Пищевое оборудование

Аппараты для разделения газовых неоднородных систем

Очистку газов от взвешенных твердых или жидких частиц проводят в целях уменьшения загрязненности атмосферы и улавливания из отходящих газов ценных продуктов.

В промышленных условиях пыль может образовываться в результате проведения технологического процесса, например при сушке ряда пищевых продуктов, при транспортировке сыпучих материалов, в результате измельчения твердых тел дроблением, истиранием, размалыванием. Пыль, как правило, содержит твердые частицы размером 3…100 мкм.

Для очистки газовых потоков от взвешенных частиц используют несколько способов: гравитационное осаждение, осаждение под действием инерционных и центробежных сил, фильтрование газового потока через пористую перегородку, мокрую очистку, которая осуществляется в орошаемых водой скрубберах, осаждение в электрическом поле. Первые два способа применяют для очистки газов от крупных взвешенных частиц, остальные — для тонкой очистки газов от частиц размером менее 20 мкм. Для достижения требуемой степени очистки газового потока способы часто комбинируют.

Гравитационная очистка газов

Для расчета процесса отстаивания используют те же закономерности, что и для расчета осаждения твердых частиц в капельной жидкости.

Для разделения пылей (грубой очистки) предназначены аппараты непрерывного и полунепрерывного действия, основным из которых является пылеосадительная камера.

Пылеосадительная камера

Пылеосадительная камера (рисунок 1) представляет собой прямоугольный аппарат с расположенными внутри горизонтальными полками. Запыленный газ через регулируемый шибер поступает в канал пылеосадительнои камеры и распределяется между горизонтальными полками. Расстояние между полками составляет от 100 до 400 мм.

1 – выходной канал; 2 – сборный канал; 3 – шиберы; 4 – горизонтальная полка; 5 – дверцы;6 – всасывающий канал. Рисунок 1 - Пылеосадительная камера
1 – выходной канал; 2 – сборный канал; 3 – шиберы; 4 – горизонтальная полка; 5 – дверцы;6 – всасывающий канал.
Рисунок 1 — Пылеосадительная камера

Назначение полок заключается в уменьшении пути отстаивания частиц пыли. Вместе с тем расположение полок в осадительной камере значительно увеличивает площадь поверхности отстаивания. При прохождении потока газа между полками твердые частицы оседают на их поверхности, а осветленный газ поступает в выхлопной канал и далее в газоход. Скорость газового потока в пылеосадительной камере ограничена временем отстаивания: твердые частицы должны успеть осесть на поверхности полок за время пребывания потока в пылеосадительной камере.

Пыль, осевшая на полках, периодически удаляется скребками или смывается водой. Пылеосадительная камера разделена на два отделения, работающих попеременно (одно отделение очищается от пыли, а во втором в это же время происходит очистка газа), что обеспечивает непрерывность работы.

Пылеосадительные камеры используют для грубой предварительной очистки газов. В них отделяются частицы размером свыше 100 мкм. Степень очистки невелика — 30…40 %.

Очистка газов под действием инерционных и центробежных сил

Принцип очистки газов под действием инерционных сил заложен в конструкции отстойного газохода, очистка под действием центробежных сил осуществляется в циклонах.

Отстойный газоход с отбойными перегородками

Отстойный газоход с отбойными перегородками (рисунок 2) предназначен для разделения крупнодисперсных пылей. Перегородки служат для завихрения газового потока. Возникающие при этом инерционные силы способствуют интенсивному осаждению взвешенных твердых частиц. Осевшая пыль выгружается из сборников 2 по мере накопления с помощью шиберов 3. Такие отстойники часто выполняют в системе газоходов.

1 – отбойные перегородки; 2 – сборники пыли; 3 – шиберы Рисунок 2 - Отстойный газоход
1 – отбойные перегородки; 2 – сборники пыли; 3 – шиберы
Рисунок 2 — Отстойный газоход

Инерционные пылеуловители характеризуются простотой устройства и компактностью. Степень очистки в них выше, чем в пылеосадительных камерах, и составляет примерно 60 %. В инерционных пылеуловителях улавливаются частицы размером более 25 мкм.

Батарейный циклон

Батарейный циклон (рисунок 3), состоящий из параллельно включенных циклонов малого диаметра (150…250 мм.), позволяет увеличить центробежную силу и скорость осаждения частиц.

1 – корпус; 2 – газораспределительная камера: 3 – решетка; 4 – циклонный элемент; 5 – бункер. Рисунок 3 - Батарейный циклон
1 – корпус; 2 – газораспределительная камера: 3 – решетка; 4 – циклонный элемент; 5 – бункер.
Рисунок 3 — Батарейный циклон

Загрязненный газ через входной патрубок поступает в газораспределительную камеру и распределяется по циклонным элементам, установленным в общем корпусе. В циклонные элементы газ поступает не тангенциально, а сверху через кольцевое пространство между корпусом циклона и выхлопной трубой. Для создания вращающегося потока газа в кольцевом зазоре расположено закручивающее устройство, выполненное в виде винта. Схема циклонного элемента показана на рисунке 4.

1 – выходная труба; 2 – винтовые лопасти; 3 – корпус; 4 – коническое днище. Рисунок 4 - Элемент батарейного циклона
1 – выходная труба; 2 – винтовые лопасти; 3 – корпус; 4 – коническое днище.
Рисунок 4 — Элемент батарейного циклона

Пыль собирается в коническом бункере, а очищенный газ выходит из батареи через общий отводящий патрубок.

Батарейные циклоны используют при больших расходах газа, когда применение нескольких одинарных циклонов экономически нецелесообразно. В циклонах рекомендуется улавливать твердые частицы размером не менее 10 мкм.

Циклоны получили широкое распространение в пищевых производствах для очистки газовых выбросов, улавливания из газовых потоков пищевого сырья: частиц сахара, барды, частиц сухого молока, дрожжей из отходящих газов распылительных сушилок и др.

Фильтрование газов через пористые перегородки

В зависимости от вида фильтровальной перегородки фильтры бывают с мягкими, полужесткими и жесткими пористыми перегородками.

Фильтры с мягкими фильтровальными перегородками

Фильтры с мягкими фильтровальными перегородками – рукавные, или мешочные, широко применяют для очистки газов от пыли. Мягкие пористые перегородки выполняют из тканевых материалов, нетканых волокнистых материалов, пористых листовых материалов (металлоткани, пористые пластмассы и резины).

Батарейный рукавный фильтр

Батарейный рукавный фильтр с фильтрующими элементами из различных тканевых материалов изображен на рисунке 5. Рукава и мешки подвешивают в прямоугольном корпусе к общей раме. Запыленный газ поступает снизу внутрь рукавов в открытые торцевые отверстия. Проходя через боковые цилиндрические поверхности рукавов, газ фильтруется, а пыль оседает на внутренней поверхности рукавов.

1 – рама; 2 – встряхивающий механизм; 3 – корпус; 4 – рукав; 5 – шнек. Рисунок 5 - Рукавный фильтр
1 – рама; 2 – встряхивающий механизм; 3 – корпус; 4 – рукав; 5 – шнек.
Рисунок 5 — Рукавный фильтр

В процессе эксплуатации слой пыли растет и сопротивление фильтра увеличивается. Для регенерации фильтра рукава или мешки периодически встряхивают специальным механизмом 2, смонтированным на крышке фильтра. Иногда применяют обратную продувку газом или воздухом фильтрующих элементов фильтра. Осевшая пыль собирается в коническом днище фильтра, откуда выгружается шнеком. В ряде случаев используют секционные фильтры. Каждая секция в таком фильтре имеет свой встряхивающий механизм, что позволяет последовательно проводить регенерацию фильтрующих элементов без отключения всего фильтра.

Патронный фильтр

Патронный фильтр с цилиндрическими фильтровальными элементами из пористой керамики изображен на рисунке 6. В корпусе 4 фильтра на решетке 3 расположено несколько цилиндрических фильтровальных элементов 5. Запыленный газ поступает в нижнюю часть фильтра, проходит через фильтровальные элементы и очищается от взвешенных частиц. Осадок собирается на внешней поверхности фильтровальных элементов, а очищенный газ выходит из внутреннего объема фильтровальных элементов и выводится из фильтра. Для регенерации фильтров их периодически продувают обратным током сжатого газа, подаваемого через коллектор 2. При этом пыль собирается в конической части днища 6 и удаляется в сборник пыли 7.

1 – крышка; 2 – коллектор; 3 – решетка; 4 – корпус; 5 – фильтровальный элемент; 6 – днище; 7 – сборник пыли. Рисунок 6 - Патронный фильтр
1 – крышка; 2 – коллектор; 3 – решетка; 4 – корпус; 5 – фильтровальный элемент; 6 – днище; 7 – сборник пыли.
Рисунок 6 — Патронный фильтр

В фильтрах с металлокерамическими элементами можно очищать пыль, содержащую взвешенные частицы размером более 0,5 мкм.

Мокрая очистка газов

Мокрая очистка газов применяется тогда, когда допустимы увлажнение и охлаждение газа, а взвешенные частицы имеют незначительную ценность. Охлаждение газа ниже температуры конденсации находящихся в нем паров способствует увеличению плотности взвешенных частиц. При этом частицы играют роль центров конденсации и тем самым обеспечивают выделение их из газового потока. Если взвешенные частицы не смачиваются жидкостью, то очистка газов в мокрых пылеулавливателях малоэффективна. В этом случае для повышения степени очистки к жидкости добавляют поверхностно-активные вещества.

Недостаток мокрой очистки – образование сточных вод, которые также должны очищаться.

Пенный скруббер

В пенных  пылеуловителях жидкость, взаи­мо­действую­щая с запыленн­ым газом, приводится в сос­тоя­ние подвижной пены, что обес­печивает боль­шую по­верх­ность контакта между ней и газом и позволяет получить высокую степень очистки.

Пенный аппарат (рисунок 7) представляет собой камеру 1 круглого или прямоугольного сечения, внутри которой находится перфорированная решетка 3. Вода через штуцер поступает на решетку, а запыленный газ подается в нижнюю часть аппарата. Проходя через отверстия тарелки 3, он барботирует сквозь слой жидкости и превращает всю ее в слой подвижной пены. В слое пены пыль захватывается жидкостью, основная часть которой (~80%) удаляется вместе с пеной через регулирующий порог 2. Оставшаяся часть жидкости сливается через отверстия тарелки и улавливает в подтарелочном пространстве более крупные частицы. Суспензия, образующаяся при этом, удаляется через штуцер, расположенный внизу. В ряде случаев применяют несколько решеток, причем их число зависит от требуемой степени очистки газа.

Рисунок 7 - Пенный скруббер
Рисунок 7 — Пенный скруббер

Степень улавливания пыли в пенных аппаратах часто превышает 95-99% при относительно низких капитальных затратах и эксплуатационных расходах.

 Скрубберы Вентури

Скрубберы Вентури также применяются для мокрой очистки воздуха. В них достигается высокая степень очистки, равная 98 %. Недостаток их — большое гидравлическое сопротивление (порядка 1500…7500 Па) и необходимость установки каплеотбойника. Скруббер Вентури (рисунок 8) состоит из двух частей: трубы Вентури, в которой происходит очистка воздуха, и разделителя, предназначенного для отделения капелек воды от газового потока.

1 – разделитель; 2 – завихритель потока; 3 – труба Вентури; 4 – вентилятор Рисунок 8 - Скруббер Вентури
1 – разделитель; 2 – завихритель потока; 3 – труба Вентури; 4 – вентилятор
Рисунок 8 — Скруббер Вентури

Воздух, подлежащий очистке, поступает снизу в вертикальный патрубок, на выходе из которого создается разрежение. За счет разрежения в трубу Вентури из бачка подсасывается через коллектор вода. В результате в трубе Вентури как на стенках, так я по всему объему происходит интенсивное образование жидкостных пленок, что приводит к очистке газового потока. Осаждению капелек жидкости из газового потока способствует завихритель потока. Жидкость, выделяемая в разделителе, стекает в сборный бачок. Очищенный газовый поток выбрасывается в атмосферу.

Электрофильтры

Электрофильтры применяются для очистки газов под действием электрических сил. Для этого частицам сообщается электрический заряд и они под действием электрического поля выводятся из газового потока и осаждаются на электродных пластинах. Зарядка частиц в электрофильтрах происходит в поле коронного разряда (при полной ионизации поля между электродами возникает коронный разряд — образование короны вокруг каждого провода). Один из электродов — отрицательной полярности — коронирующий, служит для сообщения заряда частицам. Он представляет собой тонкую струну (провод). Второй электрод — осадительный имеет значительную поверхность.

На рисунке 9 представлена схема сухого электрофильтра. Газ, поступающий в фильтр, снизу проходит систему электродов 4 и 5, очищается и удаляется через верхний патрубок. Аппарат оборудован встряхивающим устройством 1 для очистки электродов от уловленной пыли.

Эффективность электрофильтров при улавливании частиц, размером до 0,5 мкм достигает 99% и ухудшается с увеличением скорости газового потока. В ряде случаев электроочистка газов применяется как дополнительная к другим способам.

1 – встряхивающее устройство; 2 – изолятор; 3 – рама; 4 – коронирующий электрод; 5 – трубчатый электрод (анод); 6 – решетка; 7 – сборник для пыли. Рисунок 9 - Трубчатый электофильтр
1 – встряхивающее устройство; 2 – изолятор; 3 – рама; 4 – коронирующий электрод; 5 – трубчатый электрод (анод); 6 – решетка; 7 – сборник для пыли.
Рисунок 9 — Трубчатый электофильтр