Расчет барабанного вакуум-фильтра

Содержание влаги в сыром  крахмале 40 – 55%, из них на долю свободной  влаги приходится 12 – 15%, сорбционно связанной – 35 – 38%. Тепловая обработка крахмала при повышенной исходной его влажности может привести к изменениям его свойств: растрескиванию крахмальных зерен, частичной клейстеризации, утере блеска. Поэтому сушку крахмала ведут в условиях, не допускающих его перегрева.

Схема производства сухого крахмала состоит из следующих операций: подготовка суспензии крахмала к механическому  удалению избыточной влаги; механическое обезвоживание крахмала; высушивание  и обработка сухого крахмала (дробление, прессование и упаковка). Очищенный  на ситах сырой крахмал в виде крахмальной суспензии концентрацией 36 – 38% направляют для получения  сухого продукта. Механическое обезвоживание проводят в осушающих центрифугах типа ФГН (фильтрующие горизонтальные, непрерывнодействующие) или в вакуум-фильтрах до содержания влаги первоначально в кукурузном крахмале 34 – 36%, в картофельном – 37 – 38%.

Для сушки крахмала до требующей  влажности используют в качестве теплоносителя подогретый воздух. Наибольшее распространение получили пневматические сушильные установки ПС-15, в которых  обеспечивается хороший контакт  крахмала с теплоносителем.

Из сушилки крахмал с температурой до 55 – 60 ºС подается в бункер – охладитель, затем в центробежный бурат для разрушения комочков крахмала. Далее крахмал просеивается в призматическом бурате и поступает на упаковывание. Крахмал гигроскопичен, поэтому при хранении поддерживается относительная влажность воздуха не ниже 90% и температура не более 10 ºС.

Выделение крахмала из пшеницы

     Пшеница – широкоизвестный источниккрахмала во всем мире благодаря ее

доступности в умеренном  климате и содержанию значительной фракции протеина, называемой «жизненноважным» глютеном.Для выделения крахмала пшеницу сначала измельчают с целью получения пшеничной муки. Она смешивается с водой до образования густой массы, которая затем подвергается кратковременному процессу созревания.Затем к смеси добавляется вода до

состояния жидкого теста, которое разделяется на отдельные  фракции с помощью

трехфазной декантерной центрифуги В этом процессе первой и самой тяжелой

фракцией является крахмал  качества А.Вторая фракция – это крахмал В и глютен. Третья фракция состоит из растворимых компонент, некоторого количества

очень мелких частиц (мезга), крахмала(крахмал С) и пентозанов.После удаления волокон с использованием сит крахмал А концентрируется сопловыми центрифугами и на конечном этапе промывается в гидроциклонах с использованием свежей воды.

Смесь крахмала В и глютена сначала разделяется с использованием сит. Затем

глютен промывается в барабане и сушится. После сушки глютен измельчается.

Этот так называемый жизнеспособный глютен используется в пищу и в качестве

обычной пищевой добавки  – например,добавки в тесто при выпечке хлеба.

Крахмал В концентрируется с использованием сопловых центрифуг. Крахмал

В смешивается с крахмалом А для преобразования в глюкозу. Этот крахмал В

также может быть обезвожен  в декантерной центрифуге и затем высушен и продан как вторичный крахмал Легкая фаза из трехфазной декантерной центрифуги, которая содержит фракцию пентозана, присутствующую в пшеничной

муке, затем обрабатывается энзимами и концентрируется с помощью выпарной

станции.

Другие источники крахмала

       Рис является одним из наиболее доступных, но мало используемых сырьевых

продуктов для получения  крахмала.Этосвязано с тем, что выделение крахмала

из риса осложнено небольшими размерами крахмальных зерен.

       Ячмень и овес произрастают в северном полушарии и являются важными диетическими продуктами, необходимыми для питания человека. Процесс выделениякрахмала из ячменя и овса схож с получением крахмала из пшеницы

 

1. Состояние вопроса

 

1.1 Теоретические основы процесса фильтрования

Фильтрование – это разделение неоднородной системы с твердой  дисперсной фазой, основанное на задержании твердых частиц пористыми перегородками.

Фильтрование осуществляется под  действием разности давлений перед фильтрующей перегородки и после нее. Интенсивность фильтрования зависит от количества суспензий, полученных на предыдущих стадиях технологического процесса: дисперсной системы с понижением сопротивления осадка, без смолистых, слизистых и коллоидных веществ.

При разделении неоднородных систем фильтрования возникает необходимость  выбора конструкции фильтра, фильтровальной перегородки, режима фильтрования.

В качестве фильтрующих материалов применяют зернистые материалы  – песок, гравий для фильтрования воды, различные ткани, картон, сетки, пористые полимерные материалы, керамику и т.д.

Классификация процесса фильтрования

1) По движущей силе: движущей  силой процесса фильтрования  является разность давлений по  обе стороны фильтровальной бумаги. Получить разность можно двумя  способами:

– создание избыточного давления над фильтром (рис. 1.1, а)

– создание вакуума (рис. 1.1, б)

2. По механизму фильтрования:

– с образованием осадка на поверхности фильтровальной перегородки. При этом твердые частицы не проникают внутрь перегородки.

– с закупориванием пор фильтровальной перегородки, твердые частицы проникают внутрь перегородки.

3) По целенаправленности процесса:

– получение чистого осадка;

– получение фильтрата;

– получение одновременно осадка и фильтрата;

4) По целевому назначению:

– очистное фильтрование, его применяют для очистки растворов от включений, а целевым продуктом является фильтрат.

– продуктовое фильтрование, его целью является получение осадка (НУТЧ-фильтры, барабанные вакуум фильтры).

 

Рисунок 1.1

 Схема фильтрования: а – под  избыточным давлением; б – под вакуумом

 

Процесс разделения суспензий на фильтрах состоит из нескольких операций: промывка осадка на фильтре, при этом с помощью  фильтра, фильтрат выделяется из пор  осадка; продувка осадка воздухом с  целью вытеснения из пор оставшейся промывной жидкости; сушка осадка нагретым воздухом.

Фильтрование обычно протекает  в ламинарном режиме. Скорость фильтрования – это объем фильтрата полученный с 1м² фильтрующей поверхности за 1с:

ω= , [м³/м²×с].

Скорость процесса прямо пропорциональна  разности давлений и обратно пропорциональна  сопротивлению осадка. Процесс описывается  следующим кинетическим уравнением:

, (*)

где V – объем фильтрата, м³; F – площадь поверхности фильтрования, м²; t-продолжительность фильтрования, с; – перепад давлений, Н/м²; – вязкость жидкой фазы, Н×с/м²; R_ос – сопротивление осадка, м^-1; - сопротивление фильтровальной перегородки, м^-1.

Если предположить, что в фильтровальную перегородку не проникают твердые  частицы, то сопротивление  можно принять постоянным, а сопротивление осадка изменяется с увеличением слоя осадка.

Примем, что при прохождении 1 м³ фильтрата, образуется х₀ м³ осадка, тогда:

х₀V=h₀F, h₀= х₀V/F,

где h₀-высота осадка, м.

Допустим, что сопротивление слоя осадка пропорционально его высоте:

R_oc r₀h₀=r₀x₀V/F,

где r₀ – удельное сопротивление осадка, м^2.

Подставив, полученное выражение в  уравнение (*):

Пренебрегая, сопротивлением фильтровальной перегородки получим:

Для начального момента фильтрования (V=0): =

Для случая фильтрования при имеем:

Полученное уравнение применимо  как к сжимаемым, так и к  несжимаемым осадкам и показывает, что увеличением объема фильтрата  скорость фильтрования уменьшается.

Из этого уравнения можно  найти продолжительность фильтрования:

Таким образом, продолжительность  фильтрования прямо пропорциональна  квадрату объема полученного фильтрата.

Удельная производительность фильтрата  в (м³/м²):

V_f= -

1.2 Оборудование: фильтровальные аппараты

       Классификация фильтровальных аппаратов приведена на рисунке1.2.

В фильтрах периодического действия фильтрующая перегородка неподвижна, а в фильтрах непрерывного действия она перемещается, проходя через зону очистки, в которой регенерируется. Оба эти класса разделяются на фильтры, работающие под давлением или под вакуумом. В классе фильтров периодического действия выделяют отдельно группы фильтров, работающих под давлением столба жидкости над фильтрующей поверхностью или создаваемым насосом. Вакуумные фильтры называют также нутч-фильтрами.

 

Рисунок 1.2. Классификация фильтровальных аппаратов

 

Схема песочного фильтровального  аппарата как аппарата подгруппы  фильтров с зернистым слоем представлена на рисунке 1.3 Такие фильтры применяют при относительно малом содержании твердой фазы в жидкости. Они работают и как шламовые, и как закупорочные. Такие фильтры очищают воду на ликероводочных заводах. На нижний диск фильтра, покрытый тканью, насыпают слой мелкого песка, далее через слой ткани слой крупного песка и затем на верхний диск укладывают слой ткани. Суспензия подводится сверху под давлением 0,02…0,03 МПа, фильтрат отводится снизу. На верхней крышке аппарата предусмотрен кран для отвода воздуха. В начальный период фильтрования фильтрат получается мутным, и лишь по истечении периода обдержки», составляющего 15…30 мин, он осветляется. Это объясняется тем, что в начальный период работы на поверхности песочного фильтра еще не отложился достаточно толстый слой шлама, и он работает как аппарат закупорочного фильтрования. При этом через него проходит часть частиц дисперсной фазы суспензии, имеющих малые размеры. По мере накопления шлама, фильтрование переходит в шламовое и проходившие ранее через фильтр частицы задерживаются шламом. В результате фильтрат осветляется. Скорость фильтрования 250…750 дм3/(м2*ч). Когда она существенно падает, аппарат перезаряжается.

 

 

 

Рисунок 1.3 Схема песочного фильтра

 

 

. Рисунок 1.4 Схема фильтрационного чана: 1-фильтрующая ткань, 2 – мешалка, 3 – корпус, 4 – решетка.

 

В фильтрационном чане (рис.1.4.) установлена сетка с тенью, на которой накапливайся слой осадка. Верхняя часть осадка периодически перемешивается мешалкой. При необходимости осадок удаляют через насадок большого поперечного сечения. Для интенсификации фильтрования можно повысить давление над осадком. Перепад давлений на фильтре удается увеличить также созданием вакуума полости под фильтрующим слоем (нутч-фильтры).

Для работы при избыточном давлении 0,3…0,4МПа применяют фильтр-прессы. Они представляют собой набор рам (элементов), на которые натянута или между которыми уложена фильтрующая ткань (пластины). Фильтрат проходит через фильтрующие слои и удаляется через бороздки на рамных элементах, собирающиеся в отводящий канал. Подводящий коллектор распределяет фильтруемую жидкость в пространстве между рамными элементами. Рамные элементы фильтров собирают в батареи по 10…60 шт., уплотняемые по торцевым поверхностям с помощью винтового пресса или другого зажимного устройства. После достаточно полной закупорки пор, происходящей обычно в течение 60…300 мин, фильтрующие элементы периодически удаляют вместе с осадком и заменяют.

Трудоемкость обслуживания фильтр-прессов можно уменьшить. Это достигается использованием механизированного зажима плит. Такие автоматические камерные прессы применяют лов фильтрования тонкодисперсных суспензий.

Автоматический камерный фильтр-пресс (рисунок 1.5, а) состоит из горизонтально расположенных одна над другой фильтрующих плит 2, расстояние между которыми составляет 23. «30 мм.

С обеих сторон плит установлены  направляющие. Между патами через  ролики протянута бесконечная лента  фильтрующей ткани 3, натяжение которой  осуществляется натяжным устройством. Для образования отдельных камер  в пазах рам установлены резиновые  шланги 1. Уплотнение в камерах осуществляется при подаче жидкости в шланги под  давлением 0,8… 1,0 МПа (рис. 2.4 б).

 

Рисунок 1.5  Автоматический камерный фильтр-пресс:

а-схема фильтра: 1-шланг резиновый уплотняющий; 2 – опорная щелевидная плита; 3 – фильтрующая ткань; 4 – нож для съема осадка; 5 – нож подчистки; 6 – камера регенерации; 7 – поддон; 8 – камера для чистого фильтрата; 9 – камера для суспензии; б-уплотняющие шланги:

1 – опорная плита; 2 – шланг; 3 – ткань; 4 – опорная щелевидная  плита.