張春芝， 賈金霖， 潘志強， 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，無味，相對密度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、營養(yǎng)強化劑[1]，在食品加工過程中起疏松、鈣質(zhì)補充作用，廣泛用于鈣保健品，食用鹽等行業(yè). 本次試驗以碳酸鈣為原料，通過對比方法研究板框式過濾機的過濾常數(shù)測定方法及工藝參數(shù)對過濾效果的影響，加快過濾速率，提高過濾機的生產(chǎn)能力. 并且對食品工業(yè)中其他物料(如食醋、啤酒等)的過濾效果的提高也有針對性的指導(dǎo)意義.

1 試驗原理

1.1 過濾基本方程[2]

在恒壓條件下，過濾基本方程可用式(1)表示：

V2+2VeV=KA2t,

(1)

式(1)中，V—t時間內(nèi)得到的濾液體積，m3；

Ve—過濾介質(zhì)的當量濾液體積，m3；

K—過濾常數(shù)，m2/s；

A—過濾面積，m2；

t—得到濾液量V所需要的過濾時間，s.

試驗中過濾面積A為一定值，那么式(1)可寫為：

q2+2qeq=Kt,

(2)

1.2 過濾常數(shù)測定[2]

1.2.1測定K和qe

將式(2)以t對q微分，可得：

(3)

(4)

1.2.2測定s和k

上述求得的K值實際上是操作壓力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濾操作可以得到不同的K值，其中k為過濾常數(shù). 由于

lgK=(1-s)lgp+lg2k,

(5)

按各次試驗的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 試驗裝置與流程

2.1 試驗裝置

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

板框過濾機旁設(shè)有濾漿槽. 槽內(nèi)濾漿通過攪拌器攪拌，攪拌器型號為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)機前壓力表打入板框過濾機，濾液由計量桶計量，計量桶規(guī)格為長304 mm、寬304 mm.

2.2 試驗流程

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

3 試驗結(jié)果

3.1 原料質(zhì)量分數(shù)2.77%，過濾面積0.047 5 m2時，過濾常數(shù)及壓縮指數(shù)的測定

測定數(shù)據(jù)與分析結(jié)果見表1，表2，圖1，圖2.

表1 原料質(zhì)量分數(shù)2.77%，過濾面積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—過濾面積上的當量濾液量，m3/m2.

3.2 原料質(zhì)量分數(shù)2.77%，過濾壓力0.1 MPa，過濾面積不同時過濾常數(shù)測定

測定數(shù)據(jù)與分析見表3和表4.

3.3 過濾面積0.047 5 m2，過濾壓力0.1 MPa，不同原料質(zhì)量分數(shù)的過濾常數(shù)測定

測定數(shù)據(jù)與分析見表5、表6.

圖1 q-Δt/Δq趨勢線Fig.1 q-Δt/Δq trend line

圖2 Δp-K趨勢線Fig.2 Δp-K trend line

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

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

注：qe—過濾面積上的當量濾液量，m3/m2.

表5 原料質(zhì)量分數(shù)不同時實驗原始及整理數(shù)據(jù)Tab.5 Original and finishing data of different material concentration

表6 原料質(zhì)量分數(shù)不同時過濾常數(shù)數(shù)據(jù)表Tab.6 Filter constant data of different material concentration

注：qe—過濾面積上的當量濾液量，m3/m2;θe—虛擬過濾時間，s.

4 結(jié)論與討論

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

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

3)通過相同過濾面積、壓力，不同質(zhì)量分數(shù)下過濾常數(shù)的測定，得出過濾常數(shù)隨過濾質(zhì)量分數(shù)增大而減小.

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