Обладнання для фільтрування харчових продуктів

Фільтрування - це процес розділення неоднорідних систем з твердою дисперсною фазою на рідку фазу у вигляді фільтрату і тверду фазу у вигляді осаду. Цей процес проходить через пористу фільтрувальну перегородку.

Фільтрувальна перегородка разом із частинками осаду, які також приймають участь в процесі фільтрування, складають фільтрувальне середовище. Для виготовлення фільтрувальних перегородок застосовують тканину, шлакову або скляну вату, папір і картон. Із зернистих фільтрувальних перегородок застосовують пісок, інфузорну землю, кокс та дерев'яне вугілля. Ці перегородки повинні мати проникаючу основу з перфорованих металевих, керамічних або дерев 'яних пластин.

У харчовій промисловості процеси фільтрування отримали широке застосування для відділення осаду від сатураційних соків і для очищення сиропів в цукровому виробництві; для відділення дробини від сусла і для освітлення пива в пивоварінні; для фільтрування рідин у виноробному та лікеро-горілчаному виробництві, а також для фільтрування соків.

Режим фільтрування. Процес фільтрування відбувається в таких варіантах змін швидкості тиску:

• при постійній швидкості і змінному тиску;

• при постійному тиску і змінній швидкості;

• при змінних тиску і швидкості.

Якщо фільтрування відбувається під постійним тиском, то з часом, в міру нагромадження осаду на фільтрувальній перегородці, швидкість фільтрування зменшується. Якщо фільтрування відбувається з постійною швидкістю, то з часом, в міру накопичення осаду, потрібно для підтримання однакової швидкості підвищувати тиск. Отже, в цьому випадку тиск з часом зростає. В обох випадках потрібне періодичне очищення фільтра через певні проміжки часу. У першому випадку, щоб уникнути зниження пропускної спроможності фільтра, а в другому — щоб запобігти підвищенню надмірного тиску.

Конструкції фільтрів

Сучасні фільтри за принципом дії діляться на фільтри періодичної дії і фільтри безперервної дії, за тиском — на фільтри, що працюють під тиском, і фільтри, що працюють під розрідженням, а за конструкцією на барабанні, дискові, стрічкові, патронні, листові тощо.

Фільтри періодичної дії. До апаратів періодичної дії належать нутч-фільтри, фільтрпреси, листові фільтри і згущувачі.

Нутч-фільтри являють собою циліндричні резервуари з пористою фільтрувальною перегородкою, яка розміщена в нижній частині корпусу.

Працюють такі фільтри під гідростатичним тиском, під вакуумом і під тиском рідини, що розвивають насоси.

За своєю конструкцією вони бувають відкриті (рис.4.25) і закриті (рис.4.26).

Фільтрувальна перегородка виготовлена з керамічних пористих плит або з тканини, укладеної на решітці.

Перевагами нутч-фільтрів є простота конструкції, можливість хорошого промивання осаду та значна швидкість фільтрування в апаратах, що працюють під тиском, а до недоліків належать ручне розвантаження осаду та мала продуктивність.

Пісковий фільтр періо­дичної дії (рис. 4.27) використовується для очищення і покращення якості води, для виділення з водно-спиртових сумішей суспе­ндованих частинок і мі­неральних солей у виробництві фруктових вод і лікеро-горілчаних напоїв.

Фільтр являє собою циліндричний резервуар із сферичним дном і зйомною кришкою, які виготовлені з нержавіючої листової сталі. У кришці є кран, який вико­ристовується як повітряник. У верхній частині корпусу

розташовується патрубок, призначений для подачі рідини у фільтр. До патрубка прикріплений на фланцях колектор, який служить для рівномірного розподілу рід ини по перерізу фільтра. В дно приварений патрубок з отворами для проходу рідини. Через патрубок відводиться відфільтрована рідина. Одночасно він є центральною опорою для решітки. Решітка по периметру підтримується кільцем, же приварене до корпусу. Як фільтрувальний матеріал використовується кварцовий пісок округлої форми. На решітку укладають сітку з вічком 0,9x0,- 4 мм, а на неї тканинну перегородку і три шари піску загальною висотою до 500 мм. Нижній шар висотою 50 мм має розмір зерен 2...3 мм, середній шар висотою 100 мм з зернами 1,5...2 мм і верхній шар висотою 350 мм із зернами 1... 1,5 мм. Поміж шарами піску та над верхнім шаром розмішуються фланелеві або сукняні перегородки.

Рис. 4.27. Пісковий фільтр:

1 - решітка; 2 - корпус; З - повітряник; 4 - кришка; 5 - колектор; 6 - верхній патрубок; 7 - опорні лапи; 8 - шари піску; 9 - дно; 10 - нижній патрубок.

Рідина подається під тиском 0,02...0,06 МПа, рівномірно розпод іляється в колекторі, проходить крізь пісок і фільтрується.

При забрудненні виконують регенерацію піску водою, яка переміщується у протилежному напрямку руху фільтрату. Фільтри працюють без перезарядки (заміни піску) 4...5 місяців.

Камерний фільтр-прес (рис. 4.28) складається з ряду рифлених плит (рис.4.29), які приливами спираються на поздовжні горизонтальні балки і розташовуються між задньою опорною і передньою нажимною плитами. Фільтрувальним елементом є азбестовий картон, який розмішується між плитами. Нажимна плита переміщується у горизонтальному напрямку гвинтом із штурвалом. Для щільної затяжки плит після встановлення пере­городок викорис­товують важіль.

Кожна плита прямокутної форми має на двох кутах з одного боку два фасонних приливи з круглими отворами. Плити розподіляються на парні і непарні. Парні плити мають приливи в одному куті, а непарні - на протилежному. Приливи плит важелем щільно притискуються один до одного,а отвори за допомогою кільцевих гумових прокладок утворюють канали. Фільтрувальні пластини також прямокутної форми спираються на опорні стрижні і в стиснутому стані поділяють простір між плитами на дві камери. Суспензія насосом подається у парні камери і по непарним каналам відводиться з фільтр-пресу.

Штуцери і крани фільтр-преса з'єднані з задньою опорною плитою і забезпечують подачу суспензії, відведення фільтрату, промивання фільтра. Фільтр оснащено те кранами для випуску повітря, відбору проб, оглядовим склом, манометрами, вловлювання крапель суспензії і фільтрату використовується піддон. Всі елементи фільтр-преса змонтовані на пересувній станині.

Рис. 4.28. Камерний фільтр-прес:

1 - відцентровий насос;

2 - патрубок підводу сиропу; 3 - кран; 4 - воронка;

5 - манометр; 6 - патрубок відводу сиропу; 7 - задня упорна плита; 8 -рифлені плити; 9 - приливи; 10 - опорна балка;

11 - натискуюча плита; 12 -гвинт; 13 - штурвал;

14 - важіль; 15 - опорний стрижень; 16 - піддон;

17 -станина пересувна; 18 - електродвигун.

Процес фільтрування закінчують, якщо робочий тиск у фільтр-пресі переш 0,25 МПа. Потім відтискують набір плит, прочищають всі отвори. Після очищення і перезарядки фільтра виконують новий цикл фільтрування.

Продуктивність фільтр-преса залежить від розмірів і кількості плит і становить 300 і 9000л/год.

Камерні фільтр-преси (рис. 4.29) використовують для фільтрування соків, вин, сиропів, мінеральних вод, пива та інших подібних типів рідких харчових продуктів. Фільтрувальні пластини найчастіше виготовляють з азбесту з целюлозною масою та діатомітом. Зі збільшенням в пластинах азбесту росте якість фільтрування. За від тиску рідини, властивості суспензії, застосовують пластини, які мають пористість.

Рамні фільтр-преси (рис 4.30) використовуються для фільтрування соку, потокових і глюкозних сиропів у цукровому та крохмалепатоковому виробництвах; фільтрування дріжджових суспензій у виноробстві і бродильному виробництві; фільтрування олії і місцели в олійно-жировому виробництві; відділення молочного цукру і білкових згустків після осадження казеїну, відділення дробини від сусла при фільтруванні заторної маси у пивоварному виробництві тощо.

Вузол фільтрування рамного фільтр­преса складається з рам і плит, що чергуються (рис.4.31). Рама у центральній частині порожниста, а плита має рифлі жолобчатої форми (рис.4.32а), б)). На кожну плиту укладають з обох боків тканинну перегородку (серветку). Рами і плити спираються боковими приливами на дві паралельні балки і за допомогою гідравлічного пристрою притискуються рухомою плитою до нерухомої плити. Краї рам і плит мають гладеньку поверхню і ущільнюються по периметру серветкою. Отвори приливів, які мають кожні рама і плита, утворюють суцільний канал, куди насосом подається суспензія.

Рис. 4.29. Схема фільтрування суспензії в камерному фільтр-пресі: 1 - плита; 2 - фільтрувальна перегородка.

Суспензія під тиском 0,2-0,3 МПа з каналу по отвору в рамі потрапляє у середину рами, яка обмежена двома серветками. Фільтрат проходить крізь обидві перегородки, переміщується по жолобках і по каналу в плиті відводиться з апарату. Тверді частанки накопичуються в центральній частині рами. Якщо порожнина рами заповниться осадом, то значно зменшиться вихід фільтрату. Подачу суспензії припиняють, а осад промивається водою.

Рис. 4.30. Рамний фільтр-прес:

1 - плити; 2 - рами;

З - балки; 4 - опорна плита; 5 - стойка; 6 - гайка; 7 -стискуюча плита; 8 - електромеханічний привід.

Після закінчення циклу фільтрування, рухома плита відводиться, рами і плити розтягують і вивантажують осад з рам в бункер, який роз­міщений під фільтр-пресом.

Рами фільтр-пресів виготовляють прямокутної форми різних розмірів, наприклад, 800x800 мм. Кількість рам залежно від продуктивності коливається в межах 10-60, а поверхня фільтрування від 2 до 140 м ². Товщина рам і плит може бути однаковою, а може бути у рам більшою. Порожнина рами дозволяє використовувати її також для намиву на серветку або на картон допоміжних фільтрувальних матеріалів.

Рамні фільтр-преси прості за конструкцією, надійні в роботі, мають розвинену поверхню фільтрування, недоліком цих фільтрів є труднощі в їх обслуговуванні і значна частина часу в робочому циклі, який витрачається на допоміжні операції.

Рис. 4.31. Схема фільтрування

суспензії у рамному

фільтр-пресі:

1 - рама; 2 - плита;

3 - фільтрувальна перегородка;

4 - осад.

Рис. 4.32. Елементи фільтр-преса: а - рама; б - плита.

Під час розбирання та збирання фільтр-преса необхідно бути обережним, зсувати плити та рами необхідно так, щоб між ними не попали пальці рук або посторонні предмети. Зажим пресу гідравлічним насосом необхідно проводити після ретельної перевірки збирання фільтра та відкриття всіх кранів і гідрозажиму фільтр-преса. Перед заповненням фільтра перевіряють правильне відкриття всіх кранів.

В процесі експлуатації не допускати витікання фільтру на підлогу, складок на салфетках. Фільтрація ведеться до досягнення відповідного тиску, перевищення якого не допускається.

Листові фільтри. Для цих фільтрів характерна наявність герметичного резервуару, що працює під тиском, всередині якого знаходяться фільтрувальні листи. Листові фільтри застосовуються для освітлення тонкодисперсних суспензій з концентрацією твердої фази до 1 %, а при фільтруванні суспензії з використанням намивного шару можна освітлювати суміші з концентрацією твердої фази до 0,1 %. При кількості твердої фази в суспензії в межах 1 -5%, листові фільтри працюють у режимі фільтрування з утворенням осаду, його промиванням і просушінням.

Листові фільтри ефективно використовувати при розділенні в'язких, випаровуючих, окисляючих і токсичних суспензій.

Конструктивна схема вертикального автоматизованого листового фільтра з поверхнею фільтрування 225 м ² подана на рис.4.33.

3 - кільце байонетного затвору; 4,5 -пневмоциліндри; 6 - фільтрувальні листи; 7 - зливна труба; 8 - механізм руху труби; 9 - патрубок для суспензії; 10 - колектор; 11 - клапан; 12 -патрубок для осаду.

Фільтр включає циліндроконічний корпус 1 з еліптичною кришкою 2, фланець якої з'єднаний з корпусом за допомогою байонетного затвора. Для повороту кільця 3 байонетного затвору служить пневмоциліндр 4, шток якого з'єднаний з кільцем. Відкриття і закриття кришки проводиться за допомогою пневмоциліндра 5. Фільтрувальні листи 6 мають прямокутну форму і складаються з каркасу спеціального профілю, дренажа і фільтрувальної сітки. Змивання осаду проходить через трубку 7, яка приводиться в обертовий і поступально-зворотний рух механізмом 8. Суспензія подається в фільтр через патрубок 9 під тиском до 0,4 МПа. Фільтрат виводиться через колектор 10, а осад - через клапан з пневмоприводом 11, розміщений в патрубці 12. Термін окремих операцій і заданий режим роботи фільтра регулюються автоматично.