Очистка сока

Оглавление

2.2.5.1. Технологическая схема

Сок, выходящий из диффузионного аппарата, содержит (до 10 г в 1 л) мезгу (мелкие частицы жома), хлопья скоагулировавших белков и растворимые несахара, часть из которых представляет собой красящие вещества, из-за чего диффузионный сок приобретает темный цвет. Получение сахара непосредственно из диффузионного сока затруднено, поэтому его подвергают очистке, вначале механической (от мезги), а затем химической (от значительной части нерастворимых несахаров).

Известно много способов очистки диффузионного сока, но в производстве применяется только один - обработка диффузионного сока известью (дефекация) с последующим удалением избытка извести диоксидом углерода (сатурация). При простоте этих технологических операций и дешевизне реагентов этот способ обеспечивает достаточно высокий эффект очистки диффузионного сока, а сахароза при этом почти не разлагается.

Схема очистки диффузионного сока состоит из следующих основных операций: предварительная дефекация (преддефекация); основная дефекация; 1 сатурация; II сатурация; сульфитация.

На рис. 1 показана одна из схем очистки сока.

Рисунок 1 Схема очистки сока

По этой схеме диффузионный сок очищается от мезги в мезголовушке 13, нагревается в подогревателе 1 до 85-90 ° С и подается в преддефекатор 2, куда добавляется до 1,5% к массе свеклы известкового молока - Са(ОН)2 - или 100-150% к массе свеклы нефильтрованного сока 1 сатурации и 15-30 % к массе свеклы дефекованного сока. При этом рН диффузионного сока повышается от 5,5-6,5 до 10,8-11,5, и под действием извести происходит нейтрализация кислот, коагуляция макромолекул веществ в коллоидном состоянии и осаждение органических кислот в виде солей кальция.

Преддефекованный сок поступает в дефекатор 3 на основную дефекацию, куда добавляется 12-15% к массе свеклы известкового молока, рН сока при этом повышается до 12,2-12,3; ряд несахаров разлагается, продолжаются реакции осаждения солей кальция некоторых органических кислот.

Осадок, образовавшийся на преддефекации и дефекации, плохо отделяется фильтрованием. Поэтому из дефекатора 3 сок поступает в сатуратор 4, где обрабатывается сатурационным газом, содержащим диоксид углерода ( СО2 ). При обработке диоксидом углерода рН сока снижается до 10,8-11,5, а на поверхности образующихся кристаллов карбоната кальция ( СаСО3 ) адсорбируются несахара. Такой осадок плохо отфильтровывается.

Отсатурированный сок нагревается до 85-90 °С и подается в напорный сборник-смеситель 5, куда при необходимости добавляется раствор коагулянта. Из этого сборника сок идет в отстойник 6 (или в фильтры-сгустители) и разделяется на осветленную фракцию (в количестве 75-85 %) и сгущенную суспензию (в количестве 15-25 %).Сгущенная суспензия сока 1 сатурации направляется в вакуум-фильтр 8. Осадок на фильтре промывается горячим конденсатом и выводится в отходы, а отфильтрованный сок отводится через вакуум-сборник 7, смешивается с осветленной фракцией сока из отстойника 6 и подается на контрольные фильтры 9.

После фильтров 9 фильтрат нагревается до 90-95 °С и направляется на II сатурацию, а фильтрационный осадок возвращается в сборник сгущенной суспензии перед вакуум-фильтрами 8.

II сатурация проводится в аппарате 10. Для увеличения адсорбционной поверхности в сок перед II сатурацией добавляют небольшое количество известкового молока.

Сок II сатурации с рН 9,2-9,3 пропускают через фильтры 11, обрабатывают диоксидом серы (SO2) в сульфитаторе 12 до рН 8,5-9,0 и направляют в выпарную установку на сгущение. Фильтрационный осадок из фильтра 11 возвращается в сборник суспензии перед вакуум-фильтрами 8.

2.2.5.5. Основное оборудование для химической очистки

2.2.5.2.1. Мезголовушки

Рисунок 2 Схема мезголовушки

Рисунок 3 Общий вид мезголовушки

На большинстве сахарных заводов мезгу из диффузионного сока выделяют на ротационных мезголовушках, оснащенных плетеным ситом с ячейками размером 1,5х1,5 мм. Хорошие результаты получают, используя ротационные мезголовушки, снабженные капроновыми ситами с ячейками размером 0,3х0,3 мм.

В ротационной мезголовушке диффузионный сок поступает в корыто 3, фильтруется внутрь ситчатого барабана 2 и через открытую торцовую стенку барабана стекает в приемный сборник. Мезга задерживается на наружной поверхности барабана, поднимается при его вращении наверх и снимается вращающимися щетками 1. Через один оборот барабана щетки встряхиваются и очищаются от прилипшей мезги. Мезга сбрасывается в бункер.

 

2.2.5.2.2. Дефекаторы

Рисунок 4 Схема преддефекатороа

Обработка диффузионного сока известью осуществляется последовательно в двух аппаратах - дефекаторах, первый из них называется предварительным дефекатором (преддефекатором), второй - основным дефекатором (или просто дефекатором).

На рис. 4 показана схема преддефекатора. Диффузионный сок, сок 1 сатурации и дефекованный сок (или известковое молоко) по отдельным патрубкам поступают в нижнюю часть аппарата, который состоит из цилиндрического корпуса 3, лопастной мешалки 4, пеносбрасывателя 1 и мешалки 5 для взмучивания осадка. Котрлопасти 2 препятствуют круговому вращению сока. Преддефекованный сок отводят через переливную коробку в аппарат основной дефекации.

Дефекатор отличается от преддефекатора отсутствием пеносбрасывателя.

Кроме вертикальных преддефекаторов применяют горизонтальные секционные аппараты.

2.2.5.2.3. Сатураторы

Рисунок 5 Схема и общий вид сатуратора

Сатурацию, или обработку дефекованного сока диоксидом углерода (сатурационным газом) осуществляют в две стадии - первую и вторую.

Первую сатурацию дефекованного сока проводят в противоточном одноступенчатом решетчатом сатураторе (рис. 5 ), который представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, расширенный в верхней части - для объема пены, образующейся в процессе сатурации. В нижней части корпуса 1 установлены три решетчатые перегородки 2, предназначенные для равномерного распределения пузырьков сатурационного газа в соке.

Дефекованный сок поступает в сатуратор сверху на распределительную тарелку 3, а сатурационный газ нагнетается снизу компрессором под давлением 0,04-0,06 МПа. Газовый компрессор располагается ниже сатуратора, и газ подается в сатуратор через гидравлический затвор, что препятствует аварийному выходу сока из сатуратора через газовый компрессор при его остановках. Отработавший сатурационный газ выбрасывается в атмосферу, капли жидкости задерживаются зонтом 5 и сепаратором 4, а отсатурированный сок поступает в среднее отделение контрольного ящика 8, где с помощью подвижного щитка 7 поток делится на две части: одна часть при необходимости возвращается на преддефекацию, а другая поступает на фильтрование и последующую переработку.

Рисунок 6 Сатуратор конца XIX века

Высоту столба сока в сатураторе поддерживают на уровне 4...5 м. Предельный уровень пены контролируют с помощью трубки 6. Если из трубки в контрольный ящик стекает сок, что свидетельствует о высоком уровне пены, то для её гашения в верхнюю часть сатуратора подают пар.

Аппарат второй сатурации имеет аналогичную конструкцию, но без расширенной верхней части, т.к. в этом процессе образуется меньше пены, чем при проведении первой сатурации.

2.2.5.2.4. Сульфитаторы

Рисунок 7 Схема оросительного сульфитатора

Сульфитацией называется обработка жидкости (сок второй сатурации, сироп, вода) сульфитационным газом, содержащим диоксид серы (SО2). Он хорошо растворим в воде, образуя сернистую кислоту. Она превращает содержащиеся в обрабатываемой жидкости красящие вещества в бесцветные соединения.

Сульфитационный газ из серосжигательной установки вентилятором 1 нагнетается в оросительный сульфитатор 2 через корытообразный барботер 8 с зазубренными краями стенок.

В верхней части сульфитатора, представляющего собой чугунный цилиндр с вогнутым днищем, расположена сокораспределительная сетчатая тарелка 3. Между барботером и сетчатой тарелкой установлены чугунные распределительные решетки 7 со щелевидными отверстиями трапецеидального сечения (меньшее основание трапеции обращено вниз).

Сок, поступающий в сульфитатор на обработку, разбрызгивается через сетчатую тарелку, насыщается диоксидом серы и выводится через гидравлический затвор в контрольный ящик 9. Отработавший газ освобождается от капель в сепараторе 4 и выводится в атмосферу.

Для более полного использования диоксида серы уровень сока в сульфитаторе поддерживается немного выше уровня газового барботера.
 

Рисунок 8 Общий вид сульфитатора

Рисунок 9 Жидкостно-струйный сульфитатор

При работе сульфитатора под давлением меньше расходуется энергии на подачу сульфитационного газа, но от коррозии быстро изнашивается вентилятор, нагнетательный трубопровод засоряется несгоревшими частицами серы, а часть газа через неплотности в трубопроводах попадает в помещение завода, ухудшая условия труда работающих.

Для устранения этих недостатков вместо сульфитации под давлением применяется сульфитация под разрежением, для чего на вытяжной трубе сульфитатора в сепараторе 4 устанавливают чугунный эжектор 5, в который вентилятором 6 подается воздух. На выходе из эжектора создается небольшое разрежение, распространяющееся на всю систему сульфитации и достаточное для исключения проникновения диоксида серы в помещение, при этом вентилятор 1 не нужен.

Кроме сульфитаторов оросительного типа применяются жидкостно-струйные аппараты.

Такой сульфитатор (рис. 9) состоит из цилиндрического корпуса 2, выполняющего роль гидравлического затвора и препятствующего попаданию сульфитационного газа в сливной трубопровод 1. К корпусу 2 соосно присоединен сепаратор 3, представляющий собой циклон с внутренним цилиндром 6 и предназначенный для отделения капель жидкости от отработавшего газа. К циклону тангенциально (по касательной к образующей) присоединена камера смешения 4 с патрубком для подвода сульфитационного газа. В неё через диск 5 с отверстиями под давлением 0,25 МПа поступает продукт и распыляется, создавая разрежение. Под действием разрежения в камеру смешения втягивается сульфитационный газ и смешивается с продуктом. Обработанный сок (сироп, питательная вода) отводится через трубопровод 1, а отработавший газ, освобожденный от капель жидкости, отводится через цилиндр 6 в атмосферу.

2.2.5.3. Основное оборудование для фильтрования

Жидкие продукты сахарного производства, представляющие собой суспензии, т.е. смесь жидкости и твердых частиц, неоднократно подвергаются фильтрованию для удаления твердых частиц. Фильтруют сок первой сатурации с содержанием твердых частиц около 5 %, сок второй сатурации с содержанием твердых частиц 0,5 %, сульфитированный сок с содержанием твердых частиц около 0,1 %, сироп с содержанием твердых частиц около 0,15 %.

Фильтрование происходит за счет разности давлений по обе стороны ситчатой фильтровальной перегородки в сторону пониженного давления. При этом на одной стороне перегородки должно быть избыточное давление или разрежение, а на другой - атмосферное давление. Чем выше разность давлений, тем интенсивнее идет процесс фильтрования.

Основной характеристикой процесса фильтрования является скорость фильтрования, т.е. количество фильтрата, которое проходит через единицу фильтровальной поверхности за единицу времени.

Фильтры, применяемые в сахарном производстве, можно классифицировать по следующим основным характеристикам:
·  характеру работы - периодического действия (дисковые, листовые фильтры, фильтр-прессы) и непрерывного действия (вакуум-фильтры);
·  способу создания разности давлений - под действием гидростатического давления столба суспензии (листовые фильтры), под действием вакуум-насосов (вакуум-фильтры), под действием насосов (дисковые фильтры, фильтр-прессы);
·  взаимному направлению действия силы тяжести и движения фильтрата - перпендикулярное (дисковые фильтры, фильтр-прессы с вертикальными плитами), совпадающее (фильтры с горизонтальными дисками, фильтр-прессы с горизонтальными плитами), противоположное (вакуум-фильтры).

Кроме того, фильтры могут классифицироваться по конструктивным особенностям: форме и расположению фильтровальной перегородки, способу удаления осадка, наличию или отсутствию устройств для промывки, обезвоживания и сушки осадка и по другим признакам.

В качестве фильтровальной перегородки применяются ткань, керамика, металлические сита, а в качестве вспомогательного фильтровального материала - специальные наполнители (кизельгур, перлит и др.)

Для сахарной промышленности характерно использование разнообразных фильтров - вакуум-фильтров, дисковых, листовых и др.

2.2.5.3.1. Вакуум-фильтровальная установка

Для фильтрования сока первой сатурации применяют барабанные непрерывно действующие вакуум-фильтры. Преимущества таких фильтров перед периодически действующими состоят в том, что они ликвидируют тяжелый физический труд, процесс фильтрования происходит непрерывно и автоматизировано, сокращаются затраты труда, уменьшаются расход фильтровальной ткани и потери сахара в осадке.

Так как фильтруемый сок первой сатурации имеет температуру около 90 ° С, разрежение на вакуум-фильтрах, создаваемое конденсационной установкой, не превышает 0,05-0,08 МПа (0,5-0,8 кгс/см2), т.е. действующая сила на вакуум-фильтрах в несколько раз меньше, чем на фильтрах под давлением. Поэтому максимальная толщина слоя осадка на вакуум-фильтрах допускается не более 12 мм, а для быстрого роста его на вакуум-фильтр подается сок, содержание осадка в котором должно быть около 20 % против 4-5 % в соке первой сатурации. Сок с таким большим содержанием осадка называется сгущенной суспензией.
 

Рисунок 10 Схема вакуум-фильтровальной установки

Сатурационный сок из аппарата первой сатурации подается в напорный сборник 1. Из него сок самотеком поступает в сгуститель 2. Фильтрованный сок из сгустителя направляется в сборник 12. Сок частичного сброса из сгустителя собирается в мешалке и насосом возвращается в сборник 1. Сгущенная суспензия из сгустителя спускается в мешалку, куда подается также осадок из фильтров сока второй сатурации и сиропа, и насосом направляется в напорный сборник, а из него поступает в корыто вакуум-фильтра 3.

Фильтрованный сок из вакуум-фильтра поступает в вакуум-сборник 4, концентрированный промой - в сборник 5, жидкий промой - в сборник 6. Вакуум-сборники фильтрованного сока через отбойную ловушку 7 соединены с конденсатором 8.

Неконденсирующиеся газы отсасываются из конденсатора вакуум-насосом через ловушку 9. Барометрическая вода (смесь холодной воды и сконденсированного пара) из конденсатора поступает в ящик 10.

Сок из сборника 4 и концентрированный промой из сборника 5 спускаются в сборник 12, где смешиваются с фильтрованным соком из сгустителя и насосом подаются на вторую сатурацию.

Отдувка осадка на вакуум-фильтрах производится компрессором. Осадок с вакуум-фильтра попадает в шнек 13, которым он подается в мешалку, где разбавляется и насосом выводится из завода. Жидкий промой из сборника 6 сливается в сборник 11 и насосом подается в известковое отделение для гашения извести.

Сгущение сока первой сатурации производится в сгустителях, где сок делится на две фракции - чистый сок и сгущенную суспензию. В качестве сгустителей на сахарных заводах применяются отстойники (декантаторы) и фильтры-сгустители.

В отстойниках частицы твердой фазы сока осаждаются под действием силы тяжести.

Отстойники различаются по количеству ярусов осаждения.
 

Рисунок 11 Схема пятиярусного отстойника

На рис. 11 показана схема пятиярусного отстойника.

Отстойник (рис.11) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1 (диаметром 5,5 м), разделенный по высоте наклонными коническими перегородками 4 на одну верхнюю подготовительную секцию и пять рабочих секций. В центре отстойника вращается полый вал 7 со скребками 8.

Нефильтрованный сок первой сатурации сначала поступает в верхнюю подготовительную секцию, где от него отделяется пена, затем через окна 6 проходит внутрь вала 7 и с помощью закрепленных на валу патрубков 9 распределяется по секциям.

Отстоявшийся в секциях сок через кольцевые барботеры 2 и наружные кольцевые сборники 3 отводится в контрольный переливной сборник 5, а осадок сгребается скребками 8 к центру секции и разбавленный соком отводится по трубам 10 в сборник сгущенной суспензии.

Средняя скорость осаждения (седиментации) частиц в сатурационном осадке составляет 1 см/мин. Из отстойника выходит 75-80 % декантата и 20-25 % сгущенной суспензии. Декантат отстойника содержит некоторое количество мути и требует контрольного фильтрования.

При переработке свеклы хорошего качества и типовых параметрах сока нормальная продолжительность отстаивания составляет 90-120 мин, что вызывает нарастание цветности сока, а потери сахарозы достигают при этом примерно 0,03 % к массе свеклы. Для интенсификации отстаивания добавляют флокулянты : полиакриламид, активную кремниевую кислоту и др.

Для сгущения осадка сока первой сатурации применяются также листовые фильтры-сгустители периодического действия (рис. 12).

Рисунок 12 Схема листового фильтра-сгустителя

Фильтры имеют существенные преимущества перед отстойниками, так как отделение осадка в них происходит под давлением 0,07 МПа и скорость сгущения осадка от этого резко увеличивается. На выходе из фильтра поддерживается более высокая, чем в отстойниках, плотность сгущенной суспензии, что создает благоприятные условия для работы вакуум-фильтров. Сок первой сатурации фильтруется в листовых фильтрах 10-12 мин, поэтому выходит с более низкой цветностью, чем из отстойника. Сокращаются неучтенные потери сахарозы, отпадает надобность в контрольном фильтровании сока.

Нефильтрованный сок первой сатурации из напорного сборника, установленного примерно на 7 м выше фильтров, поступает через патрубок 7 в верхнюю часть корпуса 1 фильтра и равномерно распределяется между листами 2. Лист представляет собой обтянутую фильтровальной тканью рамку. Для того чтобы тканевые стенки не слипались, рамки внутри заполнены спиральной проволочной сеткой. Под давлением столба жидкости сок проходит внутрь рамок и через сокоотводящие трубки 4 выливается в коробки 3. В фильтрате содержится не более 1 г/л твердой фазы, и он без контрольного фильтрования направляется на второй сатурацию.

В процессе фильтрования толщина осадка на фильтровальных листах постепенно увеличивается, а скорость фильтрования уменьшается. Когда толщина осадка достигнет 20-25 мм, фильтрование сока прекращается. Для этого задвижка на наборном патрубке 7 закрывается, а задвижка частичного опорожнения 5 открывается. Через неё сок быстро выливается в сборник нефильтрованного сока до уровня этой задвижки.

В результате быстрого удаления сока внутри фильтра создается разрежение. Под действием перепада давления внутри и снаружи рамок осадок отслаивается с фильтрующей поверхности и опускается в коническую часть фильтра. На этом заканчивается первый полуцикл фильтрования.

Затем задвижка 5 закрывается, а наборная задвижка открывается, и фильтрование продолжается до накопления новой порции осадка. После повторного сброса осадка коническая часть фильтра оказывается заполненной до уровня задвижки 5. Это второй полуцикл фильтрования.

Через задвижку полного опорожнения 6 сгущенная суспензия выгружается в мешалку и оттуда подается в корыто вакуум-фильтра.

Такие же листовые фильтры, но без операции частичного опорожнения, применяются для фильтрования сока второй сатурации.

Вакуум-фильтры бывают камерные и бескамерные.

Схема наиболее распространенного на российских заводах камерного вакуум-фильтра показана на рис. 13.
 

Рисунок 13 Схема камерного вакуум-фильтра

В корыто 1, в которое подается сгущенная суспензия, погружен вращающийся барабан 2. Барабан имеет двойные стенки : наружную 3 - дырчатую и внутреннюю 4 - сплошную. Цилиндрическая полость между наружной и внутренней стенками продольными перегородками 5 разделена на двадцать четыре секции. Каждя секция трубкой 6 соединена с подвижными шайбами двух распределительных головок 7 (левой и правой), расположенных в центре обеих торцовых стенок барабана. Головки состоят из корпуса, неподвижной шайбы, прикрепленной к корпусу, и подвижной шайбы, вращающейся вместе с барабаном.
 

Рисунок 14 Общий вид фильтра БОУ-40-3-10

В секциях, погруженных в сгущенную суспензию, под влиянием вакуума происходит фильтрование сока и отложение слоя осадка 8 на ткани, которой обтянут барабан. Это так называемая зона фильтрования I. В секциях, вышедших из корыта, продолжается отсасывание сока из слоя осадка - это зона просушки осадка II. В верхних секциях происходит промывка осадка водой при помощи форсунок 9 и отсасывание промоя - это зона промывки и подсушки III. В секциях перед ножом 10 для съема осадка происходит отдувка осадка сжатым воздухом или паром - это зона отдувки IV. Под ножом находится зона V регенерации ткани обратным током воды, пара или воздуха.

В корыте вакуум-фильтра расположена мешалка 11 качающегося типа.. Ребра мешалки полые, дырчатые; через них поступает пар для подогрева сгущенной суспензии в корыте фильтра.

Неподвижные шайбы распределительных головок имеют отверстия в форме дуг. Через эти отверстия отсасываются фильтрат и промой, подается сжатый воздух. Эти отверстия расположены против отверстий вращающихся шайб головки. Подвижная и неподвижная шайбы тщательно пришабрены друг к другу. К корпусу распределительной головки подводятся трубопроводы для отвода фильтрата, промоя и подачи сжатого воздуха или пара. При медленном вращении барабана (до 1,5 об/мин) секции одна за другой проходят все стадии процесса фильтрования, вследствие чего достигается непрерывность процесса.

Отделяемый на вакуум-фильтрах осадок в количестве примерно 12 % к массе свеклы имеет влажность около 50 %. Этот осадок, как правило, разбавляется пятикратным количеством воды и откачивается в качестве отхода на склад.

2.2.5.3.2. Дисковые фильтры

Для контрольного фильтрования сока первой сатурации (при вакуум-фильтровальной установке с отстойником), фильтрования сока второй сатурации и сульфитированного сока, а также сиропов применяются дисковые фильтры.
 

Рисунок 15 Схема работы дискового фильтра

Рисунок 16 Общий вид фильтра ФД-80

На рис.15 приведена схема работы дискового фильтра. Нефильтрованный сок насосом подается в цилиндрический корпус 3 через желоб шнека 6, фильтруется под давлением через ткань внутрь дисков 4 и выводится через сокоотводящие коллекторные трубки 1, расположенные в полом трубовале 5, в приемник 2. На поверхности фильтровальной ткани постепенно оседает осадок (при фильтровании сиропов на фильтровальную ткань может предварительно наноситься слой вспомогательных фильтровальных порошков - перлита, кизельгура и др.).

При достижении определенной толщины слоя осадка или резком повышении давления в фильтре подача нефильтрованного сока прекращается и оставшийся сок спускается в сборник перед насосом нефильтрованного сока.

Фильтрационный осадок смывается с поверхности вращающихся дисков фильтрованным соком, поступающим через форсунки соплового аппарата 9 в пространство между дисками, и противотоком - в диски. Внизу фильтрационный осадок проходит через поперечные щели в корпусе фильтра в желоб шнека и выводится из фильтра.

В нижней части рамки имеется штуцер, соединенный с внутренним пространством сектора. Штуцер устанавливается в бобышку, вваренную в коллекторную трубу трубовала фильтра. Уплотнение штуцера в бобышке производится резиновым кольцом.

2.2.5.3.3. Фильтр-прессы
 

Рисунок 17 Фильтр дисковый фирмы ВМА

Рисунок 18 Автоматический фильтр-пресс с горизонтальными элементами

Вакуум-фильтровальные установки обладают рядом недостатков (многокомпонентность, громоздкость, высокая влажность осадка и невозможность в связи с этим использования его непосредственно в качестве удобрения, сложность вывода его из завода и др.). Этих недостатков во многом лишены автоматические фильтр-прессы с горизонтальным или вертикальным расположением фильтровальных элементов-плит.

На ряде сахарных заводов для фильтрования сгущенной суспензии сока первой сатурации используется автоматический камерный фильтр-пресс (рис. 18) с горизонтальным расположением плит. Этот фильтр может также применяться для непосредственного фильтрования соков первой и второй сатураций.

Горизонтальное расположение плит и рам фильтр-пресса позволяет получить равномерную толщину осадка и оптимальные условия для его промывки. Конструкция фильтр-пресса обеспечивает его полную герметичность, что исключает потери исходного продукта. Фильтр-пресс работает в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Низкая влажность осадка позволяет легко его транспортировать и использовать сразу в качестве удобрения, значительно сокращая тем самым площади очистных сооружений. Содержание сахара в осадке после фильтр-пресса в два раза ниже по сравнению с использованием традиционных технологий.
 

Рисунок 19 Схема фильтр-пресса с горизонтальными элементами

Фильтр-пресс состоит из рамы, опорной плиты, стяжек, верхней упорной и нижней нажимной плит, между которыми находятся фильтровальные плиты. Под нажимной плитой установлен механизм зажима, который представляет собой рычажно-винтовую систему, осуществляющую подъем, опускание и уплотнение набора фильтровальных плит.

Плиты 3 прямоугольной формы в фильтре располагаются горизонтально друг над другом. Каждая плита перекрыта щелевым ситом 6, на котором располагается фильтровальная ткань 5, представляющая собой бесконечное полотно, натянутое на ролики 4 и перемещаемое с помощью привода. Снизу к плитам примыкает коническое днище 7, заканчивающееся трубой 8 для отвода фильтрата. Между плитами по периметру закреплены прорезиненные шланги-прокладки 1 эллипсоидной формы, в которые подается вода. Под давлением воды 1 МПа шланги принимают цилиндрическую форму, прижимают фильтровальную ткань к плитам и таким образом создают между соседними плитами герметичную камеру.

После уплотнения в камеры под давлением подается суспензия сока первой сатурации, которая фильтруется через ткань 5 и через коническое днище 7 и трубу 8 выводится в сборник фильтрата. Когда толщина фильтрационного осадка достигнет 10...15 мм, скорость фильтрования замедляется, подачу суспензии сока прекращают и осадок промывают горячей водой. Затем включают привод и перемещают ткань по роликам 4 на расстояние, равное ширине плиты. При этом фильтрационный осадок снимается ножами 2 и выводится в отвал, а фильтровальная ткань промывается в регенерационной камере 9 горячей водой, подаваемой из форсунок 11 под давлением примерно 0,6 МПа, и очищается скребками 10. На удаление осадка требуется 1 мин.
 

Рисунок 20 Ручной фильтр-пресс с вертикальными элементами

Рисунок 21 Фильтр-пресс конца XIX века

На рис. 20 показан применявшийся ранее на сахарных заводах фильтр-пресс с вертикальным расположением фильтровальных элементов, являющийся прототипом современных автоматизированных аппаратов.

Фильтр-пресс (рис. 20,а) состоит из неподвижной передней рифленой стойки-лобовины 1, передвижной зажимной плиты 2, задней стойки 3 и двух горизонтальных параллельных балок 4. Они соединяют переднюю и заднюю стойки и поддерживаются от прогиба раскосами 5. Между передней лобовиной и зажимной плитой на балки поочередно подвешены квадратные рамы 6 и плиты 7.

На плиту сверху в перегиб надевается фильтровальная салфетка. Рамы и плиты сжимаются зажимом 8 (ручным винтовым, электромеханическим или гидравлическим).
 

Рисунок 22 Автоматический мембранный фильтр-пресс фирмы "Putsch" (a)

С одной стороны фильтра установлен закрытый крышками соковый желоб с вентилями для отвода фильтрованного сока и промоя. Нефильтрованный сок и горячая промывная вода подводятся к фильтру через специальный патрубок. Под фильтр-прессом установлен закрываемый поддонами бункер для выгрузки осадка.

На рис. 20, в и с изображены рама и плита фильтр-пресса. Своими рукоятками 1 рама и плита опираются на балки и передвигаются по ним вручную при чистке и сборке пресса. С правой стороны рама и плита снабжены в нижней части квадратными приливами 2 с круглым сквозным отверстием. Просвет рамы соединен внутренней щелью с отверстием прилива. Плита имеет двухстороннюю рифленую поверхность 3, которая образует канавки для стекания сока. Со стороны желоба фильтр-пресса сок стекает через носик 4 со щелью.

Как указывалось выше, на плиту надевается фильтровальная салфетка, которая прикрывает с обеих сторон рифленую поверхность. На приливы также надеваются хлопчатобумажные салфетки с круглыми вырезами. При сборке рамы и плиты чередуются между собой. После сжатия фильтровальных элементов внутренняя поверхность каждой рамы представляет собой узкую камеру, ограниченную с двух сторон фильтровальной тканью.
 

Рисунок 22 Автоматический мембранный фильтр-пресс фирмы "Putsch" (b)

Нефильтрованный сок поступает в сплошной канал, который образуется отверстиями приливов при сжатии пресса. Из этого канала по имеющимся в нем щелям нефильтрованный сок направляется в рамы фильтра. При этом осадок отлагается слоем на ткани, а очищенный сок просачивается через ткань и по канавкам плит стекает к выходным щелям в носиках и через них - в соковый желоб.

Когда камеры заполняются осадком, поступление сока в фильтр прекращают и начинают промывку осадка водой.

После окончания промывки подачу воды прекращают, раскрывают поддоны, освобождают зажим и отодвигают зажимную плиту. Затем плиты и рамы попарно передвигают вручную по балкам. При этом осадок вываливается из камер, а остатки его счищают с ткани вручную. Осадок попадает в бункер под фильтром и удаляется из него шнеком или гидравлическим способом.

Такие фильтр-прессы обладают рядом недостатков, они требуют больших затрат рабочей силы при тяжелых условиях работы.

Развитие идеи "прессового" фильтрования привело к созданию камерных мембранных фильтр-прессов с вертикальным расположением фильтровальных элементов, процесс в которых полностью автоматизирован. Дополнительным принципиальным элементом в них стала гибкая мембрана, позволяющая при воздействии на неё сжатого воздуха отжимать из скопившегося в камерах осадка часть сока (воды), что позволяет снизить влажность выходящего из фильтра осадка до 30%. Это позволяет выводить такой "сухой" осадок из завода обычными ленточными транспортерами, а также непосредственно использовать его в качестве удобрения (для раскисления почв).

На рис. 22а показаны фильтровальные элементы такого фильтра, а на рис. 22в - общий вид автоматического мембранного фильтр-пресса фирмы Putsch (Германия). Все операции перемещения и сжатия элементов, фильтрования, промывки, прессования осадка, раздвижки элементов, удаления осадка в таком фильтре производятся автоматически по заданной программе.

Фильтровальные элементы (плита, мембрана, рама) изготавливаются из различных материалов, в том числе из полипропилена, нержавеющей и гуммированной стали.

2.2.5.3.4. Патронные фильтры

Для фильтрования продуктов сахарного производства применяют также патронные (свечные) фильтры.
 

Рисунок 23 Патронный фильтр

Рисунок 24 Патронный фильтр фирмы "Amafilter"

Цилиндрический корпус 1 фильтра с коническим днищем снабжен быстродействующим байонетным затвором 6 для фиксации крышки 2. Внутри корпуса установлены секции 3 с фильтровальными элементами (патронами, свечами) из коррозионностойкой стали. Фильтровальная ткань в виде рукава крепится на элементе при помощи хомута или путем обвязки. Каждая секция снабжена стеклянным колпачком 8 для визуального контроля чистоты сока и может быть отключена от общего коллектора 4 пробковым краном. На отводном коллекторе смонтирован индивидуальный индикатор расхода 5. После прохождения заданного объема фильтрата по сигналу с индикатора начинается регенерация фильтровальных элементов обратным потоком фильтрата. При этом осадок отслаивается от патрона и попадает в коническое днище, откуда при открытии затвора 7 с частью нефильтрованного продукта удаляется из фильтра. Благодаря увеличенному рабочему давлению и гибкой перепрограммируемой системе автоматики фильтр можно использовать для фильтрования клеровок сахара-сырца и сиропов.

На рис. 24 показан патронный фильтр фирмы Amafilter с патронами овальной формы, применяемый для сгущения сока первой сатурации, фильтрования сока второй сатурации и сиропа (с намывом на ткань вспомогательного фильтровального вещества).
 

2.2.4. Извлечение сахара из свеклы

2.2.6. Сгущение сока