25 Распылительные сушилки для сушки биопродуктов.

Распылительная сушилка применяется для сушки пастообразных и жидких материалов. В ней высушиваемый материал распыляется в горячем газе (воздухе). Распыливание производится форсунками (механическими или пневматическими) или центробежными дисками.

При механическом распыливании раствор соли, например уксуснокислого кальция, нагнетается в форсунках под давлением от 30 до 200 атм. Размер капель при распыливании зависит от давления жидкости, диаметра выходного отверстия, вязкости жидкости и т.д., и колеблется в пределах от 20 до 100 мк. На размеры капель влияет главным образом турбулизация жидкостной струи, которая создается повышением скорости закручивания струи в форсунке. Схемы двух механических форсунок представлены на рисунке 158. На рисунок 158а приведена конструкция форсунки, предназначенной для распыливания высококонцентрированных растворов и выполненной из легированной стали. Форсунка состоит из корпуса 1, головки форсунки 2 и диска 3. Насадка сменная, позволяющая изменять диаметр выходного отверстия от 0,8 до 1,5 мм.

На рисунке представлен другой тип механической форсунки, состоящей из корпуса 1, который навинчивается на питающую головку 2 и закрепляется контргайкой 4. Раствор проходит через восемь отверстий диска 3 и три тангенциальных канала диска 5, закручивается в центральной камере диска и через отверстие в диске 6 выдавливается наружу.

1 - корпус; 2 - питающая головка; 4 - контргайка; 3, 5, 6 - диск.

Механические форсунки отличаются высокой производительностью, бесшумностью работы, дают тонкий и равномерный распыл. Производительность форсунок при сушке до 600 кг/ч, хотя форсунка может распыливать до 4,5 т/ч продукта. Расход энергии на распыление от 2 до 10 кВт на тонну раствора. К недостаткам форсунок следует отнести невозможность регулирования производительности форсунки и быструю засоряемость выходных отверстий ( 0,5 мм). Эти форсунки не пригодны для обработки суспензий, паст, растворов, дающих осадки.

26 Сепараторы в пищевой промышленности.

Сепаратор — аппарат, производящий разделение продукта на фракции с разными характеристиками.

В процессе работы любого сепаратора не происходит изменения химического состава разделяемых веществ. Качества, отличающие продукты сепарации, не обязательно должны совпадать с признаками, по которым разделяют смесь в сепараторах. В работе сепаратора принимает участие множество отдельных мелких частиц, среди которых встречаются частицы с промежуточными свойствами по отношению к необходимым признакам. Из исходной смеси после промышленных сепараций не могут получиться абсолютно чистые фракции разделяемых компонентов, только продукты с преобладающим их содержанием.

Использование в пищевой промышленности

При производстве сливок, обезжиренного молока и других молочных продуктов встаёт проблема разделения белков, жиров и жидких компонентов молока, для чего используется пищевые сепараторы. Используются для отделения сливок от молока, творога от сыворотки и пр.

При производстве спирта каждый спирт завод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество барды от 300 м³/сутки. Спиртовая барда, отправляемая в отстойники и на поля фильтрации, является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Прессо-шнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Спиртовая барда, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.

При производстве пива каждый пив завод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество пивной дробины от 100 м³/сутки. Пивная дробина является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Прессо-шнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Пивная дробина, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.

27 Фильтрование. Классификация.

Фильтрование обеспечивает разделение суспензий, с помощью пористой (фильтровальной) перегородки, способной пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные в них твердые частицы. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений жидкости по обе стороны от фильтрующей перегородки. Жидкость проходит через поры перегородки, а твердые частицы задерживаются на ней, образуя слой осадка. Фильтрование применяется для более тонкого, чем при осаждении, разделения суспензий.

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

В качестве пористых перегородок используются: 1 зернистые материалы: песок, уголь, асбест и др.; 2 ткани: шерстяные (в основном грубошерстные), хлопчатобумажные (бязь, фланель), минеральные (асбестовая ткань), металлотканые (металлические сетки); 3 жесткие пористые перегородки (в основном керамические).

В последнее время в промышленную практику вошли также синтетические материалы: полиамидные (нейлон, капрон, анид и др.); полиакрилонитриловые (орлан, нитрон, дралон и др.); поливинилхлоридные (саран, ровин и др.); полиэтиленовые и полипропиленовые; полиэфирные (терилен, дакрон, лавсан, териталь и др.); фторлоновые (тефлон, фторлон); металлические, покрытые пластиком.

При разделении суспензий в зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств суспензии фильтрование может быть с образованием осадка на поверхности перегородки, с закупориванием пор фильтрующей перегородки и с промежуточным видом фильтрования (закупоривание пор и отложение осадка на поверхности).

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.

28 Фильтры для жидких сред. Конструкция.

Действие фильтров принципиально различно на так называемых фильтрующих поверхностях и фильтрующих массах. Поверхностные фильтры подобны ситам, поры которых должны быть меньше самых маленьких отделяемых частиц. Фильтрующие массы представляют собой лабиринты, в щелях и каналах которых улавливаются частицы, вообще могущие по своим размерам пройти через их поперечное сечение.

Часто при фильтровании поверхностными фильтрами более грубые частицы осадка или другой твердой фазы постепенно закрывают большие поры фильтра, и в заключение даже самые маленькие частицы будут задерживаться образовавшимся таким образом более мелким ситом. Поэтому часто труднее отфильтровать взвесь тонких частиц совершенно одинаковой величины, нежели в ее смеси с частицами различного диаметра, хотя бы среди них находились зерна минимального диаметра, меньшие, чем в первом случае.

Фильтрование под гидростатическим давлением фильтруемой жидкости

Фильтрование в органической лаборатории необходимо прежде всего при очистке мутных растворов. Величина плоеного фильтра ограничена, так как верхушка его прорывается при слишком большом гидростатическом давлении. Во избежание этого применяют дополнительные конусы из фарфора или других материалов (платина). Иногда проще достигают цели вкладыванием маленького гладкого фильтра в нижнюю часть воронки. Особые формы воронок, например воронки с ребрами, а также иенская воронка для аналитических целей (рис. 69), работают с гладкими фильтрами быстрее, чем обычные. Поверхность фильтра, сложенного обычным путем, если считать, что половина, имеющая тройную стенку, работает значительно медленнее, соответствует только четверти поверхности такого же складчатого фильтра. Даже применяя ребристую воронку лучшей конструкции и обходясь без обычно сложенного гладкого фильтра (см. ниже), никогда нельзя получить фильтрующую поверхность больше половины поверхности плоеного фильтра равной величины.

Чтобы избежать образования тройной стенки, для гладкого фильтра предлагали отказаться от круглой формы фильтровального листка, заменив ее другой. Но фильтры, сделанные из бумажного круга, обладают тем преимуществом, что для образования воронки не требуется склеивания, поэтому другие модификации не вошли в практику. Однако, когда это допустимо, пользуются следующим приемом: внутренние две четверти круга, образующие своего рода «язык», сворачивают спирально к середине. Это увеличивает скорость фильтрации примерно вдвое. Чтобы избавить экспериментатора от придерживания спирали кончиками пальцев или пинцетом, Хаммершмидт предложил воронку особой формы. Процеживание через ткани. 

Квадратные куски ткани обшиваются по краям шнурком с петлями по углам и за эти петли прикрепляются к раме. Для уплотнения на образовавшийся мешок можно положить еще несколько рядов ткани и, если необходимо, проложить их фильтровальной бумагой. Затем на ткань выливают фильтруемую жидкость и дают стечь фильтрату в сосуд, подставленный под раму.

Фильтрование с водоструйным насосом

Обычные приборы для фильтрования с отсасыванием представляют собой грубые сита, на которые помещаются бумажные фильтры или слой пористого материала (воронки Бюхнера). Для многих случаев удобнее применять современные пористые пластинки, которые химически устойчивы и сочетают в себе и прибор для фильтрования, и фильтрующий материал. В технике давно применяются подобные сочетания в виде фильтровальных камней.

Применяются как цилиндрические воронки (Бюхнера), так и конические воронки (Хирша); только воронки для особых аналитических целей или для микроработы существенно отличаются от этих двух форм.

На рис. 70 показаны наиболее употребительные конструкции.

Пористость пластинок и ее обозначение часто менялись. При работе в органических лабораториях пользуются главным образом самыми грубопористыми номерами — №1 и 2. В качестве приемника лучше всего пользоваться пробиркой с боковым отводом для отсасывания. Для больших количеств применяют склянки для отсасывания, имеющие форму конической колбы. Для установки пробирок с боковым отводом во время фильтрования пользуются деревянными чурками с подходящими отверстиями.

Соединение фильтра и склянки для отсасывания производится резиновыми или корковыми пробками. В особых случаях применяются шлифы. Чтобы собрать фильтрат в стакан или колбу и избежать переливания, для дальнейшей переработки служат приемники, изображенные на рис. 71. В органической лаборатории они легко могут быть изготовлены с помощью вакуумприемника Брюля (см. рис. 100). Праусснип использует вделанные подобным образом стаканы с отверстиями в крышке. В биологических лабораториях для фильтрования хлопьевидных (нестуденистых) мутных растворов применяют следующие приспособления.

В воронку помещают стеклянный шарик и на него немного асбеста или стеклянной ваты. Вместо шарика иногда употребляют стеклянную палочку в виде гвоздя (рис. 72), которая покрывается круглым куском фильтровальной бумаги.

Иногда практично применять приготовляемую по мере надобности фильтровальную прокладку (асбест и пр.), особенно в тех случаях, когда фильтр легко закупоривается и используется только фильтрат. В тех случаях, когда под рукой нет воронок с пористыми пластинками, для кислых жидкостей и для жидкостей, содержащих хлор, можно применять хлопчатобумажную ткань, нитрованную азотной кислотой, благодаря чему она становится химически устойчивее.

Недостатком фарфоровых воронок, чрезвычайно удобных по форме и материалу, является их непрозрачность, которая не дает возможности судить об их достаточной очистке. Обычно присутствие загрязнений обнаруживается только после поломки воронки. В этом отношении лучше стеклянные щелевые воронки (рис. 73). Воронки со сменными фильтрами устроены таким образом, что при отсасывании верхняя часть плотно прилегает к нижней части воронки под давлением воздуха (рис. 74). Слишком маленькие воронки Бюхнера так же непрактичны, как и слишком большие воронки Хирша.

При фильтровании разъедающих растворов воронки с пористыми пластинками почти всегда дают возможность обойтись без чрезвычайно неудобных асбестовых прокладок. К их недостаткам относятся высокая стоимость и то обстоятельство, что после длительного употребления пористая структура становится рыхлой и при удалении осадка легко отрываются частички стекла или фарфора. От этого недостатка, особенно неприятного при анализе, почти свободны пористые пластинки, гладко отшлифованные с поверхности. Конечно, тонкозернистый материал закупоривает тонкую пластинку и надолго выводит ее из употребления в тех случаях, когда нет возможности сразу удалить его.

При легко кипящих растворителях нужно соблюдать особую осторожность. Нельзя, чтобы они, например эфир, закипали при пониженном давлении; это, с одной стороны, может привести к дополнительному выпадению кристаллов внутри пористой пластинки или на поверхности фильтровальной бумаги, что вызовет закупорку; с другой стороны, выпавшие кристаллы будут грязны. Чтобы проницаемость уменьшалась постепенно, сначала работают с умеренно пониженным давлением. Не следует также слишком рано отжимать осадок.