Фильтры

В зависимости от характера рабочего процесса выделяют фильтры периодического и непрерывного действия.

Для фильтров непрерывного действия подвод суспензии, отвод осадка и отвод фильтрата (или отвод загущенной взвеси) происходит непрерывно. А в фильтрах периодического действия эти стадии разделены во времени (прерываются).

Фильтры непрерывного действия применяются в различных химических производствах, к примеру, при производстве кальцинированной соды в процессе отделения бикарбоната натрия от раствора. Они могут работать как под вакуумом, так и при избыточном давлении.

Вакуум-фильтры непрерывного действия представляют собой вращающиеся диски или барабаны, в которых разрежение создается с помощью вакуум-насоса. При этом поверхность дисков или барабанов покрывается фильтрующей перегородкой. В процессе вращения барабана часть поверхности находится в суспензии, а фильтрат попадается внутрь барабана через фильтрующую перегородку, на которой остается осадок.

В процессе вращения фильтрующего органа происходит промывание осадка и снятие его с поверхности фильтрующей перегородки. Следовательно, за один поворот возникает непрерывное автоматическое чередование всех процессов работы фильтра, таких как фильтрование, затем промывка и сушка, а после этого разгрузка.

Фильтры непрерывного действия, работающие под давлением, подходят для хорошо фильтрующихся осадков, как правило, кристаллических. Плохо фильтрующиеся осадки, например, аморфные, чаще всего отделяют с помощью фильтров-прессов, фильтров периодического действия, а также нутч-фильтров.

Благодаря созданию фильтров непрерывного действия, работающих под давлением, стало возможным фильтрование вязких и легко испаряющихся жидкостей в непрерывном режиме. При этом фильтрацию суспензий можно проводить с большей производительностью, чем при помощи вакуум-фильтров, работающих при перепаде давлением до 1 ат.

Устройство барабанного фильтра непрерывного действия, работающего под давлением, изображено на чертеже ниже и аналогично вакуум-фильтру.

В отличие от вакуум-фильтров барабан данного фильтра находится в герметическом кожухе. Подача суспензии происходит под действием насоса или сжатого воздуха через нижний патрубок под давлением в пределах от 2 до 5 ат. Суспензия заполняет фильтр до уровня переливного патрубка, через который происходит вывод избыточной суспензии назад в сборник.

Сжатый воздух поступает через верхний патрубок. Давление сжатого воздуха соответствует давлению суспензии, нагнетаемой в резервуаре фильтра. Благодаря этому слив избытка суспензии, а также ее фильтрация происходит беспрепятственно.

На поверхности барабана остается осадок. Фильтрат, проникающий во внутреннюю полость барабана, отводится через цапфу, а также распределительную головку. Образующийся в результате фильтрации осадок сбрасывается со сходящей с барабана ткани, когда происходит огибание тканью ролика. Для облегчения снятия осадка ролик имеет перфорированную поверхность, через которую ткань продувается сжатым воздухом. После того как ткань освобождается от осадка, она проходит через ведущих ролик, а затем вновь охватывает барабан фильтра.

Снимаемый с барабана осадок попадает в закрытый герметично шнек. К шнеку присоединяется регулятор выгрузки. Цапфа и вал барабана располагаются на подшипниках, которые работают под давлением.

Когда фильтрация происходит под давлением 3-5 атм, то можно достичь очень высокой производительности, а материал будет иметь невысокую остаточную влажность. Фильтрация происходит в герметичном аппарате, в котором не снижается давление. Основным недостатком фильтра является трудоемкость снятия остатка.

Широко применяются и ленточные и дисковые фильтры, действующие непрерывно и работающие под давлением. Принцип их действия аналогичен дисковым и ленточным фильтрам, работающим под вакуумом, однако они имеют герметично закрытый кожух. Давление в них создается при помощи инертного газа или сжатого воздуха.

Ленточные фильтры непрерывного действия, работающие под давлением, используются для фильтрации суспензий, содержащих тяжелые твердые частицы. Суспензии в них рекомендуется подавать на фильтрующую перегородку.

Среди таких фильтров следует выделить ленточные фильтры, работающие под давлением. Такой фильтр представляет собой закрытый кожух прямоугольной формы, внутри которого расположена бесконечная фильтрующая лента, охватывающая два барабана, один из которых является ведущим.

Лента движется по опорным роликам. Подшипники этих роликов расположены внутри кожуха. Лента проходит в начале кожуха в верхней его части, а потом снова возвращается в исходное положение по направляющим роликам. Когда лента перемещается в исходное положение, то при помощи щеток и вспрыскивающего устройства она очищается от остатков осадка.

Принцип работы такого фильтра заключается в следующем. Суспензия поступает на ленту через патрубок. Ленка движется внутри кожуха, где создается давление при помощи сжатого воздуха. Воздух, который подается по трубопроводу, вводится в фильтр в нескольких местах кожуха. Фильтрация в таких аппаратах проходит при медленном движении ленты. Осадок, образующийся в результате фильтрации, остается на ленте. Фильтрат же собирается в специальной камере, после чего выводится из нее через патрубок. По окончании процесса фильтрации осадок остается на ленте и может быть промыт водой, подаваемой через форсунки. Осадок после обезвоживания направляется с ленты в сборник во время движения ленты по барабану, после чего удаляется с помощью шнека.

Дисковые вакуум-фильтры предназначены для разделения суспензий, в которых содержатся однородные и медленно осаждающиеся частицы. Принцип действия дисковых фильтров такой же, как и у барабанных. Отличие в том, что в дисковых фильтрах на вал устанавливаются диски вместо барабана.

Фильтровальные диски разделены на секторы с рифленой поверхностью и с двух сторон обтянуты фильтровальной тканью. На одной образующей вала расположены секторы, каналы которых имеют выход к общему коллектору в полом валу.

Осадок снимается с фильтровального материала с помощью ножей или валиков, расположенных на каждом диске с двух сторон. Чтобы облегчить снятие осадка диски производятся со слегка выпуклой поверхностью.

В процессе вращения вала секторы дисков последовательно соединяются с линиями вакуума и подачи сжатого воздуха. Каждый диск погружается в отдельную секцию корыта. Чтобы предотвратить осаждение твердых частиц суспензии в корыте расположена мешалка.

В одном вакуум-фильтре может содержаться до 14 дисков. Диаметр дисков составляет 0,9-2,5 м. Площадь рабочей поверхности составляет до 100 м². Диски вращаются примерно с такой же скоростью, как и барабан в барабанном фильтре.

Отличительным качеством дисковых фильтров является их компактность. Недостаток таких фильтров заключается в том, что при промывке осадка в суспензию попадает промывная жидкость.

Отстойники периодического действия для работы с суспензиями представляют собой емкости по типу бассейнов. В отстойник подают суспензию, после чего через некоторое время осветленная жидкость выводится через отверстия, которые расположены выше уровня осадка. Осадок выгружается вручную или посредством спускового крана.

Отстойники непрерывного действия, оснащенные гребковой мешалкой, и конструктивно представляют собой резервуар с днищем конической формы. Функция мешалки заключается в перемещении осадка ближе к разгрузочному отверстию. Мешалка вращается медленно, чтобы не нарушать процесс осаждения вещества. Осветленная жидкость выводится через специальный штуцер, осадок удаляется через штуцер в коническом днище. Такие аппараты позволяют обезвоживать осадок до концентрации твердой фазы 35-55%.

Отстойники непрерывного действия, оснащенные коническими полками, характеризуются простотой конструкции. Вещество подается в резервуар и распределяется в пространстве между коническими полками. Твердые частицы оседают на поверхности данных полок. Осадок сползает в нижнюю часть аппарата, откуда и удаляется.

Отстойники непрерывного действия для разделения эмульсий являются горизонтальным резервуарами, оснащенным перфорированной перегородкой. Функцией данной перегородки является защита жидкости от напора струи, поступающей внутрь аппарата. Сечение отстойника должно обеспечивать скорость течения жидкости в корпусе не более нескольких мм/сек, а также ламинарный характер режима течения. Легкая и тяжелая фазы выводятся через противоположные стороны отстойника.

Расчеты, справедливые для сгустителей, основываются на показателе скорости осаждения мельчайших частиц суспензии, которые необходимо отделить. Расчеты, справедливые для классификаторов, основываются на показателе скорости тех частиц, которые должны быть отделены на определенной стадии.

Допустим, время прохождения потока через отстойник τ, равно времени осаждения частиц τ_ос, которые находятся на максимальном расстоянии от днища. Часть отстойника не задействована, если для частиц, находящихся в ней, выполняется условие τ>τ_ос.

В наиболее простом отстойном аппарате время можно представить как:

τ = l/w_п

где l – длина отстойника; w_п – скорость потока.

Скорость потока рассчитывается по формуле:

w_п = Q_оч/(b·h)

где Q_оч – объемный расход очищенной жидкости;
b – ширина отстойника;
h – высота слоя осветленной жидкости.

Отсюда:

τ = (F·h) / Q_оч

где F – поверхность осаждения.

Время, за которое частицы наиболее удаленные от дна осаждаются, рассчитывается:

τ_ос = h/w_ст

Таким образом:

(F·h)/Q_оч = h/w_ст

Откуда:

F = Q_оч/w_ст

Учитывая, что Q_оч = G_оч/ρ_оч, где ρ_оч - прочность очищенной жидкости, получаем окончательный вариант выражения, удобный для расчета:

F = Q_см/(w_ст·ρ_оч)

В отстойники непрерывного действие суспензия подается непрерывно. Это же касается удаление осветленной жидкости и осадка.

В аппаратах комбинированного типа суспензия постоянно протекает с небольшой скоростью через отстойный резервуар. Скорость должна быть достаточно мала, чтобы частицы успевали оседать на дно отстойника до того, как жидкость покинет аппарат. Со временем на дне аппарата образуется осадок, которые необходимо периодически удалять после декантации жидкости.

В зависимости от скорости осаждения, периодичности определенных процессов и концентрации суспензий, используются отстойники разных размеров и форм.

Скорость отстаивания также зависит от температуры, потому что, когда температура изменяется, меняется ступень вязкости суспензии. При этом скорость осаждения увеличивается с повышением температуры, так как вязкость при этом снижается.

Для того чтобы ускорить процесс отстаивания путем нагревания суспензии, используют нагревательные элементы. При конструировании таких элементов важно, чтобы не возникало вертикальных токов жидкости восходящей нагретой воды, препятствующих фильтрации. Поэтому элементы должны располагаться вертикально по всей высоте отстойника, чтобы достичь равномерной температуры и одинаковой плотности жидкости.

Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым фильтрам непрерывного действия.

• Continuous filters
• Kontinuierlichen Filtern
• Filtros de funcionamiento continuo