Материал: Новоселов АГ Процессы и аппараты пищ производств Ч1

2.5.4.Использование мембранных методов

впищевой промышленности

Широкое применение мембранных методов разделения в пищевой промышленности позволит резко улучшить качество продуктов, подвергаемых концентрированию и обезвоживанию. Ведь в настоящее время здесь в основном используются методы, связанные с тепловой обработкой продуктов, что отрицательно сказывается на их качестве. УФ-методы проводятся при нормальных температурах. Кроме того, УФ-процессы экономичнее тепловых, так как разделение осуществляется без фазовых превращений. Так, расчеты показывают, что при продавливании 1 м3 воды под давлением 5 МПа совершаемая работа равна 4,90 МДж, в то время как на испарение этого же количества воды требуется 2270 МДж.

К основным недостаткам УФ-методов следует отнести применение высоких рабочих давлений, что выдвигает жесткие требования к конструкции аппаратов. Кроме того, получение концентратов с высоким содержанием твердых веществ (свыше 20 %) связано

срезким увеличением энергозатрат.

Впищевой промышленности мембранные методы разделения могут быть использованы для концентрирования овощных и фруктовых соков, экстрактов, молочных продуктов, обработки сточных вод, регулирования газовых сред, пастеризации пищевых продуктов и т. д.

Впоследнее время большое значение мембранные методы

разделения приобретают в молочной промышленности, особенно в процессах переработки вторичного молочного сырья. Разработаны и используются в промышленности установки для концентрирования сыворотки производительностью до 750 м3/сут, обезжиренного молока – производительностью до 140 м3/сут. Все это позволяет резко увеличить производство молочных продуктов.

2.6. Мокрая очистка газов

Для очистки газов от пыли применяют аппараты, в которых газы промываются водой или другой жидкостью. В этом случае используются силы поверхностного натяжения, за счет которых твердые частицы прилипают к каплям или пленке жидкости (жидкость должна смачивать пыль).

51

Иногда мокрая очистка совмещается с процессом абсорбции вредных газообразных или паровых примесей, содержащихся в отходящих газах. Для эффективного обеспыливания требуется обеспечить максимальную поверхность контакта промывной жидкости с запыленным газом. С этой целью жидкость диспергируется с помощью специальных устройств или самим газовым потоком.

Мокрая очистка имеет ряд преимуществ перед «сухими» методами (высокая степень очистки, уменьшение взрывоопасности), однако большими недостатками являются: коррозия конструкций аппаратов, необходимость организации удаления и очистки жидких стоков в условиях оборотного водоснабжения, необходимость теплоизоляции аппаратов при работе в холодном климате.

Башенные скрубберы. Полые скрубберы (рис. 2.29) являются простейшими аппаратами для мокрой очистки газов и представляют собой башню 1 с разбрызгивающими устройствами 2, установленными по всей высоте башни. Запыленный газ движется через башню снизу вверх со скоростью 0,8–1,5 м/с, а капли жидкости, падая вниз со скоростью 0,6–1,2 м/с, взаимодействуют с ним. Промывная вода в виде суспензии выводится из аппарата через патрубок 3.

Рис. 2.29. Схема полого скруббера:

1 – башня; 2 – разбрызгивающее устройство; 3 – патрубок

52

Практическое использование полых скрубберов показало, что разбрызгивающие устройства должны образовывать капли размером

0,8–1,0 мм.

Степень очистки зависит от многих факторов (диаметра твердых частиц, их концентрации в газовом потоке, и т. д.) и изменяется в пределах от 70 до 90 %. Удельный расход промывной жидкости зависит, прежде всего, от концентрации пыли и изменяется в пределах от 2 до 8 л/м3. Для уменьшения расходов на последующую очистку воды иногда часть ее можно подавать на циркуляцию. Гидравлическое сопротивление аппаратов невелико (150–200 Па).

Для повышения эффективности очистки используют насадочные скрубберы, в которых в нижнюю часть аппарата устанавливается опорная решетка; на решетке помещается насадка (разного типа – куски гравия, кольца Рашига и т. д.). Наличие насадки увеличивает поверхность контакта фаз, а следовательно, и эффективность очистки (см. подробно [6]). В аппаратах этого типа хорошо улавливаются частицы диаметром свыше 5 мкм.

Центробежные скрубберы. Эффективность очистки газов от частиц меньше 5 мкм может быть повышена за счет проведения мокрой очистки в поле действия центробежных сил (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Центробежный скруббер: 1– корпус; 2 – тангенциальный патрубок;

3 – разбрызгивающее устройство; 4 – шибер

53

Запыленный газ со скоростью 15–60 м/с вводится в корпус 1 через тангенциально установленный патрубок 2. Внутри корпуса имеется разбрызгивающее устройство 3 (например, труба по оси корпуса с системой форсунок). Данные, имеющиеся в литературе, показывают, что оптимальный размер капель жидкости составляет около 100 мкм. Благодаря такому подводу газ при своем движении вверх совершает несколько оборотов вокруг оси камеры. При этом капли жидкости сталкиваются с твердыми частицами, укрупняются и под действием центробежной силы отбрасываются на стенки корпуса. Образующаяся суспензия в виде пленки стекает по стенкам аппарата на последующую обработку. Степень очистки в этих аппаратах для частиц диаметром 5–30 мкм превышает 95 %, а для частиц 2–5 мкм степень очистки доходит до 85–90 %.

Скруббер Вентури (струйный турбулентный газопромыватель). Скруббер Вентури (рис. 2.31) используется для улавливания частиц меньше 1 мкм [6]. Он представляет собой комбинацию центробежного скруббера и трубы Вентури. Запыленный газ поступает в конфузор 1, где ускоряется до 60–150 м/с.

Рис. 2.31. Скруббер Вентури:

1 – конфузор; 2 – разбрызгиватель; 3 – диффузор; 4 – патрубок; 5 – корпус; 6 – отстойник; 7 – бак; 8 – насос

54

Промывная жидкость подается в аппарат через разбрызгиватель 2 и диспергируется высокоскоростным потоком газа.

При движении по диффузору 3 скорость потока снижается и он через тангенциальный патрубок 4 вводится в корпус 5. Здесь под действием центробежной силы капли жидкости с уловленными твердыми частицами отделяются от газа и поступают в отстойник 6. Из отстойника шлам отводится на дальнейшую переработку,

аосветленная жидкость – в бак 7, откуда насосом 8 вновь подается в аппарат.

Большое влияние на работу скруббера оказывает конденсационный эффект. В зоне установки разбрызгивателя газ находится при пониженном давлении (скорость газа большая), следовательно, интенсивно идут процессы испарения жидкости и насыщения газа ее парами. При поступлении газа в корпус 5 давление увеличивается (скорость газа уменьшается), что приводит к конденсации паров жидкости, причем в качестве активных центров выступают твердые частицы. Частицы увеличиваются в размерах, агломерируют, что улучшает процесс их выделения из потока. Степень очистки для частиц до 0,5 мкм достигает 70 %, а более крупных – свыше 95 %.

По сравнению с другими аппаратами для мокрой очистки скруббер Вентури характеризуется не только высокой степенью очистки, но и расходом энергии.

Барботажные (пенные) скрубберы. Барботажный скруббер ис-

пользуется для очистки сильно запыленных газов (рис. 2.32). В этом аппарате поверхность контакта фаз вместо капельного разбрызгивания обеспечивается созданием слоя пены, в которой и осуществляется процесс очистки.

Корпус 1 скруббера разделен на две части перфорированной тарелкой 2. Промывная жидкость через штуцер 3 подается на тарелку 2,

азапыленный газ входит через патрубок 5. Газ, проходя через слой жидкости, вспенивает ее, что обеспечивает большую поверхность контакта жидкости с газом, а следовательно, и относительно высокую степень очистки.

Основная часть (80 %) образующейся суспензии сливается через регулируемый порог 4, а 20 % суспензии сливается под тарелку через ее отверстия и отводится через патрубок 6.

55