44. Фільтрування. Загальні відомості, рушійна сила процесу. Швидкість фільтрування.
Фільтрування - це процес розділення неоднорідних систем (суспензій, пилу і туману) через пористу перегородку, яка може пропускати рідину або газ, але затримувати частинки, що знаходяться у них (фільтрування не плутати з фільтрацією. Фільтрація - це рух води або газу через пористе середовище). Процес фільтрування дуже розповсюджений процес у харчових виробництвах (наприклад, фільтрування олії від вибілювальних глин, фільтрування фруктово-ягідних соків, вина, пива тощо). Фільтрування має значні переваги перед осадженням, тому що забезпечує майже повне звільнення рідини або газів від завислих частинок.
Суть фільтрування полягає в тому, що дисперсійна фаза проникає через пористу перегородку, а дисперсна затримується на неї.
Пориста перегородка - це фільтрувальна перегородка, яка має властивість пропускати рідину або газ і затримувати частинки твердої фази.
Фільтрування з утворенням шару осаду, яке здійснюється при постійному перепаді тиску, найбільш розповсюджено у харчових виробництвах.
Для виготовлення фільтрувальної перегородки використовують:
тканини (бавовняні – бельтінг, міткаль і ін. -, синтетичні - капрон, нейлон лавсан-, вовняні);
сипкі матеріали (кварцевий пісок, вата, дрібне вугілля, кісткова крупка, діатоміт);
сітки з вуглецевих та інших волокон (капрон, нейлон, лавсан);
картон, пористу кераміку.
Більш щільні тканини використовують в механічних фільтрах, вакуум-фільтрах, менш щільні – у випадках, коли основним затримаючим чинником є шар осаду.
Рушійною силою процесу фільтрування є різниця тисків, яка створюється по обидва боки фільтрувальної перегородки за рахунок, наприклад, гідростатичного тиску стовпа суспензії над фільтрувальною перегородкою, надлишкового тиску від насоса або компресора, вакууму над фільтрувальною перегородкою, дії відцентрових сил при обертанні ротора фільтруючої центрифуги.
Визначення швидкості фільтрування є основним завданням теорії фільтрування. При фільтруванні неоднорідних систем дисперсійна фаза проходить через фільтрувальну перегородку і шар осаду, який можна розглядати як шар зернистого матеріалу.
В даний час доведено, що швидкість процесу при постійному перепаді тисків визначається за формулою основного рівняння фільтрування:
де V – об’єм фільтрату, м3, що пройшов через шар осаду й
фільтрувальну перегородку;
А - площа поверхні фільтрування, м2;
τ - тривалість фільтрування, с;
∆p - перепад тисків, Н/м2;
μ - в’язкість дисперсійної фази, Па· с;
R0 і Rn- опір відповідно осаду й перегородки, м-1.
45. Способи очищення, що використовуються при переробленні сировини та виробництві харчових продуктів, їх загальна характеристика.
Під час проведення технологічних процесів виникають дисперсні системи, складові яких – рідку, тверду, газову фази – необхідно відокремити для проведення послідовних процесів, отримання готового продукту або у зв'язку з екологічними вимогами (наприклад, одержання чистого цукрового розчину, освітлення вина, пива, одержання масла із молока, очищення газів, збереження цінних продуктів – сухого молока, цукрового пилу і ін.).
Розділення неоднорідних систем відбувається під дією гравітаційних, відцентрових, електричних сил та сил тиску. Використовуються наступні основні методи розділення:
осадження,
фільтрування,
центрифугування,
мембранні методи.
Вибір методу розділення неоднорідних систем залежить від розмірів і питомої густини дисперсних частинок, їх концентрації у дисперсній системі, властивостей дисперсійного середовища.
Осадження – процес розділення неоднорідних систем, при якому завислі в рідині або газі тверді або рідинні частинки дисперсної фази відокремлюють від суцільної фази.
Рушійна сила процесу осадження - різниця густин дисперсної фази та дисперсійного середовища, різниця відцентрових сил, що дають на ці елементи системи, або різниця у реакціях елементів системи на електричне поле. Відповідно розрізняють: гравітаційне відстоювання, циклонне і відстійне центрифугування, електрочищення.
Розрізняють:
власне осадження, коли дисперсна фаза (частинки) рухається відносно дисперсійної фази (середовища) вниз ρч › ρс;
відстоювання, коли дисперсна фаза спливає ρч ‹ ρс.
Один із засобів розділення суспензій – флотація. Під час пінної флотації суспензія насичується газовими бульбашками, які мають схильність злипатися з дисперсними частинками. Спливаючи, бульбашки виносять на поверхню суспензії частинки, утворюючи шар піни, збагаченої твердою фазою. В той же час гідрофільні частинки (які добре змочуються водою), не прилипають до бульбашок газу і осідають на дно апарата, звідки і видаляються. Флотатори – апарати, в яких здійснюється процес флотації. Використовують, наприклад, для вилучення жиру і суспензованих частинок із стічних вод м'ясопереробних підприємств, для освітлення фруктових соків.
Для диспергування газу використовують спеціальні пристрої, наприклад, дрібнопористу перегородку. Існують електрофлотатори, в яких рідка фаза піддається електролізу. При цьому на електродах утворюється бульбашки водню і кисню, які є фактором флотації.
Центрифугування – процес розділення неоднорідних систем у полі відцентрових сил. Цей процес призначений для інтенсифікації поділу пилу, суспензій і емульсій. При цьому використовується два технічних прийоми:
центрифугування або сепарування (потік рідини або газу надходить в апарат, який обертається);
циклонний процес (потік обертається у нерухомому апараті).
Їм відповідають апарати: центрифуги, сепаратори і циклони.
Центрифуги в основному призначені для розділення грубодисперсних суспензій. Вони розділяються на фільтруючі (будуть вивчатися у наступній темі) і відстійні (або осаджувальні).
Відстойні центрифуги застосовують для розділення суспензій, що погано фільтруються, для освітлення суспензій малої концентрації, а також для класифікації суспензій за величиною частинок.
У харчовій промисловості центрифуги типу НОГШ застосовують для відокремлення жиру і води від вишкварки на м’ясопереробних підприємствах, для виділення крохмалю з крохмального молока тощо.
Сепаратори відносяться до групи осаджувальних центрифуг. Вони призначені для розділення рідких сумішей за питомою вагою. У харчових виробництвах найбільше розповсюдження вони знайшли у молочній промисловості для виділення вершків з молока, його нормалізації і т. ін.
Ці машини застосовуються також для розділення або згущення суспензій, дисперсною фазою яких є тверді частинки: зернинки крохмалю, дріжджі, частинки білкової каламуті і т.ін.
У м’ясній промисловості сепаратори застосовуються на різних стадіях технологічного процесу для очищення, зневоднення і вибілювання тваринних жирів. У рибній промисловості - для виділення жиру з бульйонів, з печінки тріски, освітлення медичного рибного жиру. У дріжджовій промисловості - для розділення дріжджового сусла. У крохмало-паточній промисловості - для освітлення глюкозного і паточного сиропів, відділення дрібної мезги і т.ін. У промисловості безалкогольних напоїв використовуються для освітлення фруктових соків і т. ін.