HIDRODINAMIKAI ÉS MECHANIKAI MŰVELETEK. SZILÁRD-FOLYADÉK RENDSZEREK ELVÁLASZTÁSA.

HIDRODINAMIKAI ÉS MECHANIKAI MŰVELETEK.

SZILÁRD-FOLYADÉK RENDSZEREK ELVÁLASZTÁSA.

Diszperz heterogén, szilárd-folyadék rendszerek elválasztásának három legfontosabb alapművelete :

- ülepítés,

- a szűrés,

- centrifugálás.

Célok:

a szuszpenzió (zagy) iszaptartalmának növelése

- szilárdanyag-tartalom töményítésével,

- tiszta folyadék kinyerésével.

Derítésről (dekantációról) beszélünk, ha a tiszta folyadék kinyerése a főcél és a szilárd rész az eltávolítandó "mellékes" termék.

Iszapmentes tiszta (víz) túlfolyást gyakran csak koaguláció (összecsomósítás) biztosít. A zagysűrítő, ill. derítő ülepítők működése a a nehézségi erőtérben, a szilárd részecskék süllyedési sebessége elvén alapszik. Centrifugális erőtérrel dolgoznak a hidrociklonok és a centrifugák. Az ülepítés a legegyszerűbb és sokszor a legcélszerűbb szétválasztó eljárás. Egy szűrő üzemi költsége kb. ötszöröse egy ugyanolyan körülmények között dolgozó ülepítőnek.

1.Ülepítés.

A földi nehézségi erő hatására szilárd szemcsék gázban vagy folyadékban lefelé esnek.

Ha a részecske (szemcse) mérete kicsi, akkor az esés kezdeti gyorsulási szakasza rövid, és pillanatokon belül beáll a gyorsulásmentes egyensúly. A szemcse állandó sebességgel, ülepedési sebességgel esik. Hat rá a súlyerő, a közegnek, amelyben esik (gáz vagy folyadék) a felhajtó ereje és az áramlási kö­zegellenállás.

Az ülepedési sebesség: v m/s

                  1.1

Ahol

d a gömb alakú (vagy annak gondolt) részecske átmérője m,

C_D a közegellenállási tényező,

ρ_r a részecske sűrűsége kg/m³,

ρ a közeg (folyadék, gáz) sűrűsége kg/m³,

g 9,81 m/s2 földi gyorsulás.

A C_D közegellenállási tényező az eső szemcse Reynolds-számától függ. Az esési Re-szám a részecske átmérőjétől és a közeg kinematikai viszkozitásától függően:

,          1.2

ahol   η a közeg dinamikai viszkozitása Pa·s,

a közeg kinematikai viszkozitása m² /s.

Az ülepítők számításánál bevezették az Archimedes-számot:

,

és a Ljascsenko-számot

,

Ülepítési diagramot mutatja a 1.1 ábra. Ahol

dimenzió nélküli részecskenagyság,

dimenzió nélküli esési sebesség

Továbbá                     és

A diagramba berajzolt görbe a Re-számot mutatja. A diagram vízszintes tengelye és függőleges tengelye egyaránt logaritmikus beosztású.

Körül áramlott testeknél három áramlási tartományt különböztetünk meg:

Stokes-tartomány ha a Re<1; (Re 1.2 összefüggés szerint)

Newton tartomány ha a Re>800;

Átmeneti tartomány ha 1<Re<800.

1.1 ábra.Ülepítési diagram.

Példa.

Nyugalomban lévő vízben egy 1 mm átmérőjű acélgolyó esik. Mekkora a v ülepedési sebesség? Használjuk a W -- D" diagramot!

Az acélgolyó sűrűsége                     ρ_r = 7850 kg/m³

a víz sűrűsége ρ = 1000 kg/m³

a víz viszkozitása = 10^-6, m²/s

(szobahőmérsékletű víz).

Megoldás

Számítsuk ki a D* számot

=6,72·10⁴      és == 40,7

Olvassuk le a diagram vízszintes tengelyén fekvő D* = 40,7 értékhez mekkora Re-szám tartozik a görbén: Re = 350. A W ^* (a függőleges tengelyre vetítve) = 8,5. Innen

A kiszámított érték a helyettesítések után: v =0 ,34 m/s

vagy a Re-számból v = Re = 0,35 m/s.

Ekkora lesz az acélgolyó ülepedési sebessége a vízben.

1.1.Ülepítők

Az ülepítés a legegyszerűbb és sokszor a legcélszerűbb szétválasztó eljárás. Egy szűrő üzemi költsége kb. ötszöröse egy ugyanolyan körülmények között dolgozó ülepítőnek.

A zagysűrítő, ill. derítő ülepítők működése a szilárd részecskék süllyedési sebessége elvén alapszik.

Az iszapos víz derítése, ill. a zagysűrítés - a nehézségi erőtérben - derítőmedencékben, gúla-, kúp- vagy henger alakú (Dorr-kád) tartályokban történhet.

Az emulziók egymásban nem oldódó folyadékok (pl. a víz és az olaj), ahol az egyik a másikban cseppek formájában oszlik el. Szétválasztásukra szolgáló ülepítő készülékek a Florenci-edények. Az ülepítés szempontjából kritikus szemcseméret mintegy 0,5 µm. Ennél kisebb részecskék a folyadékmolekulák Brown-mozgása következtében lebegő állapotúak. Segítségül összecsomósító (koaguláló), ill. pelyhesítő (flokkuláló) szereket kell adagolni.

Pehelyszerű szemcsék összeállnak, ülepedési sebességük nő. Az iszapsűrítő medencéknél a fenék felé haladva a folyadék szilárdanyag-tartalma egyre nő. Ez az ülepedési sebesség progresszív csökkenését okozza.

Dorr-sűrítőkád

A folytonos üzemű ülepítőberendezések közül a leginkább használt a Dorr-sűrítőkád. Hengeres, nagy átmérőjű tartály (átmérő akár 200 m is lehet).

1.2. ábra. Dorr-kád vázlata.

A fenékre leülepedett iszapot lassan forgó (percenként 0,02 fordulat) radiális karokra erősített terelőlapátok a központi alsó ürítőnyíláshoz szállítják, ahol (membránszivattyúra kapcsolt) csővezetékbe kerül. A derített tiszta folyadék körös-körül a tartály felső peremén ömlik át (1.2., 1.3. és 1.4. ábra)

Leálláskor a gereblyét az üledék fölé kell emelni, hogy be ne iszapolódjék.

Egész nagy (> 60 m) átmérőjű Dorr-sűrítőkön nem a centrális tengelyt hajtják, hanem a terelőlapátokat hordó radiális kart a tartály peremén lassan körbejáró kocsi forgatja. A Dorr- sűrítőben egymás fölött elhelyezkedő zónákat a 1.3. ábra mutatja.

1.3. ábra. Dorr-kád ülepítési-sűrítési vázlata

1.4. ábra. Dorr-kád
a - zagybevezetés, b - túlfolyó, c - sűrűiszap elvezetése, d -gerendatartó, e - csigahajtás,

f - emelőszerkezet, g - gereblyés kar iszapkaparóval, h - bevezető henger,

i - kimenőkúp

Ferdelapos ülepítő

Az iszap derülési sebessége ferde paralel lapoknak a zagyban való elhelyezésével növelhető. A ferde lapok közötti rétegek alján ugyanis az iszapszemcsék ülepedése következtében megnő a zagysűrűség. Ugyanekkor e rétegek tetején viszont csökken. A sűrűségkülönbség kiváltja a zagyáramlást: a tiszta folyadék felfelé, a sűrűbb iszapos réteg lefelé törekszik. Ferde paralel lapok vagy kúptányérok behelyezése növeli a zagysűrítő-derítő berendezések teljesítményét.

1.5. ábra. MWB olajelválasztó-olajmentesítő kád

Ha a sűrítő H magasságában n számú ferde tányért behelyezünk (egy­mástól H/n távolságban), a sűrítő teljesítményét elvileg n-szeresre növeljük a tányérbetét nélkülihez képest. Az 1.5. ábra olaj-víz emulzió szétválasztására szolgáló ülepítőt mutat, amelyet az MW Buchs cég dolgozott ki párhuzamos, enyhén hullámosított ferdelemezes szekrény beépítésével.

1.6 ábra. Florenci-edény.

Az 1.6. ábra álló el­rendezésű emulzióbontó edény (ún.Florenci-edény).

Az egymással nem elegyedő ρ_n sűrűségű nehéz és ρ_k sűrűségű könnyebb folyadék szétülepítésére szolgál. Az edényt a nehéz fá­zis számára szifonnal látták el. A fázishatár nívót és a kivezető csonkok magasságát

egyenlet írja le. A (b) keverékbevezető csonk (magassága y₄) valamivel alacsonyabbra helyezendő mint y₃ nívó­magasság.

1.2. Áramkészülékek

Részben az ülepedés elve szerint működnek az áramkészülékek. Ezek egyik legelső típusa a Rittinger-féle csúcskád (1.7. ábra).

Az áramkészülékek a fajtázást az együttülepedés elve alapján végzik. Például vízben történő ülepítés esetén a Newton-képlet szerint két különböző sűrűségű és átmérőjű szemcse együtt ülepedik, ha

ahol

ha STOKES képlete érvényes, akkor együttülepedésre

adódik. Ez az összefüggés híg szuszpenzió (zagyok) esetére érvényes.

1.2. példa

Szénfajtázás esetén és vízben történő ülepítésnél:

A szén sűrűsége   = 1,25, a meddő sűrűsége = 2,25

és Newton-képlettel szá­molunk.

ebből a

Ha d₁ = 80 mm, d₂ = 16 mm ez esetben a beállítandó szemcsehatárok 16...80 mm, azaz a 80 mm-es szénszemcse együtt ülepedik a 16 mm-es meddővel. A 16...80 mm-es szemcseközbe eső minden szénszemcse ezeknél lassabban, minden meddőszemcse ezeknél gyorsabban ülepedik.

Az áramkészülék hosszméretének csökkentése céljából a nagyobb sülylyedési sebességű szemcsék kiejtése után a csatorna keresztmetszetét fokozatosan bővítik. Ilyen megoldást mutat az ércelőkészítésben régebben használt Rittinger-csúcskád. Fából vagy vaslemezből készített egyre bővülő, csúcsával lefelé fordított gúla alakú tartályokból (kádakból) áll, amelyeket csatorna köt (felül) össze. A zagyáram a kádak fölött átfolyva az ülepedési sebesség szerint osztályozva ejti ki az egyes kádakba a megfelelő szemcséket.

1.7. ábra. Rittinger-csúcskád.

A szénelőkészítésben elterjedt a Rheo-mosó (1.8. ábra). Fából vagy vas­lemezből készül 300x300 vagy 400x400 mm szelvényű, felül nyitott, enyhe lejtésű csatornák fenékdeszkáján kb. másfél méterenként a legnagyobb szén­szemcse méretet meghaladó rés van, amely alatt a Rheo-készülékeket helyezik el.

1.8. ábra. Rheo-mosó

Az ezeken keresztül bevezetett, a csatornába alulról betörő vízáram sebessége akkora, hogy az ülepedési sebességnek megfelelő relatív sebességgel lefelé mozgó szemcsék közül a meddő abszolút sebessége lefelé, a széné pedig felfelé irányuljon.

1.9. ábra. Rheo-telep

Egyetlen Rheo-készülék nem ad éles szétválasztást. Rheo­sorozatot kell alkalmazni, és szokás szerint kb. 20 m hosszú csatornáknál 3 vagy 4 darabot helyeznek egymás alá és mindegyiken másfél ínéterre vannak a Rheo-készülékek. A 1.9. ábra ilyen elrendezést mutat. A legfelső csatorna első cellái nehéz meddőt ejtenek ki, ugyanezen csatorna végén mind könnyebb és könnyebb termék kerül kiejtésre. Az első csatorna valamennyi készülékén túlhaladt anyag már tiszta szénnek minősíthető. A második csatorna az első csatornából kiejtett középtermék még egyszeri átmosásával további szénmennyiséget választ ki. A harmadik csatorna termékei közül elől van a meddő, az utóbbiak a gyenge kazánszén és a középtermék. A szénmosók friss vízfogyasztása:

m³/t           nyers szén (az apró szénnél)

- 0,2...0,5 m³/t           nyers szén (a durva szénnél) .

2. Szűrés és lényerés

2.1. Bevezetés

A szűrés nyomáskülönbség, mint hajtóerő hatására végbemenő, mechanikai szétválasztó művelet. Célja a folyadék-szilárd rendszerek (szuszpenziók) vagy gáz-szilárd rendszerek (poros levegő), illetve gáz-folyadék rendszerek szétválasztása. E fejezetben a folyadékszuszpenziók (zagyok) szűrésével foglalkozunk (2.1. ábra,).

2.1 ábra. A szűrés elvi vázlata.

1 - szuszpenzió, 2 - iszaplepény, 3 - szűrőközeg (szűrőkendő), 4- tartórács, 5- szűrlet(filtrátum)

A nyomáskülönbség létrehozható:            

- gravitációval,         

- szivattyúval,            

- vákuumszivattyúval.

A szűrendő közeget egy porózus rétegen - a szűrőközegen - vezetik keresztül, amely a leválasztandó szilárd részecskék jelentős részét visszatartja, a tisztítandó folyadék-halmazállapotú közeget pedig átengedi. A leválasztott részecskék méretétől és a szűrő pórusainak méretétől függően:

- mélységi, illetve

- felületi szűrésről beszélünk.

Felületi szűrés esetén a leválasztott részecskék nem hatolnak a szűrőközeg belsejébe, hanem annak felületén összefüggő réteget alkotnak, amely a továbbiakban szintén szűrőként viselkedik. Felületi (vagy "lepény") szűrés esetén, attól függően, hogy a kivált (iszap) réteget szakaszosan vagy folyamatosan távolítják-e el:

- szakaszos és

- folytonos szűrést különböztetünk meg.

Mélységi szűrés esetén a részecskék a szemcsés vagy szálas szűrőközeg belsejébe hatolnak és ott, annak szabálytalan alakú, de a leválasztandó részecskéknél nagyobb keresztmetszetű csatornáiban, üregeiben a tehetetlenségi és a felületi erők hatására kiválnak, lerakódnak.

A szűrők jellemzője a szűrési sebesség, amely megmutatja, hogy egységnyi felületen, egységnyi idő alatt milyen térfogatú szűrlet (filtrátum) keletkezik.

A szűrés művelete során a szűrlet átáramlásához három ellenállás-tényezőt kell legyőzni:

- a szűrőberendezés vezetékei és szerelvényei ellenállását;

a szűrőközeg ellenállását ,

az iszaplepény ellenállását,

A szűrés összes nyomásesés értéke egyenlő ezen három ellenállásérték nyomás­esésének összegével:

A szűrés alapegyenlete

A Carman-féle szűrőegyenlet:

Ahol

fajlagos lepényellenállás [m/kg],

szűrlet viszkozitása [Pa s ],

C egységnyi térfogatú szűrletből felhalmozódó részecskék
tömege [kg/m³],

A szűrő felület [m²],

V szűrletmennyiség [m³],

t szűrési idő [s],

R_m szűrőközeg ellenállása [1/m].

Ezt az egyenletet alkalmazzuk különböző szűrési feltételek esetén:

- állandó nyomáson végrehajtott szűrésnél,

- állandó sebességgel végrehajtott szűrésnél.

Folytonos szűrés

Folytonos szűrés esetében a nyomáskülönbség és a szűrő felületén az iszapréteg vastagsága állandó és az határozza meg a szűrési teljesítményt. Gyakran alkalmazott folytonos szűrő a vákuum-dobszűrő (2.2. ábra),

2.2 ábra. Folytonos működésű vákuum-dobszűrő.

a szűrési idő: [sec]

ahol

D a dob átmérője [m]

a bemerülés szöge [fok]

n a dob fordulatszáma [1/s].

A t idő alatt átáramlott szűrlet térfogata:

L hosszúságú dobszűrő esetén a működő szűrőfelület A [m²]:

A dob szűrési teljesítménye az előzőek­ből adódóan:

Az anyagjellemzők ismeretében meghatározható az iszapréteg vastagsága is. Az 2.1. táblázat a szakaszos és folytonos üzemmódban működő berendezésekhez tartozó irányértékeket tartalmazza.

2.1 táblázat.

5.1. példa

Határozzuk meg egy vákuum-dobszűrő szűrési teljesítményét, amely
D = 1200 mm átmérőjű és L = 1000 mm hosszú. A bemerülés szöge y =120^°. A fordulatszám: 1,5 ford/min. A szűrési nyomásesés 0,6·Pa. Az iszap összenyomhatatlan, a szűrőközeg ellenállása elhanyagolható. A szűrlet dinamikai viszkozitása η = 2 cP = 2 mPa· s =2·10^-3 Pa·s és a szűrési állandó C = 9 . 10¹⁰ m^{-2 .} A teljes szűrőfelület:

A szűrési teljesítmény:

2.2. Szűrőközegek

Rácsok

Az 2.5. ábrán vázolt fémrudak párhuzamosan elrendezve szűrőréses rácsot alkotnak.

2.5. ábra. Szűrőrács

A 2.6. ábra a szűrőrések kialakítását és a szűrési (a ábrarész) és visszaöblítési (b ábrarész) üzemmódot szemlélteti. Lyukasztott lemezek és dróthálók durva szűrésre használhatók (0,5 mm-nél nagyobb szilárd szemcsék visszatartására).

6.6. ábra. Szűrőrács működési vázlata
a) szűrés, b) visszaöblítés

Valójában folyadéksziták. A rácsokat, rostákat más szűrőközeg alátámasztására is használják. Szemcsés anyagok laza halmazaként kavicsot és homokot használnak szűrőközegként.

Szűrőszövetek

Fémszálakból, természetes textilszálakból, üvegszálból, ill. műszálakból szövéssel előállított szűrőszövetek kiterjedten használt legfontosabb szűrőközegek. Az 2.7 ábra néhány ilyen szövetet mutat.

2.7. ábra. Szűrőszövet alapkötésminták
a.)vászonkötés,b.)sávolykiütés, c.)atlaszkötés

A szövet hosszirányban haladó láncfonalak közé merőlegesen bevitt ve­tülékfonalak szövedéke. A három alapforma a vászonkötés, a sávolykötés és az atlaszszövés. A szövésforma és a fonalvastagság a szűrőképességet alapvetően meghatározzák (2.2. táblázat).

2.2. táblázat.

A szövet készülhet:

pamutból:         jól mosható és lúgálló, olcsó. Nem hőálló, nem saválló;

gyapjúból: rugalmas, kopásálló, de nem lúgálló és penészedik, forró

vizes kezelésre zsugorodik;

műszálból: jól állja a savakat, vegyszereket, kopásálló, mechanikai

szilárdsága nagy.

A fémszálakból szőtt szöveteket durva szűrésre már régóta használják. Ma már 2 µm nyílású szövetet is gyártanak.

Szűrőpapírok, szűrőlapok (szűrőrétegek)

A szűrőlapokat préselik cellulózszálakból. Finom és csírátlanító szűrésre használják. A D_x áteresztőképesség: tiszta 20°C-os víz mennyisége literben,amely időegység alatt a szűrőfelület egységén adott nyomáskülönbség hatására áthalad. Így a (Filtrox gyár adatai szerint) 1 bar nyomás alkalmazása mellett, eszerint:

Típus          D,

igen durva szűrés                   1200... 1600

durva szűrés                            350...600

finom szűrés                              50...200

igen finom szűrés                      25...40

steril szűrés                                 6...20

Szűrőlapokat (rétegeket) élesre szűrésnél használnak 50 µm-nél kisebb szemcsék, zavarosodást okozó anyagok eltávolítására. A szűrőmasszát (pogácsát), amelyet foszlatott cellulózból sajtolnak, finom szűrésre pl. sör szűrésére használják.

Porózus szűrőtestek, merev nemszálas anyagok

Ide tartoznak a különböző műkövek, kerámiák, továbbá fémporból szinterezett testek, ill. pórusos műanyagok. Lehetnek lapok vagy hengeres testek ("gyertyák").

Szűrési segédanyagok

Ide tartoznak a kovaföldek (diatomaföldek), a perlitek és kisebb részben a cellulózrostos pépek.

2.9. ábra. Szűrési működési vázlatok

A segédanyagok vagy a szűrés előtt alakítanak ki a szűrőfelületen egy elő-iszapréteget (felrétegzés), amelynek igen jó szűrési tulajdonságai vannak, vagy a szuszpenzióval keverik össze és együtt szűrik az alapanyaggal. A 2.9. ábra sematikus működési vázlat az előiszapolás, a szűrés és a visszaöblítés (mosás) fázisairól.

2.3. Szűrőkészülékek

Folyadéksziták

Ezek a készülékek durván szűrnek, az ún. felületi szűrést lehet megvalósítani velük. A nyílásaiknál a nagyobb szemcséket tartják vissza. Erre a célra szűrőközegként lyukasztott lemezt, durva rácsot vagy fémszövetet használunk. Technológiai csővezetékekbe is szokás folyadékszitát beiktatni, hogy az erősen koptató hatású és a csővezetéket könnyen eldugító tisztátalanságot kiszűrjék. Ilyen szerkezetet láthatunk a 2.10. ábrán. A kiszűrt tisztátalanság a szitakosárba gyűlik össze, amelyet időnként kiemelve kiürítenek .

2.10. ábra. Csővezetékbe iktatható folyadékszita

1 - szitakosár, 2 - fedél

Szűrőkádak

Ezek a legegyszerűbb szűrőkészülékek, bennük a szűrőközeget vízszintes síklapként alkalmazzák. Kádszerű alakjuk van, ezért nevezik szűrőkádaknak. Üzemük szakaszos. A szűrőközeg feletti részt megtöltik a szűrendő folyadékkal és átszűrődés után eltávolítják a kiszűrt iszapot. Szűrőközegként leggyakrabban szövetet használnak, amelyet perforált lemezből vagy esetleg műkőből készült ún. hamis fenékkel támasztanak alá.

A legegyszerűbb esetben a szűréshez szükséges nyomást a kádban levő folyadék súlya szolgáltatja (2.11. ábra). Az ilyen szűrőt ejtőszűrőnek nevezik. Szűrés közben a folyadék mennyisége fogy a kádban és emiatt a nyomás csökken.

2.11. ábra. Ejtőszűrő.

A vegyiparban gyakran használják a vákuummal működő szűrőkádakat. Ezeket nuccsoknak nevezik. A szűréshez szükséges nyomáskülönbséget úgy állítják elő, hogy a szűrőréteg alatti teret vákuumszivattyúval megszívják. 2.12. ábra. Szívásos szűrőkád.1 - nuccs, 2 - gyűjtőedény. Ezen a módon nagyobb nyomáskülönbséget tudnak előállítani. A nagyobb vákuumnuccsokat külön szűrletgyűjtő tartállyal látják el. A szűrőkád lefolyónyílását a gyűjtőedénnyel összekötik. A gyűjtőedény egyúttal folyadékleválasztóként működik. Fent vákuumszivattyú szívja el a levegőt, lent pedig a szűrletet távolítják el. A folyadék folytonos eltávolítása történhet folyadékszivattyúval, de lehet magasan elhelyezett gyűjtőedényből barometrikus ejtőcsövön lefolyatni a folyadékot. Az ejtőcső hossza - azaz a két folyadékszint különbsége - legfeljebb 10m. Mivel a vákuum sosem 100%-os, hanem kisebb, ezért az ejtőcső hossza ennek megfelelően rövidebb is lehet. Az ejtőcső és a barometrikus zár révén tehát folyadékszivattyú nélkül is biztosíthatjuk a szűrt folyadék állandó kifolyását, ha kellő mélység áll rendelkezésünkre a gyűjtőtartály alatt (épületmagasság) (2.12. ábra). A szűrés befejezése után az iszapot a szűrőkádból kilapátolják vagy a szűrőszövettel együtt kiemelik. A kilapátolást óvatosan kell végezni, hogy a szűrőközeget meg ne sértsék. Erre a célra fakanalat használnak. Kisebb méretű szűrőkádakat buktató kivitelben is készítenek, az iszap könnyebb eltávolítása érdekében.

Kavicsos és homokszűrők

Ott használják, ahol nagy mennyiségű, kis szárazanyag-tartalmú folyadékot kell feldolgozni, elsősorban pl. a víztisztításnál. A legegyszerűbb ilyen készülékek nyitott, rendszerint betonból készült medencék, amelyben kavics- és homokréteg a szűrőközeg (2.14. ábra). A folytonosan beáramló szűrendő víz szintje közti különbség adja a szűréshez szükséges nyomáskülönbséget.

2.14. ábra. Kavicságyas vízszűrő.

Lényeges követelmény, hogy az érkező víz ne vájjon árkokat a homokban, hanem nyugodtan, egyenletesen terüljön el. Ezek a nyitott szűrők lassan szűrnek: ez is egyik előnyük, mert biológiai folyamatok is lejátszódnak bennük, amelyek a káros baktériumokat elpusztítják. A szűrési sebesség 0,1 m/h körül szokott lenni. Ritkán kell tisztítani, a benne levő homok sok évig használható és csak a felső réteget kell átlapátolni. Hátránya: a kis szűrési teljesítmény mellett a nagy helyszükséglet és a nagy beruházási költség.

Sokkal előnyösebbnek tűnik a zárt homokszűrő (2.15. ábra), az ún. "gyorsszűrő". Rendszerint zárt tartály, melynek a szitafenekére van elhelyezve a kavics- és homokréteg.

2.15. ábra. Zárt homokszűrő 1 - fenéklemez, 2 - szűrendő víz bevezetése, 3 - homok- és kavics réteg,

4 - szűrőgomba, 5 - a tiszta(szűrt) víz elvezetése,

6-kezelő nyílás.

A szűrőréteg vastagsága 1,2...3 m között van és általában bizonyos mértékig összefüggésben van a szűrő átmérőjével. A szűrési sebesség 7...15 m/h. A homok- és kavicstöltetet időnként át kell mosni. Az egyenletes mosás érdekében és hogy a csatornaképződést elkerüljék, a mosóvizet a fenéken lévő sapkás fúvókákon (2.16. ábra) keresztül nyomják be. A mosás előtt ugyanezen fúvókákon keresztül levegővel fellazítják a szűrőréteget. A gyorsszűrő előnye a lassú szűrővel szemben, hogy sokkal kisebb helyet foglal el, tehát olcsóbb, viszont nincs baktérium­pusztító hatása .

2.16. ábra. Homokszűrőbe épített gomba metszetrajza.

Szűrőprések.

A szűrőprés több párhuzamosan kapcsolt szűrőelemből álló, szakaszosan működő szűrőkészülék (2.17. ábra). A szűrés folyamata alatt az elemeket, a közéjük helyezett szűrőkendőkkel együtt erőteljesen egymáshoz szorítva kell tartani. A szűrendő folyadékot az elemek közé nyomják be. Az iszaplepény az elemek közötti üres teret tölti ki, míg az elemekre helyezett szűrőközegen átszűrődött folyadék, a szűrlet, az elemek bordái között folyik el a kifolyónyíláshoz.

Előnyei: nagyfokú üzembiztonsága, igen széles körű alkalmazási lehetősége, aránylag kis helyszükséglete. Hátránya a szakaszos működés és a nehézkes iszapeltávolítás. Egyszerű felépítése ellenére rengeteg időt és nehézkes kézimunkát igényel a kiszolgálása.

Osztályozásuk az elemek szerkezete szerint történik. A szűrőprések két fő fajtája az iszaptér kialakításában különbözik egymástól. A kamrás szűrőprés (2.18. ábra) elemei úgy vannak kialakítva, hogy a közöttük levő üres teret, az ún. "kamrá"-t tudja kitölteni az iszap. Szerkezeti okokból a kamrák vastagsági mérete korlátozott. Kis szárazanyag-tartalmú szuszpenziók szűrésére alkalmas.

2.17. ábra. Keretes szűrőprés.

1 - szűrőlap, 2 - átmosó szűrőlap, 3 - keret, 4 - álló fejrész, 5 - mozgó fejrész, 6 - zárószerkezet, 7 - állvány, 8 - tartórúd, 9 - anya, 10 - a szűrendő közeg, ill. a mosófolyadék bevezetése1 1 - leeresztő (csap)

2.18. ábra. Kamrás szűrőprés vázlata
1 - álló fejrész, 2 - mozgó fejrész, 3 - szűrőlapok, 4 - a szuszpenzió bevezetése, 5 - a szűrlet kivezetése, 6 -iszap,

7 - szűrőkendő

A keretes szűrőprésnél (2.19. ábra) teli szűrőlapok és üres keretek váltakoznak. Az iszap az üres kereteket tölti ki. Előnye a kamrással szemben a szűrőkendő hosszabb élettartama, könnyebb felerősítése, cserélhetősége és a nagyobb iszapűrtartalom. A keret és ezzel az iszaptér vastagsága egész 150 mm-ig is felmehet. Ez utóbbi főleg akkor előnyös, ha nagy szárazanyag-tartalmú zagyot kell szűrni.

2.19. ábra. Keretes szűrőprés vázlata
1 - álló fejrész,

2 - mozgó fejrész,

3 - szűrőlap,

4 - mosólap,

5 - keret,

6 - szűrőkendő,

7 - iszaplepény,

8 - szűrletkifolyás,

9 - a szuszpenzió bevezetése,

10 - a mosófolyadék bevezetése,

11 - a mosófolyadék kivezetése

Korszerű szűrőpréseknél az elesnek összeszorítására majdnem kizárólag hidraulikus vagy elektrohidraulikus zárószerkezetet használnak.

Nyomószűrők

Táskás szűrők

A nyomásálló házban egymás mellett helyezkednek el a párhuzamosan kapcsolt szűrőelemek. A szűrőszövettel bevont szűrőelemek táskaszerű kialakításúak. A szűrőpréshez hasonlóan nagy szűrőfelületet lehet így elhelyezni, aránylag kis alapterületen. Elsősorban a kis iszaptartalmú folyadékok szűrésére használják. A szűrendő folyadékot a készülék tartályába vezetik be. A folyadék a szűrőközegen át a táska belsejébe nyomul és a szűrletelvezető csövön folyik el. Az iszap a táskák külső felületére rakódik le.

Az 2.21. ábra a szűrőelemet metszetben ábrázolja.

2.21. ábra. Táskás szűrőelem
1 - alátámasztó drótháló,2 - finom szitaszövet,

3 - szűrletgyűjtő csatorna, 4 - csatlakozó darab,

5 - O-gyűrű, 6 - szűrletvezeték, 7 - iszaplepény

A lé a kétoldali szitaszöveten halad keresztül, majd a szűrőelem kerületén lévő gyűjtőcsatornába jut, ahonnan a táskák alatt elhelyezkedő szűrletlefolyó-vezetékbe kerül. A szűrőelem gyűjtőcsatornájának becsatlakozása készülhet hollandianyás kötéssel vagy pedig az ábrán látható egyszerűbb megoldással, 0-gyűrű segítségével.

Gyertyás szűrők

A gyertyás szűrő álló, zárt hengeres tartály, amelyben csőkötegszerűen hosszú, cső alakú szűrőelemek, a szűrőgyertyák foglalnak helyet (2.24. ábra).

5.24. ábra. Gyertyás szűrő.

1 - szűrőgyertyák, 2 - a szűrendő folyadék bevezetése, 3 - az iszap eltávolítása, 4 - a szűrlet elvezetése.

A szűrés ugyanolyan irányban megy végbe, mint a táskás szűrőkben, azaz: kívülről befelé. A szűrőgyertyák csőkötegfalba vannak erősítve. A csőkötegfal és az edény feneke közötti térben gyűjtik össze a szűrletet. A folyadék útja a cső alakú szűrőelem falán keresztül vezet a szűrőgyertya belsejébe, majd az egyes gyertyákból a szűrletgyűjtő részbe.

Folytonos szűrőkészülékek

A folytonos üzemű szűrőkészülékek közül a legelterjedtebbek a forgódobos szűrők, ezek közül is a vákuummal működők. A múlt század végén készítették az első, a mai értelemben vett cellás vákuumdobszűrőt. Az 2.25. ábrán levő vázlatból jól látható az elvi felépítése és működése. A vályúban lassan forgó dob köpenye lyukasztott, két vége teli lemezzel van lezárva. A köpeny szűrőszövettel van borítva. A dob belsejében vákuum van, ennek hatására a folyadék átszívódik a vályúból a szűrőszöveten át a dob belsejébe.

2.25.ábra. Vákuumdobszűrő.

1 - szűrődob, 2 - vályú,

3 - elosztófej, 4 - iszapleszedő kés, 5 - szívócsatlakozás,

6 - sűrített levegő csatlakozás,

7 - szuszpenzió bevezetése,

8 - túlfolyó

A vályúban a szűrendő folyadék szintjét állandónak kell tartani, hogy a szűrést előidéző nyomáskülönbség ne változzék. Az állandó szintet a túlfolyó szabályozza. A betápláló szivattyúval több folyadékot nyomnak be, mint amennyi a dobon át­szűrődik. A felesleg a túlfolyónyíláson folyik el.

A dob köpenyének külső felületére rakódik a kiszűrt iszap, amelyet alkalmas helyen megfelelő leszedőszerkezet távolít el folyamatosan. A leszedőszerkezet a legegyszerűbb esetben kés, amelyet a szűrőszövethez egészen közel állítanak. A szövetre teljesen odanyomni nem szabad, mert azt igen hamar tönkretenné Hogy a kis hézag miatt mégse maradjon a szűrőszöveten egy vékony iszapréteg, a leszedésnél belülről kifelé levegőt vagy gőzt nyomnak át a szöveten. A levegő felemeli az iszapot, így a kés már könnyen le tudja szedni azt.

A két ellentétes követelmény (szívás és nyomás) miatt a dob belsejét rekeszekre, ún. cellákra osztották. Az egyes cellákat csövekkel kötik össze a tengely végén levő és azzal együtt forgó nyakrésszel. Itt az elosztófej gondoskodik arról, hogy az iszapleszedéshez kerülő cella túlnyomásos levegőt kapjon. A többi cella pedig a szűrletgyűjtő edénnyel van kapcsolatban. A nyakrész hom­lokfelületén körgyűrű alakú, cserélhető betét van, amelyben a cellák számával megegyező számú nyílás van. Vele szemben a gép tartóállványára erősített vezérlőtárcsának körgyűrű alakú a nyílása (2.25. ábra A metszet). Ezt a nyílást a legegyszerűbb esetben két részre osztják. A vezérlőtárcsát rendszerint rugóval szorítják a forgó nyakrészhez.

A dobnak a folyadékba merülő részén történik a tulajdonképpeni szűrés. Amint a dob kiemelkedik a folyadékból és a levegővel érintkezik, az iszapban levő maradék nedvesség egy része mellett levegő szívódik át az iszapon és azt szárítja.

Ezen a részen történik az iszap kimosása permetező csövek segítségével. Az iszap végleges szárítása csak a mosás utáni részen következik. A mosózónánál átszűrődő mosófolyadék természetesen kisebb töménységű oldat, mint maga a szűrlet. Hogy a szűrlet ne híguljon, a mosófolyadékot külön vákuumedényben szokás gyűjteni. E célból az elosztófej vezérlőtárcsáját külön rekeszszel látják el. A szűrőszövet az iszap leszedése után kimosható, ha az elosztófej újabb rekeszén keresztül vizet, ill. öblitőfolyadékot nyomunk be a szűrőszövet alá, az iszapleszedés után.

Élesre szűrő berendezések

Az élesre szűrő berendezések feladata az, hogy az értékes folyadékból az 1...50 µm nagyságú szennyezést, zavarosságot kiszűrje. Ez közönséges (szokásos) szűrővel alig vagy nem teljesíthető. Az okok: rossz hatásfok, a kis szemcseméret, ill. a szűrőfelület (szűrőpogácsa) elnyálkásodása miatt.

A masszaszűrők, a réteges (kettős szűrőelemes) szűrők és az előrétegző iszapoló szűrők az élesre szűrők főbb típusai .

Masszaszűrők

Az ún. masszaszűrők a kamrás szűrőprésekre hasonlítanak. A szűrőprésnél szokásos szűrőkendő helyett cellulózból préselt masszát használnak, amely az egyes szűrőelemek közti teret kitöltve képez szűrőréteget. A szűrőmassza elsősorban mechanikai tisztítást végez azáltal, hogy "durvább" részeket - pl. élesztősejteket - visszatartja. A 2.34. ábra a sörszűrésnél használt masszaszűrő üzemi funkciós vázlata látható..

2.34. ábra. Sörszűrő vázlata
1 - csatorna még nem szűrt sörhöz, 2 - csatorna szűrt sörhöz, 3 - elosztónyílás,
4 - elosztóborda, 5 - tartófül

A folytonos vonal a szűretlen sör útja, a szaggatott a szűrt söré.

2.4. Lényerés

A lényerés vagy lényerő sajtolás jelentős művelet az élelmiszer-feldolgozás több ágazatában. Gondoljunk a szőlőlé, almaié, napraforgóolaj vagy tökmagolaj előállítására. A lényerő préselésnél a rostos lédús szilárd anyag vázszerkezetének pórusából sajtolják ki a nedvességet .

A legrégibb időktől fogva mind a mai napig számos prést találtak fel és

vettek alkalmazásba. A .37. ábrán egy etázsprés préshengerét vázoltuk. A kellő összenyomó erőt hidraulikus vagy mechanikus szerkezet működtetése biz­tosítja.

2.37. ábra. Etázsprés

A választólemezek közé kerül a szűrőkendőbe "csomagolt" kipréselendő anyag. Így az egyes csomagokban a nyomás egyenletesen terjed. A belül bordázott hengerben a palástsúrlódás viszonylag kicsi, a kisajtolt folyadék a hornyokon át kifolyik.

A csigás prések egyszerű típusvázlata a 2.38. ábra. A préseléshez szükséges össznyomást a menettérfogat csökkentésével érik el. Az ábra - vízszintes tengelyű csigás prés -, voltaképpen olyan szállítócsiga, amely felső töltőgaraton beadott anyagot folytonosan szűkülő térbe kényszeríti. A lé a per

forált kúplemez nyílásain át távozik.

2.38. ábra. Csigás prés