板框式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾常數(shù)測(cè)定研究

張春芝， 賈金霖， 潘志強(qiáng)， 王金芳

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

碳酸鈣是白色微晶粉末，無(wú)味，相對(duì)密度2.5～2.7，易吸收臭氣，空氣中穩(wěn)定，不溶于水和乙醇. 碳酸鈣的應(yīng)用發(fā)展較快，主要用于食品添加劑、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑[1]，在食品加工過(guò)程中起疏松、鈣質(zhì)補(bǔ)充作用，廣泛用于鈣保健品，食用鹽等行業(yè). 本次試驗(yàn)以碳酸鈣為原料，通過(guò)對(duì)比方法研究板框式過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾常數(shù)測(cè)定方法及工藝參數(shù)對(duì)過(guò)濾效果的影響，加快過(guò)濾速率，提高過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力. 并且對(duì)食品工業(yè)中其他物料(如食醋、啤酒等)的過(guò)濾效果的提高也有針對(duì)性的指導(dǎo)意義.

1 試驗(yàn)原理

1.1 過(guò)濾基本方程[2]

在恒壓條件下，過(guò)濾基本方程可用式(1)表示：

V2+2VeV=KA2t,

(1)

式(1)中，V—t時(shí)間內(nèi)得到的濾液體積，m3；

Ve—過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，m3；

K—過(guò)濾常數(shù)，m2/s；

A—過(guò)濾面積，m2；

t—得到濾液量V所需要的過(guò)濾時(shí)間，s.

試驗(yàn)中過(guò)濾面積A為一定值，那么式(1)可寫(xiě)為：

q2+2qeq=Kt,

(2)

1.2 過(guò)濾常數(shù)測(cè)定[2]

1.2.1測(cè)定K和qe

將式(2)以t對(duì)q微分，可得：

(3)

(4)

1.2.2測(cè)定s和k

上述求得的K值實(shí)際上是操作壓力p和濾餅壓縮性指數(shù)s的函數(shù)(K=2kp1-s)，所以不同壓力的恒壓過(guò)濾操作可以得到不同的K值，其中k為過(guò)濾常數(shù). 由于

lgK=(1-s)lgp+lg2k,

(5)

按各次試驗(yàn)的lgK～lgp作圖，可以得一直線. 由直線的斜率(1-s)可求得s，由截距l(xiāng)g2k可求得k.

2 試驗(yàn)裝置與流程

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置由規(guī)格為 160 mm×180 mm×11 mm過(guò)濾板、工業(yè)用濾布、過(guò)濾框組成的小型工業(yè)用板框過(guò)濾機(jī).

板框過(guò)濾機(jī)旁設(shè)有濾漿槽. 槽內(nèi)濾漿通過(guò)攪拌器攪拌，攪拌器型號(hào)為KDZ-1、功率為 160 W、 轉(zhuǎn)速為3 200 r/min，濾漿由旋渦泵及調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，經(jīng)機(jī)前壓力表打入板框過(guò)濾機(jī)，濾液由計(jì)量桶計(jì)量，計(jì)量桶規(guī)格為長(zhǎng)304 mm、寬304 mm.

2.2 試驗(yàn)流程

濾漿槽內(nèi)配有一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的輕質(zhì)碳酸鈣懸浮液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%～4%)，用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行均勻攪拌. 啟動(dòng)旋渦泵，調(diào)節(jié)出口閥門(mén)使壓力表指示在規(guī)定值. 濾液在計(jì)量桶內(nèi)計(jì)量[3-4].

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.77%，過(guò)濾面積0.047 5 m2時(shí)，過(guò)濾常數(shù)及壓縮指數(shù)的測(cè)定

測(cè)定數(shù)據(jù)與分析結(jié)果見(jiàn)表1，表2，圖1，圖2.

表1 原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.77%，過(guò)濾面積0.047 5 m2的原始及整理數(shù)據(jù)Tab.1 Original and finishing data of material concentration 2.77% and filter area 0.047 5 m2

表2 濾餅壓縮指數(shù)、物料常數(shù)Tab.2 Cake compression index and material constants

注：qe—過(guò)濾面積上的當(dāng)量濾液量，m3/m2.

3.2 原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.77%，過(guò)濾壓力0.1 MPa，過(guò)濾面積不同時(shí)過(guò)濾常數(shù)測(cè)定

測(cè)定數(shù)據(jù)與分析見(jiàn)表3和表4.

3.3 過(guò)濾面積0.047 5 m2，過(guò)濾壓力0.1 MPa，不同原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的過(guò)濾常數(shù)測(cè)定

測(cè)定數(shù)據(jù)與分析見(jiàn)表5、表6.

圖1 q-Δt/Δq趨勢(shì)線Fig.1 q-Δt/Δq trend line

圖2 Δp-K趨勢(shì)線Fig.2 Δp-K trend line

表3 過(guò)濾面積不同時(shí)原始及整理數(shù)據(jù)Tab.3 Original and finishing data of different filter area

表4 過(guò)濾面積不同時(shí)過(guò)濾常數(shù)數(shù)據(jù)Tab.4 Filter constant data of different filter area

注：qe—過(guò)濾面積上的當(dāng)量濾液量，m3/m2.

表5 原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同時(shí)實(shí)驗(yàn)原始及整理數(shù)據(jù)Tab.5 Original and finishing data of different material concentration

表6 原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同時(shí)過(guò)濾常數(shù)數(shù)據(jù)表Tab.6 Filter constant data of different material concentration

注：qe—過(guò)濾面積上的當(dāng)量濾液量，m3/m2;θe—虛擬過(guò)濾時(shí)間，s.

4 結(jié)論與討論

1)通過(guò)相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓力、過(guò)濾面積下過(guò)濾常數(shù)及濾餅壓縮指數(shù)的測(cè)定，得出測(cè)定方法及數(shù)據(jù)處理方案. 通過(guò)數(shù)值擬合得到過(guò)濾曲線方程：Δt/Δq=13 044q+269.3，Δt/Δq=9 345.4q+218.59，K=1×10-8ΔP0.822 4.

2)通過(guò)相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓力，不同過(guò)濾面積下過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定，得出過(guò)濾常數(shù)隨過(guò)濾面積增大而增大. 因此工業(yè)上可采取不同過(guò)濾板框的組合改變過(guò)濾面積，從而改變過(guò)濾常數(shù).

3)通過(guò)相同過(guò)濾面積、壓力，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定，得出過(guò)濾常數(shù)隨過(guò)濾質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而減小.

總之，隨著食品工業(yè)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)固液分離技術(shù)及設(shè)備提出了更高、更廣的要求. 板框式壓濾機(jī)是目前所有工業(yè)過(guò)濾機(jī)中惟一能確保濾餅水份達(dá)10%以下，而且可以不加絮凝劑的優(yōu)良設(shè)備. 通過(guò)對(duì)食品物料碳酸鈣的過(guò)濾影響因素的研究，可知過(guò)濾壓力、過(guò)濾質(zhì)量分?jǐn)?shù)、過(guò)濾面積越大，過(guò)濾效果越好. 依據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果可為食品物料的生產(chǎn)過(guò)程尋找適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾方法和設(shè)備以適應(yīng)物料的性質(zhì)，加快過(guò)濾速率，以提高過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力.