книги из ГПНТБ / Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник

примесей, но и от микроорганизмов, а в ряде случаев он должен быть стерилен, чтобы не инфицировать биомассу; при аэрации зерна в процессе ращения солода воздух должен иметь опреде­ ленную температуру и относительную влажность, обеспечиваю­ щие оптимальные условия ращения солода и накопления в нем ферментов.

Воздух, выходящий из конвективных сушилок для сахара, молока и др., из пневмотранспортных установок для муки и зерна, а также воздух, используемый для аспирации дробиль­ ных и мельничных установок, уносит с собой часть пылевидного продукта, который, загрязняя атмосферу рабочего помещения, создает неблагоприятные условия труда. Особую опасность вы­ зывает загрязнение воздуха в рабочем помещении сахарной и мучной пылью, способной при наличии открытого огня взры­ ваться.

Поэтому для предотвращения потерь указанных продуктов

дят кондиционирование воздуха, благодаря чему в помещениях создаются нормальные условия труда.

Очистка промышленных газов от содержащихся в них при­

где Ci и с2— концентрация взвешенных частиц в исходном' и очищенном воз­ духе (газе), мг/м3.

2. СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА И ГАЗОВ

а) Центробежное осаждение

Центробежное осаждение частиц, содержащихся в газе, производится в циклонах, работающих аналогично гидроцик­ лонам.

Газ подается в циклон НИИОгаз* (рис. 40, а) по касатель­ ной со скоростью 20—25 м/с и разделяется в нем при окружной скорости 10—12 м/с; при большей скорости значительно воз­ растает сопротивление и образуются завихренные потоки,

ет 95—96% при содержании частиц в исходном газе не выше

0,4 кг/м3.

Чтобы избежать конденсации водя-ных паров, температура газов, поступающих на очистку, должна быть на 15—20° С вы­ ше точки росы. Гидравлическое сопротивление циклонов до­ стигает 590—715 Па (60—70 мм вод. ст.).

Скорость очищаемого газа w (в м/с) в цилиндрической час­

82

Величина w должна быть не меньше 2,2—3,5 м/с, чтобы предотвратить забивание циклона пылью. Оптимальные усло­

Р

=550-1-750; при больших значениях будет перерасход энергии,

апри меньших — снижается степень очистки.

Диаметр цилиндрической части D циклона определяют по расходу газа (в м3/с) и скорости движения его w. Высоту ци­ линдрической части принимают Нц= 1,6 D, а конической Як=

— 2D.

Циклоны практически не очищают воздух с частицами раз­ мером менее 10 мкм, поэтому они не могут быть использованы в установках для кондиционирования.

б) Мокрая очистка

Степень очистки воздуха в циклоне повышается до 95—99% (с выделением частиц размером от 1 до 9 мкм), если внутрен­ ние стенки циклона смачивать водой. При этом частицы пыли, отбрасываемые центробежной силой к стенкам циклона, смы­ ваются водой и отводятся с ней из циклона.

Газ ошщенный

Одним из эффектйвных центробежных аппаратов для. мок­ рой очистки газа является с к р у б б е р В е н т у р и (рис.41), работа которого основана на использовании динамического на­ пора газа для распыления вводимой в него воды. При этом

за счет высокой скорости газа (60—100 м/с) в суженном сече­ нии воздуховода 1 вода тонко распыляется и, увлажняя части­ цы пыли, поглощает их. Затем капли воды вместе с пылью вы­ деляются из газового потока в циклонном сепараторе 2. Степень очистки воздуха с частицами размером 0,5—1,5 мкм при этом

иИ. П. Мухленовым.

Вэтом аппарате (рис. 42) проходящая по решеткам 1 вода взаимодействует с барботирующим через нее газом и превра­ щается в слой подвижной пены, что обеспечивает большую по­ верхность контакта между средами, а следовательно, и высо­

снизу. При этом степень очистки воздуха от пыли достигает максимального значения при скорости воздуха до 2,5—3,0 м/с, при высоте слоя пены до 150—200 мм и наличии в аппарате не менее 2—3 решеток.

Гидравлическое сопротивление пенного слоя определяют по формуле

/Я 2\ 0,83

С увеличением скорости воздуха гидравлическое сопротив­ ление пенного слоя уменьшается в связи с изменением структу­ ры пены; она становится крупноячеистой с меньшей поверхно­ стью контакта с воздухом и меньшей плотностью слоя. Поэтому суммарная величина сил трения уменьшается.

тканевых мешков (рукавов) 2, нижние открытые концы которых закреплены на патрубках трубной решетки 3; верхней частью рукава подвешиваются к раме 4. Запыленный сухой воздух или газ засасывается через рукава вентилятором или подается под небольшим напором. При этом пыль осаждается на внутренней поверхности их, а очищенный газ отводится через патрубок 5. Пыль с рукавов периодически удаляется встряхиванием при по­

84

мощи кулачкового механизма 6 и отводится через секторный за­ твор 7. В зависимости от температуры и агрессивности газов рукава изготовляют из хлопчатобумажной, шерстяной или синте­ тической ткани. Степень очистки в этом фильтре достигает 98—

Фильтр состоит из отдельных кассет разме- -ром 500X500 мм и высотой 75 мм, в кото­ рых между двумя сетками помещен слой стекловолокна, или металлических колец, смоченных высоковязким висциновым мас­ лом (смесь машинного масла, глицерина и каустической соды). Кассеты устанавлива­ ют в корпусе горизонтально или вертикаль­ но; они образуют необходимую поверхность фильтрования. Улавливаемая пыль прили­ пает к насадке, которую затем периодиче­ ски промывают.

Для высокоэффективной очистки сухого

ментных препаратов и антибиотиков, в последнее время применя­ ют фильтры ФП, разработанные И. В. Петряновым. В этих фильт­ рах в качестве фильтрующего материала применяют ультратонкие полимерные волокна, изготовляемые на основе эфиров цел­ люлозы, волокон перхлорвинила и др.; в них взвешенные части­ цы воздуха задерживаются в слое благодаря непосредственно­ му касанию с волокнами, действию силы тяжести, а также элек­ тростатических сил, когда фильтрующие волокна и частицы воз­ духа имеют определенные заряды.

Эти фильтры применяют для тонкой очистки воздуха, содер­ жащего не более 0,5 мг/м3 взвешенных частиц и 1 мг/м3 влаги, так как при большей загрязненности и влажности воздуха значи­ тельно сокращается срок службы фильтра, а поэтому перед фильтром ФП устанавливают дополнительные устройства, обес­ печивающие предварительную очистку воздуха. Особенно опасна для фильтра конденсация в нем водяных паров; в связи с этим воздух, подвергаемый очистке, обязательно нагревают на 5— 10° выше точки росы.

Фильтрующий материал для ФП выпускают в виде полотен шириной 0,15 м на тканевой подкладке, придающей материалу механическую прочность. Такой материал с помощью рамок 1 ук­ ладывают в корпус фильтра (рис. 44,а).

85

Хорошие результаты по очистке воздуха от микроорганизмов (без стерилизации его) дает фильтр со слоем стекловолокна 2, уложенного на решетку 3 (рис. 44,6), а также металлокерами­ ческий фильтр.

Для получения стерильно­ го воздуха применяют и схему очистки, показанную на рис. 45; в ней сочетается очистка воз-

Рис. 44. Фильтры для очистки воз­ духа:

а — с тканью Петрянова, б — со слоем стекловолокна.

Рис. 45. Схема получения стерильного воз­ духа:

духа на висциновом фильтре 1 с последующей обработкой его антисептиком (например, бутиловым спиртом) в скруббере 5 с насадкой из колец Рашига.

г) Осаждение под действием электрического поля

Осаждение взвешенных в газе твердых частиц под действи­ ем электрического поля имеет значительные преимущества пе­ ред другими способами благодаря тому, что при электроосаж­ дении частицам небольших размеров удается сообщить значи­ тельный электрический заряд. Это позволяет осуществить осаж­ дение очень малых частиц, чего нельзя достичь под действием силы тяжести или центробежной силы.

86

Если газовый поток, содержащий взвешенные частицы, на­ править по трубам или между пластинами, являющимися поло­ жительным электродом (отрицательным электродом служат про­ волоки, подвешенные по центру труб или между пластинами), и соединить электроды с источником постоянного тока напряжени­ ем 30—40 тыс. В при силе тока

и отрицательно заряженные ионы. Внешним признаком иониза­ ции является свечение слоя газа или образование «короны» у катода.

Электроны, двигаясь в запыленном газе от коронируюгцего электрода (провода с отрицательным зарядом) к положительно заряженному осадительному электроду (трубам или пластинам), встречают на своем пути твердые частицы и заряжают их. Полу­ чившие отрицательный заряд взвешенные частицы под действи­ ем электрического поля перемещаются к осадительному электро­ ду, отдают свой заряд и далее осаждаются под действием силы тяжести. При осаждении частиц наблюдается также их укруп­ нение.

пределяется по трубам 2, по оси которых подвешены коронирующие электроды 3 на раме 4, которая опирается на изоляторы 5. Осевшие внутри труб частицы удаляются периодическим встряхиванием системы и собираются в нижней части аппарата, а очищенный газ удаляется через газоход 6. Степень очистки га­ за при этом достигает 98—99%.

электродами являются проволоки 7, а осадительными — пласти­ ны 8, выполненные в виде гладких или волнистых металлических листов.

87

Глава VIII. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ И СМЕШИВАНИЕ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ

Перемешивание и смешивание широко применяются для равномерного распределения составных частей в смесях жидких, сыпучих и пластических материалов, а также для ин­ тенсификации тепловых, массообменных и биохимических про­ цессов.

Наиболее распространенными способами перемешивания яв­ ляются: механическое, циркуляционное, поточное и пневмати­ ческое.

Основными показателями, характеризующими любой способ перемешивания, являются эффективность перемешивания и рас­ ход энергии. Эффективность перемешивания отражает качест­ венную характеристику процесса, и в зависимости от технологи­ ческого назначения процесса ее выражают по-разному. Напри­ мер, при получении суспензий эффективность перемешивания характеризуется равномерностью и скоростью распределения твердых частиц в жидкости. Если же перемешивание применя­ ется для ускорения теплообмена, то его эффективность опреде­ ляется скоростью нагревания или охлаждения среды до задан­ ной температуры, увеличением коэффициента теплопередачи и др. При достижении заданных технологических результатов эф­ фективность перемешивания оценивается расходом энергии на единицу перемешиваемого объема.

Эффективность перемешивания возрастает с увеличением ча­ стоты вращения мешалки и образованием в аппарате завихрен­ ных потоков жидкости. Вместе с тем с увеличением частоты вра­ щения мешалки возрастает расход энергии и глубина воронки на поверхности размешиваемой жидкости, что уменьшает рацио­ нальное.использование полного объема аппарата. Поэтому для каждого случая с учетом вязкости и плотности среды находят оптимальную частоту вращения, при которой достигается необ­ ходимая эффективность перемешивания.

2. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ

а) Механическое перемешивание

Механическое перемешивание жидкостей осуществляется ме­ шалками различных конструкций, из которых наибольшее при­ менение получили лопастные, пропеллерные и турбинные. В от­ дельных случаях применяют специальные мешалки: якорные, рамные и др. Вал мешалки устанавливают в аппарате верти­ кально, наклонно или горизонтально.

Л о п а с т н ы е м е ш а л к и (рис. 47) применяют для переме­ шивания жидких сред с умеренной вязкостью. Простейшая ло­

88

пастная мешалка имеет две плоские лопасти 1, укрепленные на валу 2 перпендикулярно направлению его вращения. Вал ме­ шалки приводится во вращение от электродвигателя через ре­ дуктор со скоростью да = 1,5-4-5,0 м/с при вязкости жидкости со­ ответственно JU.= 3,0-4-0,001 Па-с.

Установлено, что равномерное перемешивание при минималь­ ном расходе энергии достигается при высоте слоя жидкости, равной диаметру аппарата; при большей высоте слоя резко воз­ растает расход энергии и в таких аппаратах для достижения за­ данной эффективности перемешивания пропорционально высоте слоя устанавливают на валу 2 или 3 ряда лопастей. При переме­

мешивания жидкостей умеренной вязкости. Лопасти этих ме­ шалок (рис. 48) изогнуты по профилю пропеллера, т. е. с по­ степенно меняющимся наклоном примерно от 0° у оси до 90° на конце лопасти. Благодаря этому жидкость отбрасывается ло­ пастью по многим направлениям и возникающие при этом встречные потоки обеспечивают хорошее перемешивание. Про­ пеллерная мешалка имеет обычно две или три лопасти. Диаметр

Для придания осевого направления потоку пропеллер часто рас­ полагают в диффузоре — коротком цилиндре с раструбом

(рис. 48, б ).

Т у р б и н н ы е м е ш а л к и обеспечивают хорошее перемеши­ вание вязких жидкостей и жидкостей, содержащих взвешенные частицы.

Рабочей частью таких мешалок являются турбинки открыто­ го или закрытого типа (рис. 49) диаметром d = (0,25-f-0,3) D,

84