Процесс окончательной очистки сока на намывном слое вспомогательного вещества при постоянной скорости фильтрования Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

631.577.66.067.1

ПРПТТТ7ГГ птгпиил 777 ПК МП 14 ПШЯГТТГТА Г ПТ/'А

-Л.ЛЛ. У—' 4.^ А ^ i_.IV X Л А

НА НАМЫВНОМ СЛОЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА ПРИ ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ ФИЛЬТРОВАНИЯ

Д.В. МАЛЫШЕВ, Т.Г. КОРОТКОВА, Е.Н. КОНСТАНТИНОВ

Кубанский государственный технологический университет

При фильтрации сока в осадке содержатся посторонние примеси, отмершие микроорганизмы, белковые вещества и др. При большой разности давлений Ар слой образующегося осадка легко сжимается. Удельное сопротивление осадка г0 с увеличением Ар, резко возрастает вследствие его сжимаемости. Это препятствует дальнейшему проведению процесса.

В этом случае фильтрование проводится в две стадии: на первой используют вспомогательные вещества, а на второй фильтруют через фильтр-картон или через намывной слой вспомогательного вещества.

Качественный эффект фильтрования соков зависит от правильного выбора фильтрующего материала с учетом количества и свойств примеси, содержащейся в соке. При окончательной очистке сока используют следующие фильтрующие материалы: фильтр-картон марок Т иШ, фильтропластины Ф, фильтрующую диагональ Д бельтинг Б, фильтр-волокно марок ЯК-1, ЯК-2 и ЯК-3, капроновую ткань КТ и др. [1].

Опытным путем установлено, что широко применяемый в производстве плодовых соков фильтр-картон Т оказывает сравнительно небольшое сопротивление фильтрованию [2]. Несколько выше сопротивление фильтр-картона Ш, который обеспечивает получение более прозрачного сока. Импортные фильтр-кар-тоны К.10 и К 7 резко увеличивают сопротивление фильтрованию и рекомендуются лишь для невязких, быстротекущих жидкостей (водка, сухие вина и пр.) [2]. Фильтр-картон обладает и рядом недостатков. В частности, слабая прочность во влажном состоянии при повышении разности давлений приводит® набуханию и разрыву фильтр-пластин.

В настоящее время широкое применение при осветлении соков, относящихся к низкоконцентрированным суспензиям, нашли фильтровальные вспомогательные вещества (ФВВ). Применение диатомитовых (кизель-гуровых) и перлитовых фильтровальных порошков по ряду показателей является более эффективным, чем использование фильтр-картона. Фильтровальные вспомогательные вещества дешевле, снижают трудоемкость процесса фильтрования, менее подвержены разрушению при увеличении перепада давлений. При этом качество осветления выше, чем при фильтровании через фильтр-картон марки Т [3].

Исследования механизма очистки жидкостей при фильтровании с применением намывного слоя ФВВ показали, что в случае фильтрования суспензии с вы-

сокодисперсной твердой фазой доминирующую роль в механизме очистки играет адсорбционный фактор [4].

Известно, что в случае классической периодической адсорбции сначала происходит формирование фронта адсорбции, затем его движение практически параллельно самом}' себе, после чего наступает «проскок» адсорбируемого вещества, его концентрация на выходе из адсорбционного слоя начинает возрастать.

При фильтрации наблюдается несколько иная картина. Так как силы адсорбции частиц примеси малы, то при росте скорости движения фильтрата начинается срыв частиц с поверхности капилляров вспомогательного.вещества |4],;

Поэтому важной характеристикой при окончательной очистке сока является знание времени конца фильтрования, по истечении которого наблюдается «проскок» примеси в фильтрат. Это нежелательное явление обусловлено тем, что с ростом толщины осадка примеси в порах вспомогательного вещества адсорбционные силы ослабевают, так как чем дальше расположены частицы примеси от поверхности частиц вспомогательного вещества, тем адсорбционные силы слабее. Диаметр капилляров вспомогательного вещества уменьшается, а скорость течения фильтрата в капиллярах возрастает. Это приводит к увеличению инерционных сил, частицы примеси не задерживаются, на поверхности капилляра и частично срываются с его поверхности, в связи с чем прозрачност ь сока заметно ухудшается.

Цель настоящей работы - описание процесса фильтрования через намывной слой ФВВ при постоянной скорости фильтрования на основе изложенной выше качественной картины. '■ ■

Рассмотрим случай,: когда концентрация примеси в разделяемой суспензии невелика и частицы примеси настолько малы, что проникают в поры вспомогательного вещества и адсорбируются на1 его поверхности. Такая ситуация имеет место при окончательном осветлении предварительно отфильтрованного сока. -

В этом случае на поверхность фильтрования1 (тканевые фильтровальные перегородки или Опорный картон) предварительно наносится слой ФВВ толщиной от 1 до 3 мм путем замкнутой циркуляции суспензии с заданным количеством фильтровального порошка до тех пор, пока все вспомогательное вещество не будет перенесено на фильтровальную перегородку. По окончании нанесения слоя ФВВ на фильтр подают сок, который необходимо осветлить, а его фильтрат возвра-щают обратно в емкость с соком до получения требуемой прозрачности. После этого фиксируют перепад

4,2003

1.067.1

роль в

'Р [4].

)ДИЧ6-

>вание гаески «про-щи на тать, я карлы, то нается атель-

адаль-

КОКЦа

дается юе яв-зсадка цсорб-распо-Iвспо-ы сла-цества аилля-дион-на по-

:Г0 ПО-шетно

зцесса стоян-ой вымеси в имеси атель-ности. освет-

г(тка-й картиной нзии с 1жа до будет I иконок, ко-юзвра-ребуе-грепад

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 4, 2003

71

давлений Ар0 и затем проводят процесс фильтрации сока с периодическим контролем его прозрачности. С течением времени толщина адсорбированного слоя растет, диаметр пор уменьшается, а перепад давления увеличивается. С ростом толщины адсорбированного слоя силы трения, связанные с увеличением перепада давления, возрастают, и при определенном значении Арк фильтрацию прекращают. Величина Арк соответствует началу «проскока» примеси в фильтрат. При повторных фильтрациях и накоплении производственного опыта для сока с известной мутностью и заданным вспомогательным веществом процесс фильтрации контролируют по перепадам давлений в начале и в конце отбора осветленного сока, опуская трудоемкую операцию определения его прозрачности.

С практической точки зрения важным является вопрос определения количества фильтрата V, м3, (осветленного сока) и времени фильтрования на фильтре с намывным слоем, имеющем известную поверхность фильтрации F, м2 , • н...

Показано [5], что удельное сопротивление осадка г0 обратно пропорционально квадрату его пористости е и что Полученное уравнение не противоречит известному уравнению Козени-Кармана для удельного сопротивления осадка

16AL

(1)

где к\ - константа в уравнении Козени-Кармана; А = ~~ ~ коэффициенты-поверхность филирования; п - число поровых каналов; (¡/ - коэффициент извилистости пор.

При рассмотрении фильтрования со сжимаемым осадком [5] получено уравнение, связывающее удельное сопротивление осадка и его пористость при допущении неизменности коэффициента извилистости поровых каналов у и их числа п до сжатия и после сжатия осадка.

(2)

где гои Єї — удельное сопротивление и пористость осадка после сжатия в процессе фильтрования.

Соотношения (1) и (2) были получены при использовании уравнения Дарси-Вейсбаха. В основу положено представление о том, что осадок является капиллярнопористым телом и что движение жидкости в капиллярах носит ламинарный характер.

Распространяя результат (1) на осадок, состоящий из чистого вспомогательного вещества, можно записать ; .

16Ак,

(3)

где гов, Єв - удельное сопротивление и пористость вспомогательного вещества.

Методом, аналогичным изложенному в работе [5], нетрудно показать, что отношение удельного сопротивления вспомогательного вещества к удельному сопротивлению вспомогательного вещества^, закупоренного примесью, равно квадрату отношения пористости вспомогательного вещества е, закупоренного примесью, к пористости чистого вспомогательного вещества Б„.

/л

U

(4)

в У

Используем результат (4) для определения времени фильтрования сока и его количества. Пусть требуется осветлить сок с концентрацией по примеси Сп, кг/м3. Плотность осадка примеси составляет рп, кг/м3. Обозначим время начала фильтрования, т. е. время достижения перепада давлений Ар0, через х0, а время достижения АрК через тк.

Выразим объем осадка примесных частиц Уп через объем суспензии Ко. :Л е ' ■

к. =

КСП

Рп

(5)

С учетом выражения (5) определим отношение У„ к объему фильтрата V как х0, м3/м3:

V_

v„

с„

V r/.-F

-С„

(6)

Перепад давлений Ар0 в начале процесса фильтрации сока составляет

Ар0= W\x (гфп +

О)

где ц - вязкость осветленного сока; г0 - удельное сопротивление осадка намывного слоя, состоящего из вспомогательного вещества и частиц примеси, адсорбированных за время тй /гос - высота намывного слоя; Дф.„ - сопротивление фильтровальной перегородки; IV -

скорость процесса фильтрования, V/ - ~, где <2 известная произво-

дительность насоса. . .

Из выражения (7) определяется удельное сопротивление осадка

АРо ~4рф.п

(8)

где Арф1П - перепад давлений на фильтровальной перегородке, Дрф.„ = ^цДф.п •

Аналогично запишем зависимость между перепадом давлений Арк и удельным сопротивлением осадка в конце процесса фильтрования г0к, которые соответствуют времени фильтрования тк. , > ■..

гп„ =-

-АРфл

С учетом вьфажения (4) можно записать

Г \

ik- ео

'Ö со

f \

Г0в _

^0к Iе J

.(,10)

(П)

где св, во, ег- пористости намывного слоя вспомогательного вещества и осадка в моменты времени То и тк соответственно; - удельное сопротивление намывного слоя вспомогательного вещества.

Величины ев и гов являются известными для заданного вспомогательного вещества.

Из выражений (10) и (11) определяются пористости осадка в начале и в конце фильтрования.

е„ =8.

(12)

• j

(13)

К = WFx%x 0= WFtx

С„

-с„

V V -V р h F-WFt г

пор _ пор.в п _ &B/*0Ci ГУI ^к-^о

v..

Fhn

(14)

s,A«(Pn-C„) L

wc„

Аналогично с учетом выражений (6), (8) и (12) определим время начала получения осветленного сока

. еАс(р„ -Сп) [ I tVp/i0Crc

WC,

ДРо ~АРф.„

Рабочее время фильтрования хр, т. е. время, за которое образуется осветленный сок (фильтрат) объемом V, составляет ;

=Тк _то =

С,^ос/2(рп ~Сп)

с„

И'Ьв

Объем примеси, накопившейся в порах вспомогательного вещества в конце процесса фильтрования:

Учитывая, что пористость представляет собой отношение объема пор к объему осадка, имеем

где Уй, Упор_в - объем собственно вспомогательного вещества и объем его пор соответственно.

Подставим (6), (9) и (13) в выражение (14) и определим время конца фильтрования

» W U&P n-A/Vn 4P* л

Длительность операции намыва ФВВх,, из суспензии объемом V' с можно определить по производитель-

ZV'

ности насоса О из соотношения т =---------ч Число цир-

Q

куляций z обычно принимается равным пяти [7]. г Полная продолжительность цикла хц с учетом времени вспомогательных операций твс (сборка и разгрузка фильтра, заполнение его суспензией и т. д.) составит т =т +Хп +х +т .

vh 0 р вс

Зная рабочее время фильтрования хр, вычислим количество осветленного сока V = WFxp.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фан Юнг А.Ф. Осветление и фильтрование плодовых соков,-М.: Пищевая пром-сть, 1967.

2. Фан-Юнг А.Ф., Нгуен Ван Тхоа. Сопротивление при фильтровании виноградного сока // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1970. -№,1.-С.150-152.

3. Зинченко В.И., Таран В.А. Практика применения фильтровальных порошков // Виноделие и виноградарство СССР. -1985. - № 5. С. 34-35.

4. Лейчкис И.М. Исследование механизма очистки жидкостей при фильтровании с применением вспомогательных вещее гв // Теорет. основы хим. технологии. — 1978. - XII. - № б. - С. 882-888.

5. Малышев Д.В., Короткова Т.Г., Константинов Е.Н. Соотношение между пористостью сжимаемого осадка и его удельным сопротивлением в процессе фильтрования // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2003. - № 2-3.

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

Поступила 03,03.03 г.

641.13.002.2:635.24.004.4

ИЗМЕНЕНИЕ УГЛЕВОДНОГО КОМПЛЕКСА ТОПИНАМБУРА ..... ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ И ХРАНЕНИИ ,

И.А. ХРИПКО, М.А. КОЖУХОВА

Кубанский государственный технологический университет

Благодаря высокой урожайности, неприхотливости и уникальному химическому составу, топинамбур все активнее вовлекается в сельскохозяйственное производство и переработку. Он служит сырьем для получе-

ния пищевых и биологически активных добавок, продуктов питания общего и специального назначения [1,2].

Интерес к топинамбуру связан прежде всего с особенностями его углеводного комплекса: он содержит 0,4-0,6% глюкозы и фруктозы, 5-6% дисахаридов, ос-