Пособие в области охраны окружающей среды и природопользования (стр. 6 )

5.5.4.4.2 Область применения

Обычно эти способы применяются в молочной промышленности для кларификации молока, сепарирования (обезжиривания) молока и сыворотки, для концентрирования сливок, получение и извлечение казеина, в производстве сыра и для обработки лактозы и белка сыворотки. Кроме того, они используются в технологии производства напитков, для изготовления овощных и фруктовых соков, обработки/ получения кофе, чая, пива, вина, соевого молока, масла и жира, для изготовления какао масла, сахара, а также для очистки сточных вод.

5.5.4.4.3 Описание технологий, методов и оборудования

Когда разница в плотности велика, и время не является ограничивающим фактором, используется естественная гравитация. Этот процесс называется осаждением, и может быть либо периодическим, либо непрерывным.

Периодический процесс выполняется в сосуде, содержащем дисперсионную систему твердых частиц с более высокой плотностью, чем плотность жидкости. Со временем эти более тяжелые частицы оседают на дно сосуда. Если уменьшить высоту сосуда, и увеличить площадь, можно сократить время осаждения.

При непрерывном процессе жидкость, содержащая суспендированные частицы, вводится с одной стороны и проходит по направлению к переливу. Способность сосуда к осаждению можно увеличить с помощью добавления горизонтальных или наклонных листов водоотделителя.

Центрифугирование используется для выделения смесей из двух или более фаз, одна из которых является непрерывной. Существует два основных способа задействовать центрифуги. Непрерывные системы и системы с отключениями для очищения. В непрерывных системах осадок можно разгружать во время процесса. Движущей силой после сепарации является разница плотности между этапами. Процесс сепарации ускоряется с помощью центробежных сил. Необходимые центробежные силы генерируются вращением материалов. Генерируемая сила зависит от скорости и радиуса вращения. Для сырого молока, например, снятое молоко является непрерывной фазой, фаза жира является прерывающейся фазой, состоящей из шариков жира диаметром в несколько микрон, а третья фаза состоит из твердых частиц. В производстве пива кларификация горячего сусла выполняется для устранения горячих частиц траба для получения прозрачного сусла. Наиболее распространенным оборудованием, используемым для кларификации сусла, является гидроциклон, где частицы траба сусла отделяются в тангенциальном потоке.

Центрифуги классифицируются по четырем группам:

- центрифуги с трубчатыми и дисковыми чашами;

- центрифуги с монолитной чашей и с выгрузкой осадка через сопло или с помощью вентиля;

- конвейерные чашечные, возвратно-поступательные конвейерные и корзиночные центрифуги;

- гидроциклоны или вихри.

Центрифуга с трубчатой чашей состоит из вертикального цилиндра, который вращается со скоростью от 15000 до 50000 об/мин, внутри стационарного корпуса. Она используется для отделения несмешивающихся жидкостей, например, растительного масла и воды или твердых веществ из жидкости. Два компонента разделяются на кольцевые прослойки, при этом более плотная жидкость или твердое вещество располагается ближе к стенке чаши. После этого два слоя по отдельности откачиваются. Как правило, в отраслях ППНМ чаще используется центрифуга с дисковой чашей, поскольку она позволяет добиваться лучшей сепарации в результате формирования более тонких прослоек жидкости. Цилиндрическая чаша оснащена обратными конусами или дисками, и для достижения сепарации жидкость должна пройти очень небольшое расстояние. Такие центрифуги работают со скоростью от 2000 до 7000 об/мин и обладают мощностью до 150000 л/ч. Центрифуги с дисковыми чашами используются для отделения сливок от молока, для осветления масел, экстрактов кофе и соков или для выделения крахмала из суспензии.

Центрифуга с монолитной чашей представляют собой простейшую центрифугу для разделения твердых веществ и жидкости и используются в случаях, когда из больших объемов жидкости требуется извлечь небольшое количество твердых веществ. Она состоит из вращающейся цилиндрической чаши. Раствор подается в чашу; твердые вещества осаждаются на стенки чаши, в то время как жидкость перетекает к верху чаши. Осадок можно удалить, не останавливая центрифугу. Растворы с более высоким содержанием твердых веществ, то есть более 3 % по весу, можно разделять с помощью центрифуг с выгрузкой осадка через сопло или с помощью вентиля. Эти центрифуги представляют собой модифицированную центрифугу с дисковой чашей, с двойной конической чашей, позволяющей автоматическую выгрузку твердых веществ. Такие типы центрифуг применяются для очистки масел, соков, пива и крахмала, для извлечения твердых составляющих, например, дрожжевых клеток. Их производительность составляет до 300000 л/в. Специальным типом является бактофугация, представляющая собой высокоскоростной центробежный процесс, при котором отделяются бактериальные клетки и споры от молока.

Конвейерные чашечные или декантирующие, возвратно-поступательные конвейерные и корзиночные центрифуги используются в случаях, когда в сырье содержится большое количество твердых веществ или осадков. Они применяются для извлечения животного белка, например, осажденного казеина из снятого молока, растительных белков, для отделения суспензий кофе, какао и чая и для устранения осадков из масел. В конвейерной чашечной центрифуге монолитная чаша вращается быстрее на 25 об/мин, чем шнековый конвейер. В результате чего твердые вещества перемещаются в один конец центрифуги, а жидкая часть перемещается в другой конец большего диаметра. Возвратно-поступательная конвейерная центрифуга используется для выделения непрочных твердых частиц, например, кристаллов из раствора.

Сырье вводится во вращающуюся корзину через воронку, которая вращается с такой же скоростью. Это постепенно ускоряет жидкость до скорости чаши и тем самым минимизирует поперечные силы. Жидкость проходит через отверстия в стенке чаши. Когда образуется слой твердых частиц, он проталкивается вперед возвратно-поступательной лопастью. Корзиночная центрифуга включает в себя корзину с просверленными отверстиями, облицованную фильтрующим материалом, которая вращается со скоростью 2000 об/мин. Разделение происходит в циклах, каждый из которых продолжается от 5 до 30 минут. В трех этапах цикла сначала сырьевая жидкость вводится в медленно вращающуюся чашу, затем скорость увеличивается и происходит разделение, наконец, скорость чаши уменьшается, и осадок выгружается через основание. Производительность может составлять до 90000 л/ч.

Типичный гидроциклон состоит из конической секции, переходящей в цилиндрическую секцию. Гидроциклон оснащен тангенциальным впуском и закрывается торцевой пластиной, с установленной по оси переливной трубой или вихревым визиром. Край конической части завершается округлым отверстием на вершине. Во время работы суспензия под давлением насоса продвигается через тангенциальный впуск, и это создает сильное вихревое движение. Часть суспензии содержит более легкие частицы, выгружаемые через переливное отверстие, остальная суспензия и твердые вещества выгружаются через отверстие для нижнего продукта.

5.5.4.5 Фильтрация

5.5.4.5.1 Назначение

Фильтрование представляет собой процесс отделения твердой фазы суспензии, эмульсии или выделение компонентов растворов при помощи пористой полупроницаемой среды, сита или фильтровальной ткани, обладающей селективной проницаемостью по отношению к компонентам разделяемой. Фильтрация газов описана в 7.4.3.7.1, 7.4.3.7.2 и 7.4.3.7.3.

5.5.4.5.2 Область применения

В отрасли ППНМ фильтрование используется для осветления жидких продуктов путем удаления незначительного количества твердых включений, например, при производстве вина, пива, масел и сиропов с последующим использованием фильтрата, например, для производства вина, пива, масел и сиропов, а также для отделения жидкости от большого объема твердого материала с целью получения фильтрата или жмыха, или того и другого, например, для производства фруктовых соков или пива.

5.5.4.5.3 Описание технологий, методов и оборудования

Эта процедура может осуществляться либо с помощью фильтрации под давлением, то есть повышенное давления со стороны сырья, либо с помощью вакуумной фильтрации, то есть пониженное давление со стороны фильтрата.

Двумя основными типами оборудования для фильтрации под давлением являются фильтр – пресс и листовой фильтр.

Фильтр – пресс состоит из пластин и рамок, расположенных попеременно и на направляющих. Полая рамка отделяется от пластины фильтровальной тканью. Суспензия нагнетается через проход в каждой рамке, и фильтрат проходит через ткань и собирается в канавках, находящихся на поверхностях пластин и выводится из аппарата через выпускной канал, расположенный в основании каждой пластины. Фильтр работает под давлением от 250 до 800 кПа. Фильтр – пресс работает периодически; оптимальное время цикла зависит от сопротивления, оказываемого осадком на фильтре, от времени, затрачиваемого на разборку и сборку пресса. Иногда для ускорения фильтрации в качестве намывных слоев или загрузки корпуса применяются вспомогательные фильтрующие материалы, такие как перлит или кизельгур. Оборудование надежно и удобно в обслуживании и широко используется, в частности для производства яблочного сока и сидра и в рафинации пищевых масел. Специальным типом фильтр – пресса является мембранный фильтр – пресс. Мембрана устанавливается на пластину, которая может подвергаться давлению воздуха или воды. Благодаря более высокому давлению на фильтрацию (до 20 бар), отделяется больше жидкости, в результате чего образуется более сухой осадок на поверхности фильтра.

Необходимость разработки устройств с более высокой производительностью привела к внедрению листовых фильтров. Они состоят из ячеистых листов, покрытых фильтрующим материалом и закрепленным на полой рамке, которая образует выпускной канал для фильтрата. Листы можно располагать горизонтально или вертикально. Обрабатываемая жидкость нагнетается в корпус под давлением приблизительно 400 кПа. Когда фильтрация завершается, осадок твердых частиц удаляется продувкой или смывом.

Вакуумные фильтры, как правило, работают непрерывно. Жидкость всасывается через пластину фильтра или фильтровальную ткань, при этом твердые включения оседают на ткани. Как правило, оборудование работает при атмосферном давлении, поэтому разница давлений над и под фильтровальным материалом, ограничивается 100 кПа. Двумя распространенными типами вакуумного фильтра является барабанный вращающийся фильтр и вращающийся вакуумный дисковый фильтр.