Процесс фильтрования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Практически все вещества в природе встречаются преимущественно в виде смесей, абсолютно чистых веществ не бывает, даже чистейшее золото 999-й пробы содержит примеси. Однако понятие «чистое вещество» не лишено смысла. Под этим понятием подразумевают вещество, не содержащее примесей и обладающее постоянством физических и химических свойств. В данном случае имеют в виду вещество, содержание примесей в котором настолько мало, что ими можно пренебречь, так как они не оказывают никакого влияния на свойства вещества. Примерами чистых веществ можно считать поваренную соль, соду, сахар, дистиллированную воду. Существуют различные способы деления смесей. Один из способов разделения неоднородных смесей - фильтрование.

Фильтрование очень часто применяется в повседневной жизни. Например, наливая чай из заварника, обычно используют специальное сито, которое задерживает частицы заварки. Схожим образом отфильтровывают, например, мякоть сухофруктов из компота. Подобных примеров много. Фильтрование можно применять также для разделения неоднородных смесей, состоящих из твердых веществ. Так, для выделения, например, поваренной соли из ее смеси с песком смесь взбалтывают в воде. Поваренная соль прекрасно растворяется, а песок остается на дне в качестве осадка. Чтобы отделить песок от воды, применяют метод фильтрования. Смесь наливают на специальный бумажный фильтр, который легко пропускает мелкие частицы раствора, но в то же время не пропускает гораздо большие по размеру частицы песка. Таким образом, песок остается на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор из поваренной соли проходит через фильтр.

1. Общие сведения

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий, пылей и туманов через пористую, так называемую фильтровальную перегородку, способную пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них частицы. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений перед фильтрующей перегородкой и после нее или в поле центробежных сил.

От правильного выбора фильтровальной перегородки во многом зависят производительность фильтра, чистота получаемого фильтрата.

В качестве пористых перегородок используются:

- зернистые материалы: песок, уголь, асбест и др.;

- ткани: шерстяные (в основном грубошерстные), хлопчатобумажные (бязь, фланель), минеральные (асбестовая ткань), металлотканые (металлические сетки);

- жесткие пористые перегородки (в основном керамические).

По целевому назначению процесс фильтрования может быть очистным или продуктовым. Очистное фильтрование 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.

Интенсивность фильтрования зависит от качества суспензий, полученных на предыдущих стадиях технологического процесса: дисперсной системы с пониженным сопротивлением осадка, без смолистых, слизистых и коллоидных веществ.

Процесс фильтрования в промышленных условиях проводится на фильтрах периодического и непрерывного действия. Фильтры периодического действия позволяют проводить фильтрование в любом режиме. Непрерывно действующие фильтры работают только при постоянной разности давления, обеспечивая непрерывное удаление осадка, что является их существенным преимуществом.

По способу создания разности давления (движущей силы) различают фильтры, работающие под давлением, и фильтры, работающие под вакуумом.

Давление над фильтрующей перегородкой вызывает уплотнение осадка, в результате чего создается добавочное сопротивление, снижающее скорость фильтрования. Кроме того, создание герметичной конструкции над фильтрующей перегородкой осложняет процесс выгрузки осадка, в связи с чем в большинстве конструкций используют вакуум под фильтрующей перегородкой.

По расположению слоя осадка относительно фильтрующей перегородки различают перегородки с верхним расположением осадка, вертикальным расположением и с расположением осадка под фильтрующей перегородкой.

Осадки, образующиеся при фильтровании, разделяют на несжимаемые и сжимаемые. Примером несжимаемых осадков могут служить частицы песка, кристаллы карбоната кальция, их пористость в не меняется процессе фильтрования. Примером сжимаемых осадков могут служить осадки гидроокисей металлов, их пористость уменьшается при фильтровании. Сжатие осадка ведет к повышению гидравлического сопротивления, как следствие уменьшается скорость фильтрования. Для повышения пористости осадков к суспензиям добавляют реагенты, которые способствуют агрегированию мелких частиц. Фильтрация является эффективным методом разделения жидких неоднородных систем (взвесей, коллоидных растворов). Метод широко применяется в различных сферах промышленности (в химической, пищевой, нефтеперерабатывающей, горнорудной и др.), а также в лабораториях. Способ фильтрации также используется для очистки газообразных сред от жидких и твердых фракций.

2. Виды фильтрования

При разделении суспензий в зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств самой суспензии фильтрование может происходить с образованием осадка на поверхности перегородки, с закупориванием пор фильтрующей перегородки и с тем и другим явлениями одновременно (промежуточный вид фильтрования).

Фильтрование с закупориванием пор происходит, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки. Закупоривание пор твердыми частицами наблюдается уже в начальный период процесса фильтрования, что снижает производительность фильтра. Для поддержания ее на должном уровне фильтр регенерируют, промывая обратным током жидкости либо прокаливая металлические фильтровальные перегородки.

Фильтрование с образованием осадка происходит в тех случаях, когда диаметр частиц больше диаметра пор перегородки, в результате чего только первые порции фильтрата уносят с собой небольшую часть твердой фазы, прошедшую через фильтр. В дальнейшем отверстия перекрываются сводами из частиц. Образуется осадок, толщина которого увеличивается по мере продолжения процесса фильтрования. И он начинает играть основнуюроль при задержании последующих частиц, размеры которых больше размеров капилляров осадка. По мере роста толщины слоя осадка увеличивается сопротивление фильтрованию и уменьшается его скорость, которая определяется перепадом давления перед и после фильтрующей перегородки, т.к. только при выполнении этого условия процесс будет осуществляться.

Промежуточный вид фильтрования имеет место в случае одновременного закупоривания пор фильтровальной перегородки и отложения осадка на ее поверхности. Таким образом, тип фильтрования зависит от свойств суспензии, фильтрующей перегородки, давления фильтрования. Поэтому одна и та же суспензия может фильтроваться при соответствующих условиях различно.

3. Оборудование для фильтрования

фильтрование технологический смесь

Фильтры, используемые для разделения суспензии, работают как под вакуумом, так и под избыточным давлением, периодически и непрерывно. К фильтрам, работающим под давлением, предъявляют повышенные требования к механической прочности.

В фильтрах периодического действия осадок удаляется после прекращения процесса фильтрования, в фильтрах непрерывного действия - по мере необходимости без остановки процесса.

Нутч-фильтр, работающий как под вакуумом, так и под избыточным давлением, широко распространен в малотоннажных производствах. Выгрузка из него осадка механизирована. Для сброса осадка фильтр снабжен перемешивающим устройством в виде однолопастной мешалки. Для удаления осадка из фильтра на цилиндрической части корпуса предусмотрен люк.

Нутч-фильтр с перемешивающим устройством:

Суспензия и сжатый воздух подаются через раздельные штуцера, фильтрат удаляется через спускной кран. Фильтр снабжен предохранительным клапаном.

Цикл работы фильтра состоит из заполнения его суспензией, фильтрования суспензии под давлением, удаления осадка с фильтровальной перегородки при вращающейся мешалке и регенерации фильтровальной перегородки. В таких фильтрах может проводиться одновременно промывка осадка.

Рамный фильтр-пресс используется для осветления виноматериалов, вина, молока и пива. Фильтрующий блок состоит из чередующихся рам и плит с зажатой между ними фильтровальной тканью или картоном. Рамы и плиты зажимаются в направляющих зажимным винтом. Фильтр монтируют на металлической станине.

Для извлечения пива и дрожжей из дрожжевой суспензии, образующейся при седиментации в бродильных чанах, применяют барабанный вакуум-фильтр. Фильтровальный элемент состоит из крупноячеистой сетки, на которую накладывается мелкоячеистая сетка. Для улучшения условий фильтрования на мелкоячеистую сетку намывается слой вспомогательного материала - кизельгура либо картофельного крахмала. Пивная или дрожжевая суспензия, подаваемая из бака, при вращении барабана равномерно распределяется по фильтровальной поверхности, а дрожжевой осадок (лепешка) срезается ножом, установленным над баком.

Ленточный фильтр состоит из рамы, приводного и натяжного барабанов, между которыми натянута бесконечная перфорированная резиновая лента. Под ней расположены вакуум-камеры, соединенные в нижней части с коллекторами для отвода фильтрата и промывной жидкости. За счет вакуума лента прижимается к верхней части вакуум-камер. К резиновой ленте натяжными роликами прижимается фильтровальная ткань, выполненная также в виде бесконечной ленты.

Суспензия подается на фильтровальную ткань из лотка. Фильтрат под вакуумом отсасывается в камеры и отводится через коллектор в сборник. Промывная жидкость подается через форсунки на образовавшийся осадок и отсасывается в камеры, из которых через коллектор отводится в сборник.

На приводном барабане фильтрующая ткань отделяется от резиновой ленты и огибает направляющий ролик. При этом осадок соскальзывает с фильтровальной ткани и падает в сборник осадка.

При прохождении фильтровальной ткани между роликами 7 она промывается, просушивается и очищается.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия разделяются по расположению вала на вертикальные и горизонтальные, по способу выгрузки осадка - на центрифуги с ручной, гравитационной, пульсирующей и центробежной выгрузкой осадка. Главным отличием фильтрующих центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный барабан, обтянутый фильтровальной тканью.

В фильтрующей центрифуге периодического действия суспензия загружается в барабан сверху. После загрузки суспензии барабан приводится во вращение. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается к внутренней стенке барабана. Жидкая дисперсионная фаза проходит через фильтровальную перегородку, а осадок выпадает на ней. Фильтрат по сливному патрубку направляется в сборник. Осадок после окончания цикла фильтрования выгружают вручную через крышку.

Конструкция фильтрующей центрифуги с перфорированным барабаном аналогична конструкции автоматической отстойной центрифуги с непрерывным ножевым съемом осадка.

В саморазгружающихся центрифугах осадок удаляется под действием гравитационной силы. Такие центрифуги выполняют с вертикальным валом, на котором располагается перфорированный барабан. Суспензия подается на загрузочный диск при вращении барабана с низкой частотой. Нижняя часть барабана имеет коническую форму, причем угол наклона делается большим, чем угол естественного откоса осадка. После окончания цикла фильтрования и остановки барабана осадок под действием гравитационной силы сползает со стенок барабана и удаляется из центрифуги через нижний люк.

Список использованной литературы

1. Г.Д. Каветский, В.П. Касьяненко. Процессы и аппараты пищевых производств, 2008

2. Ю.М. Плаксин, Н.Н. Малахов, В.А. Ларин. Процессы и аппараты пищевых производств, 2007

3. А.Г. Айнштейн. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, 2003.

Размещено на Allbest.ru