Материал: 69.24

Рис. 5.21. Фільтр-прес автоматичний камерний баштового типу ФПАКМ.

111

Рис.5.22. Схема роботи ФПАКМ

З метою підвищення продуктивності устаткування фільтрації і зниження

фільтруючою тканиною, а сам барабан роздільний перегородками на секції. При його обертанні секції послідовно підключаються до збірок фільтрату, промивних вод і до колектора стислого повітря.

Під дією розрідження у внутрішній частині барабана відбувається фільтрація культуральної рідини. Фільтрат, що утворюється, відводиться в збірку, а осад залишається на зовнішній поверхні фільтрувальної тканини. Після проходження зон тієї, що підсушила, промивання і вторинної підсушила осідань віддаляється за допомогою ножа, закріпленого на певній відстані від поверхні

барабана. Таким чином, товщина шару осаду в зоні фільтрації практично незмінна, що дозволяє вести процес фільтрації в безперервному режимі при постійній швидкості.

Проте при фільтрації деяких культуральних рідин, зокрема культуральній рідині актиноміцетів, питомий опір драглистого осаду, що утворюється, дуже великий. Навіть тонкий шар осаду, який залишається після того, що зрізає ножем, призводить до різкого зниження швидкості фільтрації. Для інтенсифікації процесу рідину заздалегідь обробляють(кислотна або теплова коагуляція обробка електролітами) або використовують барабанні вакуум-фільтри з намив-

112

ним шаром допоміжного матеріалу фільтрації. Останній є тонкодисперсний порошком (найчастіше перліт або діатоміт), який намивають на фільтрувальну тканину перед початком фільтрації культуральної рідини. Він оберігає пори фільтрувальної тканини від закупорювання, збільшуючи тим самим швидкість фільтрації. Крім того, в барабанних вакуум-фільтрах, призначених для роботи з намивним шаром, передбачено повільне переміщення ножа для того, що зрізає осаду до поверхні барабана в процесі фільтрації(0,1—0,2 мм за оборот). Це забезпечує постійне оновлення поверхні фільтрації, іотже, високу швидкість фільтрації. Наприклад, при фільтрації культуральної рідини тетрацикліну на барабанному вакуум-фільтрі з намивним шаром перліту досягається середня швидкість фільтрації 150—180 л/(м2-ч), а для фільтр-пресу цей показник не перевищує 25—30 л/ (м2-ч).

Рис. 5.23. Барабанний вакуум-фільтр

5.4.2.3.Центрифугування

Центрифугування - процес розділення рідких неоднорідних систем у полі дії відцентрових сил. У мікробіологічній промисловості центрифуги широко використовують для розділення суспензій на рідину й тверді, фазищо містять мікроорганізми, ферменти, амінокислоти й інші продукти біосинтезу кристалічної або аморфної структур.

Залежно від властивостей дисперсних систем центрифугування здійснюють методами відцентрового фільтрування й осідання.

Відповідно до методів розділення центрифуги підрозділяють на:

- відстійні (О), фільтруючі (Ф), комбіновані (К) центрифуги та сепаратори

(С).

Швидкість розділення сумішей в центрифугах значно вища, ніж у фільтрах і відстійниках, завдяки більшій рушійній силі, що виникає при обертанні ротора центрифуги разом з суспензією, що знаходиться в нім, або емульсією. Ефективність роботи центрифуги кількісно оцінюєтьсяфактором розділення. Він показує, в скільки разів відцентрове прискорення, що розвивається в центрифузі, більше прискорення вільного падіння:

113

де Фр —фактор розділення (або критерій Фруда —Fr); ω — кутова швидкість обертання ротора, с-1; R — радіус обертання частинки (відстань від частинки до осі ротора), м; g — прискорення вільного падіння, м/с2.

Залежно від значення Фр центрифуги підрозділяють на звичайні (Фр<3500) і надцентрифуги (Фр>3500), а залежно від організації процесу— періодичної і безперервної дії.

Розглянемо принцип дії осаджувальної центрифуги на прикладі машини з ротором тручастого типу. Суспензія поступає у внутрішню порожнину ротора через донний штуцер. При обертанні ротора відбувається осадження твердих частинок, що містяться в суспензії, на його внутрішніх стінках, а освітлена рідина викидається через верхню частину ротора і збирається. Швидкість осадження частинок суспензії залежить від співвідношення між відцентровою -си лою, що діє на тверду частинку, і силою опори середовища. Відцентрова сила

Fц направлена радіально від осі ротора до периферії і для частинок сферичної

форми рівна

Fц=4/3 π (ρч - ρж)r3 ω2R (5.5.)

де ρч та ρж — щільність твердої частинки і рідини, кг/м3; r —радиус частинки, м; з — кутова швидкість обертання рідини, с-1; R — радіус обертання частинки, м.

Сила опору середовища Fс згідно закону Стокса, рівна:

умови рівності відцентрової сили і сили опору середовища

Фільтруючі центрифуги застосовуються для грубодисперсних суспензій, для виділення кристалічних і аморфних продуктів, промивання осадів, що виходять, а також для відділення вологи. Відстійні центрифуги застосовують для розділу погано фільтруючих суспензій, емульсій, для розділу суспензій з великим розміром часток твердої фази.

Центрифуги класифікують за наступними ознаками:

·за фактором розділення - нормальні центрифуги з фактором розділення Fr < 3000; швидкісні або надцентрифуги (Fr > 3000). Він показує, в

скільки разів відцентрове прискорення, що розвивається в центрифузі, більше прискорення вільного падіння:

Fr = ω2 R/g (5.9.)

де Fr — фактор розділення (або критерій Фруда); ω — кутова швидкість обертання ротора, с-1; R — радіус обертання частинки (відстань від частинки до осі ротора), м; g — прискорення вільного падіння, м/с2.

- За способом вивантаження осаду:

114

-ручна через борт (Б), ручна через днище (Д), саморозвантажна — гравітаційна (С), ножова (Н), шнекова (Ш) і вібраційна (В). Цифри, що йдуть за літерним позначенням, характеризують діаметр барабана й конструктивну модифікацію центрифуги.

· За конструктивними ознаками:

горизонтальні (Г), вертикальні (В), підвісні з верхнім приводом (П) і маятникові (М).

·По організації процесу - періодичні та безперервнодіючі.

Головними факторами для вибору типу центрифуги є:

·для суспензій - ступінь дисперсності твердої фази, в'язкість рідкої фази, різниця густин твердої й рідкої фаз, а також концентрація твердої фази в суспензії;

·для емульсій - стійкість емульсії, що обумовлюється роздробленістю крапель однієї рідини в іншій, в'язкістю дисперсного середовища й співвідношенням густини фаз.

При виборі центрифуг головними факторами є також їхні технічні характеристики й фізичні властивості оброблюваного матеріалу, дисперсна сполука твердої фази, в'язкість рідкої фази, концентрація суспензії, а також фактор розділення.

Ефективність роботи центрифуг характеризуєтьсяіндексом продуктивно-

сті

Σ = F·Fr, (5.10)

де F — поверхня розділення,м2 , Fr – фактор розділення.

Високі значення індексу продуктивності Σ мають центрифуги з ножовим зніманням осаду, які відрізняються також універсальністю, тому можуть застосовуватися для розділення суспензій і концентрації твердої фази.

Тип промислової центрифуги, якщо її аналог, що працює в промисловості на тім же продукті, невідомий, вибирають на основі аналізу технологічних вимог, які пред'являються до процесу розділення властивостей суспензії та осаду, потужності виробництва.

В результаті аналізу по переліченим факторам, визначають групу типів і розмірів центрифуг для обробки вибраного продукту (табл.5.6.). Найбільш доскона-

лими по конструкції вважаються центрифуги зі шнековим вивантаженням оса-

ду, потім - з поршньовим, потім - саморозвантажні, з ножовим та з ручним вивантаженням осаду.

Центрифуги безперервної дії, відстійні, горизонтальні зі шнековим вивантаженням осаду типу (НОГШ) призначені для розділення суспензій з об'ємною концентрацією твердої фази від 5 до 50% і розмірами часток від 5 до 500 мкм, а також для гідравлічної класифікації шламів по розміру твердих часток.

115