Электрофильтр для осветления белоксодержащих жидкостей Советский патент 1992 года по МПК A23J1/04 

Изобретение относится к пищевой промышленности точнее - к процессам и аппаратам для осветления белоксодержащих жидкостей, например, растворов желатина.

В пищевой промышленности широко применяются процессы осветления белоксодержащих жидкостей с целью удаления посторонних дисперсных частиц коллоидного размера, повышения концентрации в растворе белкового вещества и улучшения потребительских свойств жидкости. Так, например, при осветлении желатинсодержа- щих растворов достигается более высокая прозрачность холодных заливных блюд и сокращается время их застывания.

Известны устройства, принципиально пригодные для осветления белоксодержащих жидкостей, представляющие собой полимерный мембранный фильтр, работающий при избыточном давлении обрабатываемой жидкости. Недостатком таких устройств является высокая стоимость процесса фильтрации, что обусловлено необходимостью обеспечивать сравнительно высокое рабочее давление (до 0,50 МПа), низким ресурсом одного фильтрующего элемента, потребностью в частных сборках- разборках аппарата, невозможностью регенерации фильтра и др.

Более совершенными являются устройства для тонкой очистки белоксодержащих жидкостей, работающие на принципе электрофильтрования в неоднородном электрическом поле. Известен электрофильтр, состоящий из вертикального диэлгктриче- ского корпуса с патрубками или подвода и отвода жидкости, съемной крышки,и установленных в корпусе двух электродных блоVIС 00

XI

ков - анодного и катодного, - пространство между которыми заполнено упругой проницаемой диэлектрической насадкой, например, капроновыми волокнами. Для возможности очистки электродов от пассивирующих отложений предусмотрено принудительное (с помощью электропривода) перемещение диэлектрической насадки относительно поверхностей электродов. Недостатками данноУо устройства, выбранного прототипом заявляемого изобретения, являются сложность .конструкции и повышенный расх бд электроэнергии на процесс электрофильтрования. Объясняются недостатки наличием электропривода, дополнительным расходом электроэнергии на работу электропривода, а также тем, что автоматического регулирования (в сторону уменьшения) рабочего тока электродов в устройстве не предусмотрено.

Целью заявляемого изобретения является упрощение конструкции и сокращение расхода электроэнергии за счет более полной очистки электродов от пассивирующих отложений.

Поставленная цель достигается тем, что анодный блок выполнен в виде стакана, обращенного дном вверх, а катодный блок размещен внутри него, при этом стакан установлен с возможностью свободного возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости относительно катодного блока, причем между крышкой и дном стакана расположен упругий элемент для зозврата анодного блока в исходное положение.

Такое техническое решение позволяет при работе электрофильтра утилизировать побочный продукт процесса - газовую фазу, -используя его в качестве рабочего тела для перемещения анодного блока относительно катодного: образующийся газ скапливается в верхней части стакана и, по мере повышения давления газа, стакан, как бы всплывает, перемещаясь относительно неподвижного катодного блока. При перемещении анодного блока относительно катодного блока и происходит самоочистка электродов: пассивирующие отложения соскабливаются с помощью диэлектрической насадки. Упругий элемент сжимается при всплытии стакана, обеспечивает в дальнейшем возврат анодного блока в исходное положение и, соответственно, опять же самоочистку электродов. Кроме того, в состоянии всплытия стакана активная рабочая поверхность анодов, работающая в паре с катодами, уменьшается, что при неизменном поданном напряжении на электроды, приводит к снижению суммарного рабочего

тока и, соответственно, уменьшению расхода электроэнергии. Таким образом, отказ от электропривода для перемещения блока анодов и периодическое уменьшение рабочего тока в итоге и обеспечивают достижение поставленной цели.

На фиг. 1 показан электрофильтр в разрезе; на фиг. 2 - электрофильтр, вид сверху; на фиг. 3 - фрагмент электрофильтра в мо0 мент всплывания стакана; на фиг. 4-узел I; на фиг. 5 - электрофильтр в момент упругой деформации слоя насадки.

Электрофильтр для осветления бело- ксодержащих жидкостей (далее по тексту 5 электрофильтр) состоит из вертикального диэлектрического корпуса 1 с патрубками 2 для входа обрабатываемой жидкости и 3 - для отвода обработанной жидкости. Корпус закрыт съемной крышкой 4. В полости кор0 пуса размещены два электрических блока: 5 - анодный и 6 - катодный. Анодный блок выполнен в виде стакана и представляет собой, в частности, два коаксиальных цилиндра 7 и 8 и центральный стержень 9,

5 закрепленных герметично на дне 10 стакана. Стакан ориентирован в корпусе вверх дном. Катодный блок выполнен аналогично, однако в нем отсутствует центральный стержень и он ориентирован дном вниз. Диамет0 ры коаксиальных цилиндров подобраны так, чтобы зазоры между цилиндрами-электродами были одинаковыми. Анодный блок 5 как бы покрывает катодный блок 6. При этом электроды блока 5 входят в концентриче5 ские зазоры между электродами блока б, образуя лабиринты. Цилиндрическое пространство между электродами катодного и анодного блоков заполнено упругой диэлектрической проницаемой насадкой 11, на0 пример, синтетическими волокнами, поролоном, фильтровальным войлоком и т.п. Анодный блок 5установлен с возможностью свободного возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости

5 относительно катодного блока. Эта возможность обеспечивается наличием:зазоров 12 между наружным цилиндром 7 и корпусом 1, уплотнительных элементов (например, колец) 13, свободного хода между куполом

0 блока 5 и крышкой 4 и упругого элемента 14, установленного между крышкой 4 и дном 10. Кромки всех цилиндров - электродов имеют плавные закругления RL

Электродные блоки соединены с соот5 ветствующими полюсами источника постоянного тока: анодный 5 с положительным, а катодный 6 - с отрицательным. Электрофильтр работает следующим образом. К блокам 5 и 6 подают напряжение U от источника тока. Величина напряжения зависит от

характеристик дисперсной фазы обрабатываемой жидкости, плотности диэлектрической насадки, электропроводности раствора и др. фактов. Ориентировочно, для обработки, например, желатинсодержаще- го раствора достаточно такое напряжение, чтобы напряженность поля в зазоре между

электродами Е -г 30 В/см.

Через патрубок 2 начинают подавать под напором 2-3 м водяного столба обрабатываемую жидкость, содержащую дисперсные примеси. Проходя лабиринтные межэлектродные зазоры, в которых за счет диэлектрической насадки образованы зоны неоднородного электрического поля, жидкость осветляется, дисперсные примеси задерживаются в объеме насадки 11, а осветленная жидкость выходит из корпуса - через патрубок 3.

В начальный момент работы электроды блоков 5 и 6 работают в зоне Hi, где сопротивление электрической цепи минимальное, а ток, в соответствии с законом Ома, максимальный Lax.

Одновременно с процессом электрофильтрования жидкости в устройстве идет процесс образования на электродах пассивирующих отложений (примесей из жидкости) - за счет сил электро- и диполофореза. Эти отложения создают дополнительное электрическое сопротивление, мешают процессу электрофильтрования и вызывают необходимость повышения напряжения на электродах, чтобы обеспечить расчетную величину напряженности поля. Борьба с отложениями на электродах в данном электрофильтре достигается автоматически, без принудительного внешнего воздействия и без дополнительного расхода электроэнер- гии. Происходит это так.

Прохождение электрического тока через обрабатываемую жидкость (как правило, электролит) обусловливает газовыделение на электродах - как результат электродных реакций. Постепенно в кольцевых зазорах 15 накапливается газ (смесь На 02, С02 и др.). Давление газа медленно нарастает и при достижении величины, способной преодолеть усилие упругого элемента 14, стакан 5 начинает медленно подниматься, т.е. всплывает, элемент 14 сжимается, рабочая зона Hi электродов уменьшается до Н2 (см. фиг. 3). При перемещении стакана 5 как раз и происходит очи- стка электродов: отложения буквально соскабливаются насадкой с движущегося (поднимающегося) анода. Помогают этому и пузырьки газов - они как бы разрыхляют частицы отложений.

В результате уменьшения рабочей зоны электродов до Н2 электрическое сопротивление цепи возрастает, электрический ток падает до минимального значения Imin и, соответственно, расход электроэнергии при неизменном поданном напряжении - падает.

Отметим, что временное уменьшение тока в цепи не ухудшает качества электрофильтрования, поскольку диэлектрическая насадка, вышедшая из зоны электродов на расстояние Нз (см. фиг. 4), продолжает сохранять высокие фильтрующие свойства за счет накопившихся в ней электростатических зарядов (так называемый эффект последействия поля - ЭПД).

При работе электрофильтра периодически происходит прессование (уплотнение) насадки за счет сжатия ее газовой подушкой, образующейся в камерах 15: насадка опускается на дно и уменьшается по высоте (Н4 Hi) - см., фиг. 5. Поры насадки уменьшаются, неоднородность поля возрастает, фильтрующая способность насадки в этот момент возрастает. Таким образом, автоматическое упругое прессование насадка происходит по принципу Плунжера и опять же способствует очистке электродов.

При достижении в камерах 15 некоторого критического давления, способного преодолеть сопротивление слоя Н4 насадки, происходит стравливание газа - через патрубок 3 газ уходит вместе с осветленной жидкостью. В камере 15 давление резко падает. Элемент 14 возвращает стакан 5 в исходное положение (см. фиг. 1), ток вновь возрастает до Imax. За счет упругости насадка поднимается до исходного уровня Н2, поры ее расширяются. Далее процесс повторяется.

После того, как фильтрующая способность электрофильтра будет исчерпана (о чем судят по качеству осветления жидкости или по пропускной способности фильтра), производят регенерацию насадки одним из следующих методов:

-противотоком чистой жидкости, например, воды - без электрического поля;

-противотоком чистой жидкости в поле со сменой полярности электродов (при этом регенерации способствует упругая деформация насадки по принципу Плунжера);

-стиркой насадки вне электрофильтра с разборкой последнего.

По сравнению с прототипом, заявляемый электрофильтр более прост по конструкции и требует меньшего расхода электроэнергии, поскольку на очистку электродов от пассивирующих отложений не требуется дополнительного механизма с

электроприводом. Кроме того, в устройстве достигается авторегулирование рабочего тока от Imin до Imax, без ухудшения качества фильтрования, а среднее значение тока

|ср lmln lmax 3a период фильтроцикла

окажется ниже, значения рабочего тока 1Ном в электрофильтре - прототипе. Экономия электроэнергии по сравнению с прототипом может составить от 23 до 40% в зависимости от состава дисперсных и коллоидных примесей в исходном растворе. Формула изобретения Электрофильтр для осветления бело- ксодержащих жидкостей, включающий вер- тикальный диэлектрический корпус со съемной крышкой и патрубками для подвода и отвода обрабатываемой среды и установленные в корпусе два электродных блока, анодный и катодный, в пространстве, между электродами которых размещена упругая диэлектрическая проницаемая насадка, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и сокращения расхода электроэнергии за счет более полной очистки электродов от пассивирующих отложений, анодный блок выполнен в виде

стакана, обращенного дном вверх, а катодный блок размещен внутри него, при этом стакан установлен с возможностью свободного возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости относительно

катодного блока, причем между крышкой емкости и дном стакана расположен упругий элемент для возврата анодного блока в исходное положение,

Использование: пищевая промышленность. Сущность изобретения: электрофильтр содержит вертикальный диэлектрический корпус со съемной крышкой и патрубками для подвода и отвода обрабатываемой среды и установленные в корпусе два электродных блока, анодный и катодный в пространстве между электродами которых размещена упругая диэлектрическая проницаемая насадка. Анодный блок выполнен в виде стакана, обращенного дном вверх, а катодный блок размещен внутри него, при этом стакан установлен с возможностью свободного возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости относительно катодного блока, причем между крышкой и дном стакана расположен упругий элемент для возврата анодного блока в исходное положение. 5 ил.

#1

4

1

t

, у Г w//////

-J

o

00

1

N

фиг. 5

)