На нашем интернет портале море информации по пищевой
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
» » Фильтрация диффузионного (свекловичного) сока

Фильтрация диффузионного (свекловичного) сока

Фильтрацией называется процесс отделения осадка от жидкости пропусканием массы через пористую перегородку, задерживающую осадок.

Фильтруют сок I сатурации с содержанием около 5% твердых частиц и сок II сатурации с содержанием 0,2—0,5% твердых частиц. После первой грубой фильтрации сок фильтруют еще раз для удаления остающейся тонкой мути. Фильтруют также сироп после выпарки для удаления осадков, выпадающих в процессе выпаривания.

Фильтрация происходит под действием разности давлений по обе стороны фильтрующей перегородки в сторону пониженного давления. При этом на одной стороне перегородки должно быть избыточное давление или вакуум, а на другой — атмосферное давление. Фильтрацию можно осуществлять при постоянном давлении или при постоянной скорости. Так как в процессе фильтрации толщина осадка увеличивается и, следовательно, растет сопротивление, то при постоянном давлении скорость фильтрации постепенно падает, а при постоянной скорости растет давление.

Схемы фильтрации сока приведены ниже.

Схемы фильтрации сока приведены ниже.Для основной фильтрации сока I сатурации на сахарных заводах применяют вакуум-фильтры в комплекте с отстойниками или дисковыми сгустителями, дисковые фильтры и фильтр- прессы. Для контрольной фильтрации сока I сатурации используют патронные и мешочные фильтры, фильтр- прессы и дисковые фильтры. Для основной фильтрации сока II сатурации применяют патронные и дисковые фильтры, а также фильтр-прессы. Для контрольной фильтрации используют мешочные фильтры. Сульфитированный сок фильтруют на патронных или мешочных фильтрах, сульфитированный сироп — на патронных фильтрах, фильтр-прессах или мешочных фильтрах.

Фильтрационное оборудование должно удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечивать максимальную скорость фильтрации, наибольшую производительность, непрерывность процесса и его механизацию и автоматизацию для уменьшения затрат ручного труда и снижения производственных издержек при эксплуатации.

В качестве фильтрующей перегородки при фильтрации применяют ткань, керамику, металлические сита. Однако такая фильтрующая перегородка сама по себе, без осадка, не обеспечивает фильтрации, так как она пропускает значительное количество мелких частиц, и получается мутный фильтрат.

В осадке образуются пустоты между осевшими частицами, образующие тонкие извилистые ходы, пропускающие прозрачную жидкость. Качество осадка имеет огромное значение при фильтрации: если он крупный кристаллический, фильтрация идет быстро; через мелкий осадок жидкость проходит медленнее, так как образующиеся меньших размеров фильтрующие каналы оказывают большое сопротивление. Еще хуже идет фильтрация при неоднородном осадке, когда мелкие частицы заполняют промежутки между крупными.

Труднее всего отфильтровать желатинозные осадки (гели), которые образуются при очистке диффузионного сока из белков, кальциевых солей пектина, пектовой и гуминовых кислот и т. п.

Если осадок несжимаем, то скорость фильтрации пропорциональна разности давлений по одну и по другую сторону слоя осадка. Если же осадок содержит гели, то с повышением давления он сжимается, поры между его частицами становятся меньше и фильтрация замедляется. Таким образом, для сжимаемых осадков скорость фильтрации растет не пропорционально разности давлений, а медленнее. Наконец, наступает такой момент, когда скорость фильтрации с повышением давления не увеличивается, а уменьшается 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 равно 0,3—0,4 МПа.

При повышении температуры понижается вязкость фильтруемой жидкости, что ускоряет фильтрацию. На сахарных заводах перед фильтрацией сок обычно подогревают до 80—90°С.

Длительность фильтрации оказывает влияние на толщину слоя отфильтрованного осадка, пропорционально которому растет сопротивление прохождению жидкости, вследствие этого необходимо периодически очищать фильтрующую поверхность от осадка.

Фильтр-прессы.Фильтр-пресс (рис. 1) состоит из неподвижной передней стойки — лобовины, передвижной зажимной плиты, задней стойки и двух параллельных балок, соединяющих переднюю и заднюю стойки. Между плитой передней стойки и зажимной плитой на балки попеременно подвешиваются фильтрационные рамы и плиты. На задней стойке фильтр-пресса находится гидравлический зажим для сжатия рам и плит. С одной стороны фильтр-пресса установлен соковый желоб для отвода фильтрованного сока и промоя. Под каждым фильтр-прессом находится бункер для выгрузки фильтрационного осадка.

Основными элементами фильтр-пресса являются рамы 1 и плиты 2, отлитые из чугуна (рис. 2). Поверхность плит двухсторонняя рифленая, на ней образуются канавки для стока сока, со стороны желоба имеется носик со щелью для выпуска фильтрационного сока. На плиту сверху в перегиб надевается хлопчатобумажная салфетка, которая прикрывает с обеих сторон рифленую поверхность. Когда фильтр- пресс собран, имеющиеся внизу у рам и плит квадратные приливы с круглыми отверстиями посредине образуют канал, в который под давлением поступает фильтруемый сок. Из этого канала через щели сок направляется в рамы. У собранного фильтр-пресса рама представляет собой камеру, закрытую с боков фильтровальной тканью, через которую под давлением фильтруется сок. Фильтрат попадает в бороздки рифленой плиты, доходит до выходного отверстия, находящегося в нижнем углу каждой плиты (см. рис. 2), и вытекает в желоб. Осадок при фильтрации откладывается на фильтрующей ткани в рамках фильтр-прессов.

Рис. 1. Фильтр-пресс с гидравлическим зажимом

Рис. 1. Фильтр-пресс с гидравлическим зажимом.

Рис. 2. Фильтр-прессные рамы и плиты.

Рис. 2. Фильтр-прессные рамы и плиты.

Рис. 3. Дисковый фильтр

Рис. 3. Дисковый фильтр.

Обычно в нем остается 7—8% сахара. Когда рамы заполнятся осадком настолько, что между двумя его слоями остается лишь узкий проход, подачу сока в фильтр-пресс прекращают и начинают промывку осадка горячей аммиачной водой, расход которой составляет 150— 200% (к массе осадка). Вытекающий во время промывания из фильтр-пресса все более и более разбавленный сок называется промоем. После промывки приступают к очистке фильтр-пресса. Для этого отодвигают зажимную плиту и попарно передвигают по балкам плиты и рамы, причем почти весь осадок сам вываливается из рам, а остатки его счищают с холста лопаткой. Осадок при разгрузке падает в бункер под фильтр-прессом, а оттуда поступает в шнек или в наклонный сплавной желоб с мешалкой, расположенный под всей группой фильтр-прессов.

К недостаткам фильтр-прессов следует отнести: периодичность работы, большой расход фильтр-прессной ткани и большие затраты ручного труда.

Дисковые фильтры.Вместо фильтр- прессов в последнее время применяют периодически действующие дисковые фильтры, работающие под избыточным давлением 0,2—0,3 МПа. При использовании дисковых фильтров улучшаются условия труда, уменьшаются затраты рабочей силы, снижается расход фильтровальной ткани, и фильтрат получается прозрачным, не требующим контрольной фильтрации.

Дисковый фильтр (рис. 3) представляет собой горизонтальный цилиндр /, внутри которого вращается полый вал 2 с насаженными на нем двадцатью четырьмя дисками 3, имеющий частоту вращения при фильтрации 0,5 об/мин и при смыве осадка 1,5 об/мин.

Каждый диск состоит из восьми секторов — пустотелых рамок, внутри которых находится три слоя сит с сокоотводящей трубкой,соединенной с коллектором в пустотелом валу. На секторы надеты мешочки из фильтровальной ткани. Через них вследствие разности давлений сок отфильтровывается и проходит по соковыводящим трубам в коллекторные горизонтальные трубы 4, расположенные внутри полого вала и вращающиеся вместе с ним. Открытые концы коллекторов выходят в приемную коробку 5. В нижней части фильтра по всей длине приварено корыто, в котором вращается шнек 6 (частота вращения 47 об/мин), транспортирующий осадок к выходному патрубку 7.

Для гидравлического смыва осадка с дисков служит сопло-аппарат 8. Он представляет собой расположенную в верхней части фильтра по всей его длине трубу, на которой размещено но два сопла на каждый междисковый промежуток. Продолжительность активной фильтрации на дисковых фильтрах 2,5 ч, обессахаривания осадка — 20 мин, смыва осадка — 10 мин. Скорость фильтрации для сока I сатурации 4 л/(м2-мин), для сока II сатурации — 9 л/'(м2-мин), считая на активную продолжительность фильтрации.

Вакуум-фильтрационные установки. Согласно типовой технологической схеме для фильтрации сока I сатурации на сахарных заводах устанавливаются вакуум - фильтрационные установки непрерывного действия. Применение этих установок ликвидирует тяжелый физический труд, сокращает число рабочих, делает процесс фильтрации непрерывным и автоматизированным, уменьшает расход фильтровальной ткани и потери сахара с осадком.

Современная типовая вакуум-фильтрационная установка состоит из дисковых сгустителей осадка и барабанных вакуум-фильтров. Однако большинство действующих на предприятиях установок укомплектовано пока отстойниками-декантаторами.

Назначение дисковых сгустителей и отстойников — предварительное разделение сока I сатурации, содержащего 4—5% осадка, на две фракции: осветленную (75—80% от всего фильтруемого сока), направляемую на контрольную фильтрацию, и сгущенную (20—25%), содержащую 18—20% осадка и направляемую на вакуум- фильтры. В результате разделения сока I сатурации на фракции улучшаются условия фильтрации и резко сокращаются затраты, связанные с работой дорогостоящих фильтров.

На сахарных предприятиях в качестве сгустителей осадка применяются отстойники-декантаторы различных систем.

Пятиярусный отстойник. Этот отстойник (рис. 4) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус диаметром 5,5 м, высотой 5,2 м, с полезным объемом 140 м3. По высоте корпус разделен четырьмя наклонными цилиндрическими перегородками 1 на пять ярусов, или секций. В центре отстойника расположен открытый с обоих концов полый вращающийся (частота вращения 0,05—0,35 об/мин) вал 2 с окнами для прохода поступающего в секции сатурационного сока. К валу крепятся лопасти со скребками 3, сгребающими оседающий на пере-' городках осадок к центру отстойника.

Сок поступает сначала в верхнюю подготовительную секцию /, здесь от него отделяется пена. Затем он проходит через верхние окна внутрь вала и параллельными потоками распределяется через окна по всем остальным секциям отстойника, где и отстаивается в течение 2,5 ч при температуре около 85°С. Отстоявшийся прозрачный сок из верхней точки каждой секции отводится кольцевыми барботерами 4 в контрольный переливной ящик 5, откуда поступает на контрольную фильтрацию. Сгущенный осадок выводится из центральной части секций III и V. Осадок же из секций II и IV сгребается скребками к трубопроводу и через зазор между валом и кольцевой перегородкой попадает в секции III и V. Сгущенный осадок выкачивается мембранным насосом 6 и подается в корыто вакуум-фильтра.

Рис. 4. Пятиярусный отстойник

Рис. 4. Пятиярусный отстойник.

 

Недостатки отстойников следующие: они громоздки и занимают большую производственную площадь; сок в них пребывает 2—3 ч при повышенной температуре, отчего происходит увеличение (иногда в 2 раза) его цветности. Достоинства отстойников — простота обслуживания и отсутствие необходимости в фильтровальной ткани.

Вместо отстойников в последнее время на сахарных заводах распространяются непрерывно действующие дисковые сгустители осадка. Преимущества их перед отстойниками состоят в том, что получается фильтрат без мути; нарастания цветности сока не происходит благодаря кратковременному пребыванию в них (около 30 мин); сгустители занимают меньше производственной площади.

В таких сгустителях основная часть сока (около 80%) отфильтровывается, а отложившаяся на ткани лепешка осадка сбрасывается кратковременным обратным давлениёйьсока, смешиваясь с ним в виде суспензии, и направляется на вакуум-фильтр.

Дисковый сгуститель осадка ДГС-59. Производительность сгустителя (рис. 5) соответствует переработке 800 т свеклы в сутки. Сгуститель состоит из цилиндрического неподвижного горизонтального корпуса диаметром 2,6 м и длиной 5,2 м, в котором медленно вращается (частота вращения 0,15— 0,6 об/мин) полый вал 1 с двенадцатью дисками 2. Каждый диск составлен из десяти секторов 3, которые представляют собой рифленую с двух сторон плиту, обтянутую синтетической фильтровальной тканью. Через ткань вследствие разности давлений сок фильтруется снаружи внутрь и проходит по соковыводящим трубкам в коллекторные горизонтальные трубы 4, расположенные внутри полого вала и вращающиеся вместе с ним. Эти десять коллекторных труб соединяют отводные трубки всех секторов, лежащих в одном ряду. Открытые концы коллекторных трубок входят в две распределительные головки 5, расположенные на торцовых сторонах фильтра. Распределительная головка состоит из двух тщательно подогнанных шайб: вращающейся и неподвижной.

При помощи прорезей в неподвижной шайбе вся поверхность фильтрации делится на четыре зоны, три из которых служат для отвода фильтрата, а четвертая— для отдувки слоя осадка обратным током фильтрованного сока. Избыточное рабочее давление в корпусе сгустителя составляет 0,12 МПа.

Осадок, отделяющийся от секторов в зоне отдувки, снимается радиально установленными по обе стороны каждого диска ножами. Он сползает в расположенный вдоль одной стороны сгустителя смеситель 6, в котором вращается ленточный шнек (частота вращения 36 об/мин). При помощи этого шнека сгущенная суспензия передается к спускному патрубку и дальше на вакуум-фильтры.

Рис. 5. Дисковый сгуститель осадка ДГС-59

Рис. 5. Дисковый сгуститель осадка ДГС-59.

 

Величина рабочего давления в корпусе сгустителя, противодавление по зонам фильтрации, разность давлений в зоне отдувки, плотность выходящей суспензии и количество отбираемого осветленного сока поддерживаются автоматически.

Вакуум-фильтры.На сахарных заводах СССР эксплуатируются барабанные вакуум-фильтры Б-40, БШУ-40, БШУ-40-3-2М и др. Принцип действия всех этих фильтров одинаков, различаются они только в деталях.

На рис. 6 даны схематические разрезы барабанного вакуум-фильтра. Он состоит из вращающегося барабана 1, частично погруженного (примерно на 1/3) в корытообразный приемник фильтруемой суспензии. Поверхность барабана сетчатая, обтянута фильтрующей тканью. Под внешней сетчатой поверхностью на малом расстоянии имеется сплошная цилиндрическая стенка. Кольцевое пространство барабана, образуемое сетчатым и сплошным цилиндрами, разделено на ряд секций. Каждая секция трубками соединена с подвижной головкой — коллектором 3. К ней плотно прилегает прижатая пружиной и пришлифованная неподвижная распределительная головка 4.

В корыте фильтра, куда подается сгущенная суспензия, вращается барабан с частотой вращения 0,1 — 0,2 об/мин. В секциях барабана, погруженных в сгущенную суспензию, под влиянием вакуума происходит фильтрация сока и отложение слоя осадка на ткани барабана (зона фильтрации). В секциях, вышедших из корыта, продолжается отсасывание сока из слоя осадка (зона просушки осадка). В верхних секциях осадок промывается водой при помощи форсунок, промой отсасываются (зона промывки и подсушки). В секциях, расположенных перед ножом 2 для съема осадка, лепешка отдувается сжатым воздухом или паром. В неподвижной распределительной головке фильтра 4 имеются вырезы (на рис. 1-19 справа). Когда какая-нибудь из фильтрующих секций барабана при движении погружается в жидкость корыта, конец соответствующего этой секции выводного канала в подвижной головке движется против нижнего выреза неподвижной распределительной головки, через который отсасывается фильтрованный сок. Когда эти же секции выходят из корыта и попадают под промывающие устройства, их выводной канал в подвижной головке оказывается против верхнего выреза в распределительной головке, из которого отсасывается промой.

Рис. 6. Схема вакуум-фильтра

Рис. 6. Схема вакуум-фильтра.

 

Наконец, когда секция подойдет к ножу, выводной канал ее будет находиться в распределительной головке против правого небольшого выреза сверху, куда подается сжатый воздух или пар, которые отталкивают лепешку осадка от поверхности барабана, облегчая его удаление ножом. При дальнейшем вращении барабана цикл работы повторяется. Толщина слоя осадка, снимаемого с барабана вакуум-фильтра, должна быть 8—12 мм. Такой слой удается получить, если в сгущенной суспензии содержится 18— 20% осадка. В корытообразном приемнике нефильтрованного сока устанавливают мешалку 5, чтобы осадок сока не оседал на дно корыта.

Патронные фильтры. Эти периодически действующие фильтры работают под давлением и применяются для контрольной фильтрации сока I сатурации (после отстойников и вакуум- фильтров), для сока II сатурации и сиропа с клеровкой. В них фильтрующим материалом является не ткань, а слой кизельгура

Рис. 7. Патронный фильтр: а — общий вид; б — патрон.

Рис. 7. Патронный фильтр: а — общий вид; б — патрон.

 

Патронные фильтры имеют сравнительно малое гидравлическое сопротивление и высокую скорость фильтрации. Преимущества этих фильтров перед другими заключаются в простоте, прочности и компактности конструкции, отсутствии движущихся и трущихся частей, небольших эксплуатационных расходах, простоте обслуживания, высокой удельной производительности, универсальности применения, отсутствии необходимости применения фильтровальной ткани, возможности полной автоматизации работы фильтра. Достоинством этих фильтров является- также то, что фильтрат на них получается абсолютно прозрачным («искристым») . На рис. 7 показано устройство патронного фильтра типа ПФ. В вертикальном цилиндрическом корпусе фильтра 1 (рис. 7, а) с коническим днищем и полусферической- крышкой вставлены в решетку 2 открытые сверху фильтрующие патроны 3 (85 или 42 патрона). Фильтруемый сок поступает через патрубок 4 под давлением, фильтруется внутрь  патронов и фильтрованный уходит через патрубок 5. Патрон (рис. 7,б) представляет собой полый цилиндр длиной 1620 мм и диаметром 50 мм, открытый сверху и собранный из трех фильтрующих элементов 6 и опорного патрубка 7. Каждый фильтрующий элемент является металлическим ребристым каркасом из нержавеющей стали, на который спирально навита проволока с промежутками не более 0,1 мм.

Перед включением на фильтрацию сока в контрольный фильтр насосом подается из мешалки кизельгурная суспензия до тех пор, пока не образуется на поверхности патронов слой кизельгура толщиной 2,5—5,0 мм. Затем фильтруют продукт. По окончании фильтрации сока слой кизельгура с осадком сбрасывается с поверхности патронов обратным током сока в коническую часть корпуса и из нее отводится в мешалку.

Мешочные фильтры.Эти фильтры служат лишь для отделения небольшого количества мелких частиц, прошедших в фильтрат на основной фильтрации. Они являются контрольными и применяются после грубой фильтрации. Мешочные фильтры иногда используются после вакуум-фильтров и отстойников, на которых получается мутноватый сок. Через них же фильтруют сироп перед увариванием.
Фильтрующим элементом в фильтре системы Прокша (рис. 8) служит рамка (рис. 8,б) размером 70x70 мм; она изготавливается из дренирующей грубой сетки 1 или рифленого волнистого железа. Рамка в верхней части прикреплена к горизонтальной трубке 2, имеющей снизу щель. Один конец трубки заглушён, а другой — открыт. Ряд одетых в мешки из фильтрующей ткани рамок устанавливают в ящик фильтра 3 (рис. 8,а), причем открытые концы трубок всех рамок упираются в резиновые кольца выводных отверстий, находящихся в боковой стенке ящика. Сверху ящик герметически закрывают крышкой 4.

Мутный сок поступает в нижнюю часть фильтра, заполняет его, фильтруется под давлением столба жидкости через мешки внутрь дренирующих рамок, проходит через щель в трубки 2, вытекает через их открытые концы 5 и попадает в желоб 6, пристроенный сбоку ящика. В каждом фильтре имеется 41 рамка с общей фильтрующей поверхностью до 41 м2. Осадок с поверхности мешков фильтров периодически смывается, для чего необходима трудоемкая работа по смене рамок.

II сатурация

Цель II сатурации — возможно более полное удаление извести и солей кальция из сока и дальнейшее повышение вследствие этого его чистоты. Недостаточное удаление извести и кальциевых солей приводит к образованию накипи на стенках выпарных аппаратов, вызывает затруднения при уваривании сока и увеличивает выход мелассы и потерю сахара в ней.

На II сатурации производится дальнейшее снижение рН сока, так как на эту стадию очистки сок поступает после фильтрации, и отсутствует опасность растворения (пептизации) осадков при удалении осадителя.

Рис. 8. Мешочный фильтр системы Прокша: а — схема фильтра; б — рамка.

Рис. 8. Мешочный фильтр системы Прокша: а — схема фильтра; б — рамка.


Во время II сатурации на производстве систематически контролируют щелочность сока, чтобы удержать ее в оптимальных пределах (0,015—0,025% СаО, рН 9,0—9,5) и получить минимальное количество кальциевых солей в соке.

Сок перед подачей в котел II сатурации нагревают до 100—102°С, чтобы разложить бикарбонат кальция, имеющий большую растворимость:

Сок перед подачей в котел II сатурации нагревают до 100—102°С, чтобы разложить бикарбонат кальция, имеющий большую растворимость

Для дополнительной очистки сока путем адсорбции несахаров на поверхности СаС03 в сатуратор II сатурации иногда добавляют небольшое количество известкового молока (0,25% СаО к массе свеклы).

Осуществляется II сатурация в решетчатых сатураторах. Размеры котлов такие же, как и для I сатурации. Аппараты II сатурации обычно не имеют расширения в верхней части, так как заметного вспенивания сока на этой стадии очистки не наблюдается.

Коэффициент использования сатурационного газа на II сатурации невысокий— около 50%. что обусловлено меньшей щелочностью сатурируемого сока.

Фильтрация сока II сатурации

Сок II сатурации фильтруют через патронные фильтры (типовое оборудование) или через фильтр-прессы. На ряде реконструированных заводов фильтр-прессы заменены дисковыми фильтрами периодического действия — мановакуум-фильтрами.

Сульфитация сока

На сульфитации сок обрабатывается газом, получаемым от сжигания серы в специальных печах при пропускании через них воздуха. Такой газ содержит 12—15% сернистого ангидрида (S02). Цель сульфитации — обесцвечивание сока, предохранение сиропа от сильного повышения цветности на выпарке, снижение вязкости сока, а также его обезвреживание.

При пропускании через сок S02 получается сернистая кислота, являющаяся сильным восстановителем: При пропускании через сок S02 получается сернистая кислота, являющаяся сильным восстановителем

Она частично переходит в серную кислоту:

Она частично переходит в серную кислоту

Выделяющийся при этом водород восстанавливает органические окрашенные вещества, содержащие непредельные хромофорные группы, в бесцветные соединения. Это действие сернистого газа продолжается и на выпарке, что способствует меньшему потемнению сиропа.

Наряду с обесцвечиванием сернистая кислота понижает щелочность сока:

Наряду с обесцвечиванием сернистая кислота понижает щелочность сока

Эта реакция полезна для сахарного производства, так как в результате ее значительно понижается вязкость сиропов, что улучшает условия фильтрации сока и сиропа, облегчает кристаллизацию сахара и отделение кристаллов от маточного сиропа. После сульфитации сок имеет слабую щелочную реакцию (рН 8,5).

Сульфитацию обычно проводят в сульфитаторе оросительного типа, который представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с установленными по высоте четырьмя деревянными решетками. Сок поступает на коническую тарелку-распределитель в верхней части котла и струйками стекает через решетки вниз. Сернистый газ входит в нижнюю часть сульфита- тора, продувается через сок и уходит через верхнюю вытяжную трубу.

Многообразие несахаров и различие их свойств сильно осложняет очистку сока. Принятыми методами из диффузионного сока удаляется примерно 35— 40% несахаров, остальные несахара сосредоточиваются в основном в мелассе, удерживая от кристаллизации 1,8— 2,2% сахара к массе свеклы.

  • Похожие материалы