотвращает его выброс из вакуум-сборников в барометрический конденсатор.
Одним из эффективных способов ликвидации перебросов сока в конденсатор и накопления его в спускных трубах вакуум-сборников является установка закрытой емкости 12 вместимостью из расчета 0,8—1,0 м3 на 100 т перерабатываемой в сутки свеклы. Верхняя часть ее соединяется с барометрическим конденсатором через спускную трубу ловушки 7, в результате чего в емкости создается разрежение, даже несколько большее, чем в вакуум-сборниках 4, 5 и 6, что и обеспечивает их нормальную работу.
Скорость активного фильтрования суспензии сока I сатурации в вакуум-фильтрах принята 15 л/(м2*мин).
На потери сахарозы в фильтрационном осадке значительно влияет величина остаточного давления в зоне фильтрования, зависящая от надежности работы вакуум-конденсационной установки, исправности головок вакуум-фильтров, качества регенерации ткани, сопротивления в трубопроводах и других факторов. Большое значение имеют также отсутствие трещин в слое фильтрационного осадка и качество его промывки горячим конденсатом, распыливаемым в виде тумана.
Во избежание пептизации несахаров из слоя фильтрационного осадка промывную воду подщелачивают до pH сока I сатурации. При нормальном остаточном давлении (0,030— 0,035 МПа) потери сахарозы в фильтрационном осадке составляют 0,10—0,11 % к массе свеклы, при увеличении остаточного давления до 0,040—0,047 МПа они повышаются до 0,15—0,20 % к массе свеклы, а, например, при 0,067 МПа из-за плохой промывки осадка потери сахарозы возрастают до 0,3—0,5 %.
На промывку фильтрационного осадка расходуется 105—110 % аммиачных конденсатов к массе осадка.
У вакуум-фильтров с ножевым съемом осадка плохо регенерируется ткань, а при отдувке не весь осадок удаляется с поверхности барабана, тем самым снижается производительность. Поэтому для таких фильтров разработана приставка — устройство, состоящее из системы роликов, по которым непрерывно движется сходящая с барабана фильтровальная ткань.
На рис. 54 приведена схема вакуум-фильтра с устройством для схода ткани с осадком.
При переходе ткани 1 со слоем осадка через ролики 2 и 3 она переламывается и освобождается от осадка, который падает в бункер 4. Ткань промывается конденсатом из форсунок и в зону фильтрования поступает чистой. В результате полного отделения осадка и хорошей промывки ткани производительность вакуум-фильтра с такой приставкой увеличивается примерно в 1,5 раза.
Состав и удаление фильтрационного осадка. В фильтрационном осадке содержится 75—80 % СаСО3 и 20—25 % органических и минеральных несахаров, в том числе азотистых и безазотистых органических соединений (белка, пектиновых веществ, кальциевых солей щавелевой, лимонной, яблочной и других кислот, сапонина, минеральных веществ и др.). Влажность фильтрационного осадка около 50 %.
Выход фильтрационного осадка зависит от массы вводимой извести. При расходе 3 кг СаО на 100 кг свеклы на сатурации образуется 3*100/56=5,36 кг карбоната кальция, где 56 — молекулярная масса СаО. При влажности 50 % масса осадка увеличивается вдвое, а с учетом несахаров, осаждаемых с СаСО3, ее можно принять 12—13 кг на 100 т свеклы, т. е. равной примерно четырехкратному расходу извести на очистку. При содержании в фильтрационном осадке 1 % сахарозы потери ее к массе свеклы составят 12*1/100=0,12 %.
На ряде сахарных заводов фильтрационный осадок сока I сатурации разбавляют 5-кратным количеством воды и откачивают в отходы. При выходе 12 % осадка к массе свеклы на его разбавление расходуется 60 % воды к массе свеклы, которую затем нужно подвергать очистке. Чтобы снизить массу сточных вод, необходимо применять пневматический способ удаления осадка (без разбавления водой) на специальные площадки с дренажными траншеями. Для этого осадок спускают в горизонтальный шнек с растирателем на конце и карманами для улавливания камней. Растиратель представляет собой цилиндрическое сито с отверстиями 20х20 мм. Из шнека осадок с помощью насоса и сжатого воздуха транспортируется по пневмотрубопроводу к месту выгрузки. При поворотах в пневмотрубопровод через сопла подается сжатый воздух под давлением 0,35—0,40 МПа.
Фильтрационный осадок чаще всего используется в сельском хозяйстве как удобрение для известкования кислых почв. Иногда его применяют в смеси с известковым молоком для ускорения отстаивания транспортерно-моечных вод в отстойниках.
Пятиярусный отстойник (рис. 50) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1, разделенный по высоте наклонными коническими перегородками 4 на одну верхнюю подготовительную секцию и пять рабочих секций. В центре отстойника вращается полый вал 7 со скребками 8.
Нефильтрованный сок I сатурации сначала поступает в верхнюю подготовительную секцию, где от него отделяется пена, затем через окна 6 проходит внутрь вала 7 и с помощью закрепленных на валу патрубков 9 распределяется по секциям.
Отстоявшийся в секциях сок через кольцевые барботеры 2 (диаметром 100 мм) и наружные кольцевые сборники 3 отводится в контрольный переливной сборник 5, а осадок сгребается скребками 8 к центру секции и разбавленный соком отводится по трубам 10 в сборник сгущенной суспензии.
Средняя скорость осаждения (седиментации) частиц в сатурационном соке составляет 1 см/мин. Чем больше содержание осадка в соке, тем меньше скорость осаждения. Для обеспечения нормальной работы отстойника подача сока в него и отбор сгущенной суспензии осуществляются равномерно. Из отстойника выходит 75—80 % декантата и 20—25 % сгущенной суспензии. Прозрачность сока регулируется скоростью его отбора из секций.
При переработке свеклы хорошего качества и типовых параметрах сока I сатурации (pH 10,8—11,0, температура 85 °С) нормальная продолжительность отстаивания составляет 90 -120 мин, а неучтенные потери сахарозы в отстойнике — примерно 0,03 % к массе свеклы. При поступлении некондиционной свеклы, содержащей много редуцирующих веществ, перед отстаиванием приходится увеличивать pH сока I сатурации до 11,5—11,6 и температуру до 96—98 °С. Продолжительность отстаивания при этом возрастает до 180—240 мин, а неучтенные потери сахарозы до 0,1 % к массе свеклы. Для интенсификации отстаивания добавляют флокулянты: диффузионный или свекловичный сок, полиакриламид, активную кремниевую кислоту и др.
Для сгущения осадка сока I сатурации применяются листовые фильтры-сгустители периодического действия с площадью поверхности фильтрования 60 и 100 м2 (рис. 51).
Фильтры имеют существенные преимущества перед отстойниками, так как отделение осадка в них происходит под давлением 0,07 МПа и скорость сгущения осадка от этого резко увеличивается. На выходе из фильтра поддерживается более высокая, чем в отстойниках, плотность сгущенной суспензии, что создает благоприятные условия для работы вакуум-фильтров. Сок I сатурации фильтруется в листовых фильтрах 10—12 мин, поэтому выходит с более низкой цветностью и меньшим содержанием солей кальция, чем из отстойника. Сокращаются неучтенные потери сахарозы, отпадает надобность в контрольном фильтровании сока.
Нефильтрованный сок I сатурации из напорного сборника, установленного примерно на 7 м выше фильтров, поступает через наборную задвижку в верхнюю часть листового фильтра и равномерно распределяется между листами. Для того чтобы тканевые стенки не слипались, рамки внутри заполнены спиральной проволочной сеткой. Под давлением столба жидкости сок проходит внутрь рамок и через сокоотводящие трубки 4 выливается в коробки 3. В фильтрате содержится не более 1 г/л твердой фазы, и он без контрольного фильтрования направляется на II сатурацию.
В процессе фильтрования толщина осадка на фильтровальных листах постепенно увеличивается, а скорость фильтрования уменьшается. Когда толщина осадка достигнет 20—25 мм, фильтрование сока прекращается. Для этого наборная задвижка закрывается, а задвижка частичного опорожнения 5 открывается. Через нее сок быстро выливается в сборник нефильтрованного сока до уровня этой задвижки.
В результате быстрого удаления сока внутри фильтра создается разрежение. Под действием перепада давления внутри и снаружи рамок осадок отслаивается с фильтрующей поверхности и опускается в коническую часть фильтра. На этом заканчивается первый пол у цикл фильтрования.
Затем задвижка 5 закрывается, а наборная задвижка открывается, и фильтрование продолжается до накопления новой порции осадка. После повторного сброса осадка коническая часть фильтра оказывается заполненной до уровня задвижки 5. Это второй полуцикл фильтрования.
Через задвижку полного опорожнения 6 сгущенная суспензия выгружается в мешалку и оттуда подается в корыто вакуум-фильтра.
Полный цикл работы фильтра длится около 40 мин, из них на вспомогательные операции затрачивается около 8 мин.
Скорость активного фильтрования сока I сатурации, исключая время на вспомогательные операции, составляет примерно 8,4 л/ (м2*мин), общая скорость — 7,5 л/(м2*мин).
Фильтры-сгустители на заводах устанавливают группами, работа их полностью автоматизирована.
Фильтрование сгущенной суспензии. Сгущенная суспензия сока I сатурации фильтруется в камерных вакуум-фильтрах с поверхностью фильтрования 40 м2 (рис. 52).
На рис. 53 приведена схема фильтрования сгущенной суспензии сока I сатурации.
Перед пуском вакуум-фильтра 3 в работу корыто заполняется сгущенной суспензией, полученной в фильтрах-сгустителях 2, в которые сок поступает из сборника 1. Затем включается электропривод барабана, и с помощью вакуум-компрессора в системе создается разрежение. Вращаясь по часовой стрелке, фильтрующая поверхность барабана погружается в зону фильтрования I с углом 112° (см. рис. 52, вид А—А), где под действием разрежения в правой распределительной головке сок отсасывается внутрь камер, а на поверхности барабана осаждаются частицы осадка. При дальнейшем погружении в корыто слой осадка, а следовательно, и его сопротивление увеличиваются, и в определенный момент подключается также и левая распределительная головка, усиливающая разрежение в камерах фильтра. Отсасываемый фильтрат через обе распределительные головки и вакуум-сборник 4 (см. рис. 53) поступает в емкость 12. При выходе фильтрующей поверхности из корыта фильтрование прекращается.
Далее слой фильтрационного осадка толщиной 8—12 мм поступает в зону первой подсушки и промывки 11 (см. рис. 52) с углом 105°, где орошается горячим аммиачным конденсатом, распыливаемым через форсунки. Концентрированная промывная вода отбирается через вакуум-сборник 5.
В зоне III с углом 87° происходит повторная промывка и подсушка фильтрационного осадка и отбирается разбавленная промывная вода через вакуум-сборник 6 в емкость 11.
В зоне IV с углом 56° паром или сжатым воздухом, подаваемым через левую головку, проводится отдувка фильтрационного слоя и регенерация ткани. На этом цикл фильтрования, равный полному обороту барабана, заканчивается.
При медленном вращении барабана все его камеры последовательно проходят все зоны фильтрования, в результате чего достигается непрерывность процесса.
Фильтрационный осадок шнеком 13 выводится из завода.
Воздух и пар из верхней части вакуум-сборников 4, 5, 6 (см. рис. 53) откачивается вакуум-компрессором через ловушку 7 в барометрический конденсатор 8, где пар при контакте с холодной водой конденсируется, образуя при этом барометрическую воду с растворенными в ней аммиаком и другими соединениями. Барометрическая вода стекает из конденсатора в сборник 10, а неконденсирующиеся газы, после осушительной ловушки 9, удаляются в атмосферу.
В результате отсоса газов из вакуум-сборников в них создается разрежение, которое передается затем через распределительные головки в камеры барабана вакуум-фильтра.
Уровень сока в вакуум-сборнике 4 должен быть примерно на 0,5 м ниже уровня пола второго этажа сахарного завода, где установлены вакуум-фильтры. Это нужно для создания уклона в 15—20 мм на 1 м длины от вакуум-фильтров к вакуум-сборникам, что обеспечивает хороший отвод сока и предотвращает его выброс из вакуум-сборников в барометрический конденсатор.
Одним из эффективных способов ликвидации перебросов сока в конденсатор и накопления его в спускных трубах вакуум-сборников является установка закрытой емкости 12 вместимостью из расчета 0,8—1,0 м3 на 100 т перерабатываемой в сутки свеклы. Верхняя часть ее соединяется с барометрическим конденсатором через спускную трубу ловушки 7, в результате чего в емкости создается разрежение, даже несколько большее, чем в вакуум-сборниках 4, 5 и 6, что и обеспечивает их нормальную работу.
Скорость активного фильтрования суспензии сока I сатурации в вакуум-фильтрах принята 15 л/(м2*мин).
На потери сахарозы в фильтрационном осадке значительно влияет величина остаточного давления в зоне фильтрования, зависящая от надежности работы вакуум-конденсационной установки, исправности головок вакуум-фильтров, качества регенерации ткани, сопротивления в трубопроводах и других факторов. Большое значение имеют также отсутствие трещин в слое фильтрационного осадка и качество его промывки горячим конденсатом, распыливаемым в виде тумана.
Во избежание пептизации несахаров из слоя фильтрационного осадка промывную воду подщелачивают до pH сока I сатурации. При нормальном остаточном давлении (0,030— 0,035 МПа) потери сахарозы в фильтрационном осадке составляют 0,10—0,11 % к массе свеклы, при увеличении остаточного давления до 0,040—0,047 МПа они повышаются до 0,15—0,20 % к массе свеклы, а, например, при 0,067 МПа из-за плохой промывки осадка потери сахарозы возрастают до 0,3—0,5 %.
На промывку фильтрационного осадка расходуется 105—110 % аммиачных конденсатов к массе осадка.
У вакуум-фильтров с ножевым съемом осадка плохо регенерируется ткань, а при отдувке не весь осадок удаляется с поверхности барабана, тем самым снижается производительность. Поэтому для таких фильтров разработана приставка — устройство, состоящее из системы роликов, по которым непрерывно движется сходящая с барабана фильтровальная ткань.
На рис. 54 приведена схема вакуум-фильтра с устройством для схода ткани с осадком.
При переходе ткани 1 со слоем осадка через ролики 2 и 3 она переламывается и освобождается от осадка, который падает в бункер 4. Ткань промывается конденсатом из форсунок и в зону фильтрования поступает чистой. В результате полного отделения осадка и хорошей промывки ткани производительность вакуум-фильтра с такой приставкой увеличивается примерно в 1,5 раза.
Состав и удаление фильтрационного осадка. В фильтрационном осадке содержится 75—80 % СаСО3 и 20—25 % органических и минеральных несахаров, в том числе азотистых и безазотистых органических соединений (белка, пектиновых веществ, кальциевых солей щавелевой, лимонной, яблочной и других кислот, сапонина, минеральных веществ и др.). Влажность фильтрационного осадка около 50 %.
Выход фильтрационного осадка зависит от массы вводимой извести. При расходе 3 кг СаО на 100 кг свеклы на сатурации образуется 3*100/56=5,36 кг карбоната кальция, где 56 — молекулярная масса СаО. При влажности 50 % масса осадка увеличивается вдвое, а с учетом несахаров, осаждаемых с СаСО3, ее можно принять 12—13 кг на 100 т свеклы, т. е. равной примерно четырехкратному расходу извести на очистку. При содержании в фильтрационном осадке 1 % сахарозы потери ее к массе свеклы составят 12*1/100=0,12 %.
На ряде сахарных заводов фильтрационный осадок сока I сатурации разбавляют 5-кратным количеством воды и откачивают в отходы. При выходе 12 % осадка к массе свеклы на его разбавление расходуется 60 % воды к массе свеклы, которую затем нужно подвергать очистке. Чтобы снизить массу сточных вод, необходимо применять пневматический способ удаления осадка (без разбавления водой) на специальные площадки с дренажными траншеями. Для этого осадок спускают в горизонтальный шнек с растирателем на конце и карманами для улавливания камней. Растиратель представляет собой цилиндрическое сито с отверстиями 20х20 мм. Из шнека осадок с помощью насоса и сжатого воздуха транспортируется по пневмотрубопроводу к месту выгрузки. При поворотах в пневмотрубопровод через сопла подается сжатый воздух под давлением 0,35—0,40 МПа.
Фильтрационный осадок чаще всего используется в сельском хозяйстве как удобрение для известкования кислых почв. Иногда его применяют в смеси с известковым молоком для ускорения отстаивания транспортерно-моечных вод в отстойниках.