Патронные фильтры находят широкое применение для контрольного фильтрования I сатурации, фильтрования сока II сатурации, фильтрования сиропа и клеровки и для отделения от рафинадных сиропов нерастворимых примесей.

Известны конструкции патронных фильтров с проволочной опорной поверхностью фильтрующих элементов, тканевой опорной поверхностью и фильтров с керамическими фильтрующими элементами. Последние оказались несовершенными в эксплуатации вследствие загрязнения пор фильтрующих элементов и необходимости частого сложного регенерирования их при помощи кислотных растворов.

Наибольшее распространение в промышленности нашли патронные фильтры типа ПФ-10 и ПФ-20 (рис. 9.3), разработанные Гипросахаром, и фильтры типа Стеллара. В некоторых случаях применяются фильтры типа Филиппа с тканевой опорной поверхностью фильтрующих элементов.

 

Рис. 9.3. Патронный фильтр ПФ-20 (вид без арматуры):

1 – смотровые стекла; 2, 5, 14, 16 – патрубки; 3 – рымболты; 4 – крышка; 6 – камера; 7 – плита; 8 – нижняя камера; 9 – корпус; 10 – фильтрующие патроны; 11 – труба; 12 – решетка; 13 – каркас; 15 – днище; 17, 21 – коллекторы; 18 – серводвигатели; 19 – вентиль; 20 - маховик

 

Патронный фильтр ПФ-20 состоит из цилиндрического корпуса 9, конического днища 15, выпуклой крышки 4 и плиты 7, в которой закреплены фильтрующие патроны 10.

Плиту устанавливают между фланцами цилиндрического корпуса и выпуклой крышки, в результате образуются две камеры фильтра. В нижнюю камеру 8 при помощи коллектора 17, присоединенного к патрубку 14, подводят кизельгурную суспензию, фильтруемый продукт и промывную воду. Из камеры 6 через коллектор 21, присоединенный к патрубку 5, отводят жидкую фазу кизельгурной суспензии, фильтрат и промой. Кроме того, для подвода воздуха в верхнюю камеру установлен вентиль 19, в нижнюю – патрубок 2.

Из нижней камеры воздух сбрасывается через трубу 11. Для  наблюдения за состоянием внутренней части нижней камеры установлены смотровые стекла 1. Промытый осадок удаляется через патрубок 16. Фильтр установлен на трубчатом каркасе 13. Для управления процессом фильтрования служат маховик 20 и серводвигатели 18.

Патрон фильтра ПФ-20 (рис. 9.4) состоит из трех фильтрующих элементов 4 и опорного патрубка 2, которые жестко скреплены при  помощи стяжки 3, шайбы 5, планки 1 и гайки 6. Патрон устанавливают в отверстия плиты 7 и зажимают прижимом 9, надетым на шпильку 8. Чтобы патрон не отклонялся от вертикальной оси, нижнюю часть стяжки каждого патрона устанавливают в отверстие проволочного каркаса, расположенного в нижней части цилиндрического корпуса.

 

Рис. 9.4. Общий вид фильтрующего патрона с проволочной опорной поверхностью:

1 – планка; 2 – опорный патрубок; 3 – стяжка; 4 – фильтрующие элементы; 5 – шайба; 6 – гайка; 7 – плита; 8 – шпилька; 9 - прижим

 

Фильтрующий элемент патрона (рис. 9.5) включает в себя каркас 1, изготовленный из нержавеющей стали и состоящий из нижней 2 и верхней 6 патрубок, к которым приварены уголки 5. Для жесткости каркаса уголки приварены к кольцам 3, расположенным по высоте  на расстоянии 40 мм друг от друга.

 

Рис. 9.5. Фильтрующий элемент патрона:

1 – каркас; 2, 6 – втулки; 3 – кольца; 4 – щелевидная поверхность каркаса; 5 – уголки

 

Опорным слоем для кизельгура и осадка служит проволочная щелевидная поверхность каркаса 4. Она образуется путем навивки проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,7 мм в канавках шагом 0,8 мм, нарезанных на острых выступах уголков с тем же шагом. При указанных выше размерах шага резьбы и проволоки размер щелей равен 0,1 мм. Общая площадь поверхности фильтрования одного фильтрующего патрона составляет 0,241 м².

Патроны с проволочной опорной поверхностью просты по устройству, но имеют существенные недостатки. Поскольку щели, образованные смежными витками проволоки, вначале имеют расширения, а затем к центру проволоки сужаются, не исключена возможность застревания мелких частиц кизельгура и осадка в щелях. Это приводит к уменьшению живого сечения опорного слоя и производительности фильтра.

Некоторые зарубежные фирмы выпускают фильтрующие патроны, набранные из отдельных штампованных пластин (рис. 9.6).

При соединении пластин 2 получаются щели 3, такие патроны называются саморегенерирующимися. Мелкие частицы осадка, попадая в указанную часть щели, имеющую наклонную стенку, уносятся фильтратом. Такие патроны работают лучше патронов с проволочной опорной поверхностью, но они сложны в изготовлении.

 

Рис. 9.6. Патроны фильтров, изготовленные из отдельных пластин:

1 – патрон в сборе; 2 – пластины; 3 - щели

 

Патрон с тканевой опорной поверхностью изображен на рис. 9.7. Он состоит из перфорированного корпуса 11 из нержавеющей стали, к нижней части которого приварено донышко 12 с хвостовиком 17, имеющим резьбу. На корпус патрона надевается тканевый чулок, который снизу закрепляется шайбой 14 и гайкой 15. Перед установкой патрона в отверстие плиты 5 на него надевают резиновое уплотняющее кольцо 8.

 

Рис. 9.7. Патроны фильтров с тканевой опорной поверхностью:

1 – тканевый чулок; 2 – корпус фильтра; 3, 6 –фланцы; 4, 7 – прокладки; 5  - плита; 8 – уплотняющее кольцо; 9 – шайбы; 10 – шпильки; 11 – корпус патрона; 12 – донышко; 13 – загиб; 14 – шайба; 15 – гайка; 16 – решетка; 17 – хвостовик

 

К доске патроны прижаты шайбами 9, которые надеты на шпильки 10. Каждая шайба прижимает три патрона.

Для сохранения параллельности и вертикальности труб хвостовики 17 патронов устанавливают в отверстия решетки 16, изготовленной  из нержавеющей проволоки. Решетку закрепляют к хвостовикам патронов дополнительными гайками.

Плиту зажимают между фланцами 3 и 6 корпуса фильтра и крышки болтами. Фильтрованный сок направляется внутрь патрона и выходит из верхней его части.

Технические характеристики патронных фильтров представлены в табл. 9.1.

 

9.1. Технические характеристики патронных фильтров

Показатель	ПФ-20	ПФ-10	Стеллара (керамические)	Шумахера (керамические)	Филиппа
					Для сока I сатурации	Для сока II сатурации
Площадь поверхности фильтрования, м2	20	10	20	34,5	21,8	24,35
Длина патрона, мм	1620	1620	-	1589	1000	1000
Число патронов	85	44	84	61	349	388
Шаг трубок, мм	135	135	135	61	349	388
Наружный диаметр патрона, мм	51	51	-	120	19	19
Внутренний диаметр корпуса, мм	1400	1400	1400	1900	1500	1500
Диаметр фильтра, мм	3875	3435	35650	3430	3310	3310
Давление, Мпа: пробное	0,6	0,6	0,5	0,5	0,6	0,6
максимальное	0,4	0,4	0,4	0,4	0,3	0,3
Вместимость фильтра, м3	4	2,35	3,58	6,51	-	-
Скорость фильтрования, м3/ (м2·с):
Для сока I сатурации	0,42·10-3	0,42·10-3	-	-	-	-
Для сока II сатурации	0,91·10-3	0,91·10-3	0,83·10-3	0,83·10-3	0,83·10-3	0,83·10-3
Для сиропа	0,26·10-3	0,26·10-3	-	-	-	-