Для очистки молока, кроме центробежных очистителей, применяют фильтры. Действие их основано на задержании посторонних частиц при пропускании жидкости через пористую перегородку: сетку с мелкими ячейками или ткань.
Качество очистки при фильтрации зависит от размеров ячеек или пор. При непрерывном прохождении жидкости через перегородку оседающие на ней частицы образуют пористый слой, который в дальнейшем оказывает задерживающее действие, т. е. сам является фильтрующей перегородкой. Одновременно с этим возрастает сопротивление, которое оказывает перегородка прохождению жидкости, и увеличивается напор, потребный для проталкивания жидкости через фильтр при постоянной производительности. При постоянном напоре, наоборот, снижается производительность в результате уменьшения скорости фильтрации.
Когда фильтруемая жидкость протекает через капиллярные каналы сетки или ткани, то движение жидкости имеет ламинарный характер.
Возможны два режима фильтрации: при постоянном давлении, с постоянной скоростью при возрастании давления.
Если фильтрация проходит при постоянном давлении, то скорость фильтрации непрерывно уменьшается из-за увеличения сопротивления фильтра. Чем короче процесс фильтрации, тем больше средняя скорость фильтрации за соответствующий промежуток времени (цикл). Поэтому, как правило, более выгодна работа на коротких циклах.
По окончании цикла фильтр необходимо разобрать и сменить загрязненную фильтрующую ткань на вымытую и простерилизованную, а ткань с осадком вымыть. Так как разборка и замена ткани связаны с перерывом в работе фильтра, то для бесперебойной работы установки комплектуют из двух фильтров, которые располагают параллельно. Работают фильтры поочередно, причем во время работы одного разбирают другой.
Скорость фильтрации уменьшается с увеличением вязкости жидкости, поэтому для увеличения производительности фильтра целесообразно фильтровать молоко нагретым.
Достоинство фильтров состоит в простоте их конструкции и обслуживания. В фильтрах нет движущихся частей и связанного с этим, износа деталей. Однако у фильтров есть и свои недостатки. Так, фильтровальная ткань требует частой замены и мойки. При работе с постоянной производительностью потребное давление повышается и может произойти прорыв ткани, после чего грязь с фильтра будет частично смыта и унесена в профильтрованное молоко.
В качестве фильтрующих перегородок используются металлические сетки и ткани. Основной характеристикой металлических сеток является число отверстий (ячеек) на 1 см
2 поверхности. В молочных фильтрах используются сетки с числом отверстий от 25 до 100. Сетки могут быть как плетеные, так и пробивные.
Плетеные сетки засоряются быстрее пробивных, их труднее мыть и при эксплуатации из-за смещения проволоки наблюдаются изменения в размерах ячеек. Поэтому в лучших конструкциях фильтров используют пробивные сетки с диаметром отверстий 0,5—1,5 мм, изготовленные из листового нержавеющего металла. Применение одних только сеток не позволяет получить высокую эффективность фильтрации, обычно их комбинируют с фильтрующей тканью.
В молочной промышленности используют фильтры трех видов: цилиндрические, пластинчатые и дисковые.
Рис. 1. Цилиндрический фильтр для молока:
1— корпус; 2 — сетчатый цилиндр; 3 — цилиндрический стакан; 4 — патрубок для входа молока; 5 — кран; 6 — откидной винт; 7 — патрубок для выхода молока; 8 — крышка; 9 — верхний фланец.
Цилиндрические фильтры
Цилиндрический фильтр (рис. 1) состоит из трех основных частей: корпуса 1 с подставкой, сетчатого цилиндра 2, на который натягивается ткань, и крышки 8 с цилиндрическим стаканом. Во время работы фильтр собран: ткань, сшитая в форме цилиндра, вложена в сетчатый цилиндр и ее края отвернуты наружу; сетчатый цилиндр с тканью вставлен в корпус, а крышка прижата на прокладке откидными винтами 6 к верхнему фланцу 9 корпуса.
Молоко подается в фильтр снизу через патрубок 4, заполняет кольцевое пространство между тканью и внутренним цилиндром, проходит через ткань и сетку и выходит через патрубок 7. Внутри стакана 3 молоко сжимает воздух до тех пор, пока его давление не будет соответствовать напору, необходимому для проталкивания молока через ткань. Таким образом, внутренний стакан играет роль воздушного колпака, устраняющего пульсацию потока молока через фильтрующую перегородку. Благодаря этому оказывается возможным поднять уровень молока между стаканом и сеткой до самой крышки и полностью использовать поверхность фильтрующей ткани, не подвергая ее опасным напряжениям.
Кроме того, наличие воздушной подушки обусловливает малый остаток молока внутри фильтра по окончании его работы. По мере накопления осадка на ткани уровень молока в стакане поднимается, сжимая воздух все больше и больше. Сетчатый цилиндр при этом принимает на себя давление и предохраняет ткань от прорыва.
Для контроля давления на крышке фильтра должен быть установлен манометр. Когда давление достигнет 20 000 кгс/м2 (приблизительно через 1 ч работы), фильтр выключают из работы, спускают остаток молока через кран 5, разбирают фильтр и заменяют ткань. Чтобы обеспечить бесперебойное фильтрование молока, устанавливают параллельно два фильтра и трехходовым краном поочередно включают их в работу.
Техническая характеристика цилиндрических фильтров
№ 1 № 2 № 3
Производительность, л/ч 2500 5000 8000
Диаметр сетки, мм 120 225 380
Высота сетки, мм 800 800 800
Фильтрующая поверхность, м
2 0,3 0,6 0,9
Общий диаметр фильтра, мм 250 430 530
Общая высота, мм 1000 1000 1000
Достоинство цилиндрических фильтров по сравнению с другими — в простоте их конструкции, недостаток — в сравнительно малой фильтрующей поверхности.
Дисковые и пластинчатые фильтры
В дисковых и пластинчатых фильтрах можно разместить большую
рабочую поверхность. Принцип устройства дисковых
фильтров показан на рис. 1.
Фильтр состоит из ряда параллельных круглых дисков 1,
промежуточных рамок 2 с сетками и фильтровальных прокладок 5, надетых на
центральную трубку 3 и сжатых вместе в один пакет, который помещен в корпус
фильтра. Молоко поступает в фильтр через патрубок 7, проходит через отверстия в
рамках и через фильтровальные прокладки проходит в пространство между сетками, а
затем — внутрь центральной трубки и выходит наружу через патрубок 6.
Число дисков может быть различным в зависимости от
производительности фильтра. Расположение дисков бывает вертикальное и
горизонтальное.
Рис. 1. Дисковый фильтр:
1 — сетчатый диск; 2 — рамка; 3 — центральная трубка; 4 —
корпус; 5 — прокладка; 6 — патрубок для выхода молока; 7 — патрубок для входа
молока.
Подобным же образом устроены и пластинчатые фильтры, у
которых фильтровальная ткань надевается на прямоугольные рамки с сетками. Рамки
сжимаются и образуют пакеты из параллельно работающих плоских фильтров.
Благодаря параллельной компоновке рабочих элементов,
фильтрующая поверхность в пластинчатых и дисковых фильтрах может быть
значительной и их производительность достигает 20 000 л/ч.
