Газовые и жидкостные фильтры

По технологическому признаку фильтрующую аппаратуру под­разделяют на газовые фильтры (для очистки газов), жидкост­ные фильтры (для разделения суспензий) и фильтрующие центрифуги (также для разделения суспензий). Газовые фильтры. Эти фильтры относятся к непрерывно дей­ствующим аппаратам. Однако работа их через определенные (длительные) промежутки времени прерывается для очистки или замены фильтрующего материала.

Рис. 4.4. Газовый фильтр с плоской фильтрующей пере­городкой:

/ — емкость; 2 — фильтрующая перегородка; 3 — перфорированная решетка; / — запыленный газ; 11 — очищенный газ

Газовые фильтры по устройству могут быть подразделены на фильтры с плоской фильтрующей перегородкой и батарейные.

Газовые фильтры с плоской фильтрующей перегородкой. Примером такого фильтра может служить аппарат, изображенный на рис. 4.4. Он представляет собой емкость 1, запол­ненную либо мелкозернистым, либо спрессо­ванным волокнистым фильтрующим материа­лом. В первом случае на перфорированную решетку 3 насыпают песок, кварц ит. п. («насыпная» фильтрующая перегородка 2). Во втором случае на опоры в емкости укладывают две скрепленные между собой перфорированные решетки, между которыми зажат спрессован­ный волокнистый материал (асбестовое волокно, вата и т. п.). Газовый поток проходит через фильтрующую перегородку и очищается от взвешенных в нем частиц. Через определенные промежутки времени фильтр выключают и фильтрующую ткань очищают или заменяют новой.

Батарейный фильтр с тканевыми фильтрующими элемента­ми. Этот фильтр в соответствии сформой фильтрующих эле­ментов получил название рукавного фильтра (рис. 4.5). Газо­вый поток вводится в фильтр и распределяется по фильтрую­щим элементам-рукавам 1. Отфильтрованный газ удаляется через газоход, а взвешенные в нем частицы оседают на внут­ренней поверхности фильтрующих элементов.

Для удаления осевшей пыли имеется специальное приспо­собление 2, встряхивающее фильтрующие элементы. Пыль сбра­сывается в нижнюю часть фильтра и удаляется из аппарата шнеком 3.

Батарейный фильтр с фильтрующими элементами из твер­дого пористого материала {патронный фильтр) показан на рис. 4.6. В качестве фильтрующего материала используют по­ристую керамику, пористые пластические массы, спрессован­ные металлические зерна ит. п. Фильтрующие элементы вы­полняют либо в виде труб, либо в' виде соединенных одна с другой деталей, имеющих форму усеченных конусов с кана­лом по оси.

Газовый поток проходит через фильтр, как показано на рис. 4.6. Взвешенные в газе частицы оседают в порах фильтра и периодически удаляются выдуванием обратным потоком газа или промывкой.

Расчет газовых фильтров практически сводится к следую­щему. В соответствии снаибольшим допускаемым для фильтрующего элемента перепадом давлений определяют фильтру­ющую поверхность (в м²):

(4.27)

где — расход газа, м³/с; — максимальное сопротивление фильтра, Нс/м³; — максимальный перепад давления, Па.

Продолжительность работы фильтра между очистками оп­ределяют из соотношения

(4.28)

где — объем газа, при прохождении которого через фильтр сопротивление фильтрующей перегородки достигает максимального допустимого значения.

Жидкостные фильтры. По принципу действия жидкостные фильтры делятся на фильтры периодического и непрерывного действия.

К основным типам периодически действующих жидкостных фильтров относятся фильтры с плоской горизонтальной филь­трующей перегородкой, намывные батарейные, многокамерные.

Важнейшими типами непрерывно действующих фильтров являются ленточные, барабанные, дисковые, карусельные. Периодически действующие жидкостные фильтры. В простей­шем фильтре — с плоской горизонтальной фильтрующей пере­городкой— в качестве фильтрующей перегородки используют насыпные материалы (песок, гравий), ткани (сукно, бельтинг, стекловолокно), твердые пористые материалы (пористые кера­мические плитки), перфорированные листовые пластические материалы и т. п.

Рис. 4.5. Рукавный фильтр:

/ — рукава; 2 — встряхивающее устройство; 3 —шнек; / — запыленный газ; // — очищен­ный газ; /// — пыль

Рис. 4.6. Газовый патронный фильтр:

/—крышка; 2— корпус; 3 — керамический патрон; 4 — откидная крышка; 5 — прокладка;

6 -стягивающий болт; / — запыленный газ; // — очищенный газ

Рис. 4.7, Схема фильтрующей установки с нутч-фильтром:

/—фильтрующая перегородка; 2 — сборник фильтрата; 3 — мановакуумметр; 4—6— па­трубки (4 — для сжатого воздуха; 5 —для сообщения с атмосферой; 6 — для соединения с вакууы-линией); /—суспензия; // — фильтрат

Фильтры рассматриваемого типа могут работать как под ва­куумом, так и под давлением. В первом случае их выполняют открытыми (рис. 4.7). Объем аппарата под фильтрующей пере­городкой / сообщается со сборником фильтрата 2_, а послед­ний — с вакуум-линией. Таким образом, под фильтрующей перегородкой создается необходимое для проведения процесса разрежение. Фильтрат собирается в сборник 2; осадок, обра­зующийся на фильтре, выгружают вручную. Фильтры с плос­кой фильтрующей перегородкой, работающие под вакуумом, называют путч-фильтрами.

При фильтровании суспензий, образующих осадок с боль­шим удельным сопротивлением, фильтры работают не под вакуумом, а под давлением. Фильтры, работающие под давле­нием, выполняют в виде цилиндрической емкости с эллиптиче­скими крышкой и днищем. После загрузки в аппарат суспензии над ней создают давление, подавая в аппарат сжатый воздух-или сжатый инертный газ, и ведут фильтрование под давлени­ем этого газа. По окончании фильтрования аппарат сообщают с атмосферой при помощи крана, крышку снимают и получен­ный осадок выгружают вручную. На цилиндрической части некоторых фильтров имеются специальные люки для выгрузки осадка.

Ручная выгрузка осадка трудоемка и сопровождается зна­чительными потерями продуктов. В тех случаях, когда полу­ченный осадок подвергается на следующей стадии производст­ва переработке в другой жидкости, легко можно механизиро­вать его выгрузку. Для этого фильтр оборудуют поднимающейся мешалкой (рис. 4.8). Фильтрование исходной суспензии прово­дят при поднятой неработающей ме­шалке.

Рис. 4.8. Фильтр с мешалкой:

1—мешалка; 2—7 — патрубки (2 —для подачи суспен­зии; 3 — для сообщения с атмосферой; 4 — для пода­чи сжатого воздуха; 5—для подачи вторичной жид­кости: б —для выгрузки осадка; 7 —для выгруэкн фильтрата)

По окончании фильтрования и промывки осадка в фильтр загружают ту жидкость, которая используется для дальнейшей переработки осадка; затем приводят в действие мешалку и медленно опускают ее. При этом оса­док взмучивается и выпускается из аппарата в виде суспензии самотеком. Намывные батарейные фильтры. Для увеличения производительности фильтрующей аппаратуры создают конструкции, обеспечива­ющие максимальное развитие площади фильтрования в единице объема аппарата. Отдельные фильтрующие элементы с разви­той поверхностью соединяют друг с другом в один блок или батарею.

Фильтрующие элементы выполняют плоскими {листовыми) или цилиндрическими. Листовой фильтрующий элемент, пока­занный на рис. 4.9, представляет собой раму 1 из перфориро­ванных труб. Раму, обтянутую фильтрующей тканью 2, погру­жают в резервуар с суспензией. Если в резервуаре с суспензи­ей создается давление или внутри труб — вакуум, происходит фильтрование; при этом осадок намывается на фильтрующий элемент, а отфильтрованная жидкость удаляется через патру­бок 3.

Листовой фильтрующий элемент, изображенный на рис. 4.10, состоит из полой рамы 1 с продольным прорезом, в который вставлена проволочная сетка 2. Рама с сеткой обтя­нута фильтрующей тканью 3, закрепленной пружинящим за­хватом 4. Этот фильтрующий элемент работает аналогично пре­дыдущему.

В качестве цилиндрических фильтрующих элементов весьма эффективно могут быть использованы трубы из различных по­ристых материалов: керамики, пластмасс, прессованных метал­лических зерен и т. д.

Для удаления осадка батареи фильтрующих элементов извлекают из корпуса аппарата или же производят разъем корпуса аппарата.

Рис. 4.9. Листовой фильтрующий эле­мент:

1 — рама; 2 — фильтрующая ткань; 3 — патру­бок для выгрузки фильтрата

Рис. 4.10. Листовой фильтрующий элемент с сеткой:

1—рама; 2— проволочная сетка; 3 •— фильтрующая ткань; 4 — пружинящий захват

Рис. 4.11. Листовой батарейный фильтр:

1— батарея листовых фильтрующих элементов; 3 — резервуар для суспензии; 3— резер­вуар для промывной жидкости; 4 — бункер для осадка; 5 —шнек; 6 — тельфер

Схемы устройства батарейных фильтров показаны на рис. 4.11 и 4.12. Листовой батарейный фильтр (рис. 4.11) со­стоит из батареи 1 фильтрующих элементов, резервуара для суспензии 2, резервуара для промывной жидкости 3, бункера для осадка 4, шнека 5 и тельфера 6. Батарею 1 погружают в сус­пензию, находящуюся в резервуаре 2. Здесь происходит филь­трование под вакуумом, причем получающийся фильтрат отса­сывается в вакуум-сборник, соединенный гибким шлангом с ба­тареей фильтров. После фильтрования батарею перемещают в резервуар 3, где производится промывка осадка, отложив­шегося на фильтрующих элементах. Далее батарею помещают над бункером 4 и освобождают от осадка, который сбрасыва­ется с фильтрующих элементов «продувкой», т. е. обратным током газа или жидкости.

Рис. 4.12. Листовой батарейный фильтр, работающий под давлением:

1 — батарея листовых фильтрующих элементов; 2 — резервуар; 3 — рельсы; / — суспен­зия; // — фильтрат; /// — воздух

Рис. 4.13. Листовой батарейный фильтр с дисковыми фильтрующими элемен­тами, работающий под давлением;

1 — верхняя половина корпуса; 2—нижняя (откидная) половина корпуса; 3 - дисковые фильтрующие элементы; / —суспензия; //— фильтрат

В листовом батарейном фильтре, показанном на рис. 4.12, фильтрование и промывку осадка проводят под давлением в одном резервуаре 2, а для разгрузки осадка батарею листо­вых фильтрующих элементов / выдвигают из резервуара по горизонтальным рельсам 3.

На рис. 4.13 и 4.14 показаны батарейные фильтры из листо­вых дисковых (рис. 4.13) и трубчатых (рис. 4.14) фильтрующих элементов 2 (патронов). Дисковый элемент по устройству ана­логичен элементу, изображенному на рис. 4.10, а трубчатый представляет собой пористую керамическую трубу с закрытым нижним концом. Батарея таких труб вмонтирована в решетку 4, отделяющую объем, занятый суспензией, от объема, зани­маемого осветленной жидкостью. При выгрузке осадка из фильтра отводится на шарнире нижняя половина корпуса (рис. 4.13) или днище (рис. 4.14).

Многокамерные фильтры. В много­камерных фильтрах фильтрующая по­верхность увеличена делением обще­го объема фильтрующего агрегата на ряд небольших по объему камер, между которыми помещают фильтру­ющие перегородки.

Камерный фильтр-пресс (рис. 4.15) представляет собой блок, состоящий из нескольких прижатых одна к другой, отлитых обычно из чугуна плит 1.

Рис. 4.14. Батарейный фильтр с трубчатыми фильтрующими элементами (патронами): 1 — корпус; 2 — патронный фильтрующий элемент; 3 — крышка* 4 — решетка: 5 — откидное дкяще; / — суспензия; // — осветленная жидкость

Рис. 4.15. Камерный фильтр-пресс:

1 — плита; 2 — фильтрующая тхань; 3 — бобышка; 4 — центральный какал; 5 — втулка; 6 — каналы; 7 — сборный канал; 8 — отводной канал; / — суспензия: // — фильтрат; /// — осадок

В середине каждой плиты имеются бобышки 3 с каналом 4. Фильтрующая ткань 2 с вырезанным в середине отверстием прижимается к бобышке втулкой 5, снабженной фланцем. На поверхности плит имеется ряд каналов 6, выходящих в сбор­ный канал 7, сообщающийся с отводным каналом 8. Фильтру­ющая суспензия вводится в блок плит через центральный канал 4 и распределяется по камерам, образованным каждой смеж­ной парой плит. В камерах жидкость проходит через фильтрую­щую ткань в каналы 6, 7 и по отводным каналам 8 выводится из фильтра. Форма плит и заправка фильтрующей ткани в ка­мерном фильтр-прессе довольно сложны.

Видоизменением описанного многокамерного фильтра явля­ется рамный фильтр-пресс (рис. 4.16). Блок этого фильтра со­стоит из рам и плит (рис. 4.17) с зажатой между ними фильтрующей тканью.

Рис. 4.16. Рамный фильтр-пресс:

1- унерная плита; 2 – рама; 3 – плита; 4 - фильтрующая ткань; 5-подвижная концевая плита; 6 – горизонтальная направляющая; 7 – зажимной вннт; 8 – станина; 9 – желоб для сбора фильтрата или промывной жидкости; / - суспензия; // - промывная жидкость; /// - фильтрат

Рис. 4.17. Рама и плита рамного фильтр-пресса:

1 — рама; 2 — плита; 3 — каналы для ввода суспензии; 4 — каналы для ввода промыв­ной жидкости; 5 — дренажные каналы; 6 — сборные каналы; 7 — канал для отвода филь­трата или промывной жидкости

Каждая рама и плита снабжены каналами 3 и 4 для ввода суспензии и промывной жидкости. На поверх­ности плит имеются дренажные каналы 5 и сборные каналы 6, сообщающиеся с отводным каналом 7.

При фильтровании (рис. 4.18, а) суспензия под давлением вводится через каналы 3 в рамах и плитах, образующие в бло­ке сплошной канал, и распределяется по всем рамам. После фильтрования через ткань фильтрат стекает по дренажным и сборным каналам в плитах и удаляется через отводные ка­налы. При промывке осадка (рис. 4.18, б) промывная жидкость под давлением вводится через каналы 4, распределяется по рамам и, проходя путь, указанный стрелками, промывает оса­док, а затем удаляется из фильтра через отводные каналы.

Рис. 4.18. Схема работы рамного фильтр-пресса:

а — фильтрование; б —промывка осадка; 1 — рама; 2— плита; 3 — канал для суспензии; 4 - капал для промывной жидкости; / — суспензия; //-промывная жидкость; /// — фильтрат

Рис. 4.19. Камерный автоматический фильтр-пресс:

1—резиновый уплотнительный шланг; 2 — фильтрующая плита; 3 — фильтрующая ткань; 4 — нож для съема, осадка; 5 — нож подчистки; 6 — камера регенерации фильтрующей ткани; / — суспензия; // — фильтрат

Для обеспечения указанного направления движения потока промывной жидкости отводные каналы всех нечетных плит блока должны быть закрыты.

Рамные фильтр-прессы значительно проще и дешевле ка­мерных. Благодаря этому рамные фильтр-прессы получили ши­рокое распространение в промышленности. К общей оценке их можно добавить, что они имеют такую же высокоразвитую фильтрующую поверхность, как и батарейные намывные филь­тры, но изготовление их значительно проще н дешевле.

К основным недостаткам камерных и рамных фильтр-прес­сов относится неудобство выгрузки осадка. Для выгрузки осад­ка блок плит и рам разбирают, каждую раму отдельно выни­мают из блока и разгружают вручную.

Камерный автоматический фильтр-пресс—ФПАК (рис. 4.19) предназначен для фильтрования суспензий с содержанием твер­дой фазы 10—400 г/дм³ при температурах 5—60 °С ФПАК представляет собой набор фильтрующих плит 2, расположен­ных горизонтально; расстояние между ними 25 мм. Верхняя часть фильтрующей плиты покрыта щелевым ситом. В нижней ее части имеется коническое днище, из которого выводится фильтрат. По контуру плиты в нижней части закреплен рези­новый замкнутый уплотнительный шланг 1, который может перекрывать щели между плитами: при подаче в шланг воды под давлением 0,9—1 МПа форма сечения его меняется

(рис. 4.19, 1а и 16), и он прижимает фильтрующую ткань 3 к плите; при этом между плитами образуется камера, в кото­рую подается суспензия. После завершения стадии фильтрова­ния и образования осадка давление воды снимается, и шланг сжимается, открывая щель для выхода ткани с осадком.

Фильтрующая ткань выполнена в виде бесконечной ленты, передвигаемой роликами. Всем роликам сообщается враща­тельное движение от общего привода. При движении фильтрую­щая ткань выносит осадок из пространства между плитами. У роликов установлены ножи 4 для съема основной части осадка, а на сходящей с ролика ветви ткани — ножи подчист­ки 5, очищающие ткань от остатков осадка. После последней плиты фильтрующая ткань проходит камеру регенерации 6, где промывается водой и очищается скребками.

Стадии фильтрования и промывки проводят под давлением до 0,7 МПа. Толщина образующегося осадка 5—20 мм. Все операции на ФПАК осуществляются автоматически. Производительность этих фильтров в 6—20 раз больше, чем других фильтров. Их выпускают с фильтрующей поверхностью, равной 5—30 м². При эксплуатации этих фильтров затрачива­ется очень мало времени на вспомогательные операции: на закрытие, открытие и выгрузку осадка требуется 1 мин.

Расчет периодически действующих жидкостных фильтров. Расчет этих фильтров сводится либо к определению производи­тельности одного фильтра с заданной фильтрующей поверх­ностью, либо к определению числа фильтров с выбранной фильтрующей поверхностью, обеспечивающих заданную произ­водительность всей фильтрующей установки. Общая продолжительность процесса фильтрования складывается из продолжи­тельности собственно фильтрования и продолжительности вспомогательных операций, к которым относятся промывка осадка, продувка осадка для уменьшения его влажности, за­грузка фильтра, выгрузка осадка и др.

Обозначим продолжительность фильтрования через т, а продолжительность всех вспомогательных операций — через

Зависимость между количеством полученного фильтрата и продолжительностью собственно фильтрования для режима постоянного перепада давления при условии можно вы­разить уравнением

(4.29)

Если за время фильтрования т получают V м³ фильтрата, то средняя производительность фильтра, отнесенная к продол­жительности всего процесса , равна

(4.30)

Для определения оптимального соотношения между и найдем максимум функции (4.30), приравняв ее производную нулю:

откуда

или (4.31)

Отсюда следует, что максимальная производительность фильтра достигается при условии равенства продолжитель­ности фильтрования и проведения вспомогательных операций.

Это условие на .практике соблюдается не всегда. В ряде случаев время фильтрования определяется необходимостью получения заданной рациональной толщины слоя осадка: для фильтров с плоской горизонтальной фильтрующей перегород­кой — 50—250 мм, для намывных батарейных фильтров 10— 40 мм, для многокамерных фильтров — 20—80 мм (в зависи­мости от толщины плит или рам).

Производительность одного фильтра, работающего в режи­ме постоянного перепада давления, при заданной поверхности фильтрования и принятой толщине слоя осадка I может быть найдена следующим образом.

Для получения осадка толщиной l необходимо время т, которое рассчитывают По уравнению (4.9).

Путем расчета определяют продолжительность промывки, а по производственным данным — продолжительность прочих вспомогательных операций. Далее устанавливают период про­цесса

Количество фильтрата, образующегося за время , со­ставляет V=Fl/x а средняя производительность фильтра равна

(4.32)

При заданной производительности фильтрующего агрегата выбирают по нормалям фильтрующую поверхность одного фильтра F и толщину осадка l. Далее рассчитывают число цик­лов фильтрования, которое необходимо осуществить в сутки для обеспечения заданной производительности:

(4.33)

Период процесса определяют так же, как в предыду­щем случае.

Число циклов фильтрования, которое можно провести на одном фильтре в сутки, составляет Ь, а необходимое количест­во фильтров — n, где

(4.34) (4.35)

Аналогично рассчитывают периодически действующие фильтры для проведения процессов фильтрования с постоянной скоростью.

Рис, 4.20, Схема ленточного вакуум-фильтра:

1 – приводной барабан; 2 — форсунки; 3 — вакуум-камеры; 4 —бесконечная резиновая лента; 5 — лоток для подачи суспензии; 6—натяжной барабан; 7 — натяжные ролики; в —коллектор фильтрата; 9 — фильтрующая ткань; 10 — коллектор промывающей жидкости; 11 — валик для съема осадка; 12— бункер для осадка

Непрерывно действующие жидкостные фильтры. Фильтры не­прерывного действия отличаются тем, что стадии фильтрова­ния, а также просушки, промывки, снятия осадка и другие осуществляются на них одновременно. Для этого фильтры снабжают специальными устройствами, регулирующими очеред­ность и продолжительность каждой стадии процесса.

Ленточный вакуум-фильтр. Схема ленточного вакуум-фильтра представлена на рис. 4.20. На длинном столе закре­плены открытые сверху вакуум-камеры 3, имеющие в нижней части патрубки для соединения с коллекторами фильтрата 8 или промывной жидкости 10. К верхней части вакуум-камер прижимается бесконечная резиновая лента 4 с бортами, натя­нутая на приводной барабан 1и натяжной барабан 6. Фильт­рующая ткань 9 в виде бесконечного полотна прижимается к резиновой ленте при натяжении ее роликами 7. Суспензия подается на ленту из лотка 5, При прохождении ленты с сус­пензией над вакуум-камерами происходит фильтрование и от­ложение осадка на ткани, а затем его промывка. Промывная жидкость подается через форсунки 2. На приводном барабане фильтрующая ткань отделяется от резиновой ленты и огибает валик 11, при этом осадок отделяется от ткани и падает в бун­кер 12. При прохождении между роликами 7 ткань просуши­вается и очищается.

Барабанный вакуум-фильтр. Основной частью барабанно­го вакуум-фильтра (рис. 4,21) является сварной или литой барабан /, установленный при помощи цапф в подшипниках над корытом 4 с суспензией так, что часть барабана погружена в корыто.

Рис. 4.21. Схема барабанно­го вакуум-фильтра:

1 — перфорированный барабан; 2 — нож; 3 — фильтрующая ткань; 4— корыто; 5 —качаю­щаяся мешалка; 6— камеры; 7 — трубы; 8 — устройство для разбрызгивания промывной жид­кости

Барабан приводится во враще­ние от электродвигате­ля. Поверхность бара­бана -перфорирована и покрыта фильтрующей тканью 5, закреплен­ной на барабане про­волокой. Под фильтрующей поверхностью создается разреже­ние, фильтрат проходит через фильтрующую ткань, а напо­верхности се остается осадок, счищаемый ножом 2. Для пред­отвращения осаждения твердых частиц в корыте оно снабжено качающейся мешалкой 5. Внутри барабана перегородками об­разованы отдельные камеры 6, соединенные трубами 7 с кана­лами, проходящими через одну из цапф. Каналы соединены с автоматическим переключающим устройством — распредели­тельной головкой.

Схема распределительной головки показана на рис. 4.22. В головке имеются прикрепленный к барабану подвижный диск 1 и неподвижный диск 2. Отверстия в подвижном диске сообщаются с камерами барабана, а отверстия в неподвижном диске — с соответствующими трубопроводами, по которым отводятся фильтрат и промывная жидкость и подводится сжатый воздух для отдувки осадка и очистки фильтрующей ткани.

Рис. 4.22. Схема распределительной головки;

1 — подвижный диск; 2 — неподвижный диск; А— зона фильтрации; Б — зона просушки осадка; В — зона промывки и просушки осадка; Г—зона отдувки осадка; Д —зона очистки ткани; I, II — воздух; /// — промывная жидкость; IV — фильтрат

Рис. 4.23. Дисковый вакуум-фильтр;

1 — полый вал; 2 — диски; 3 — корыто; 4 — распределительная головка

Каждое отверстие подвижного диска при вращении последова­тельно сообщается с отверстиями неподвижного диска, и в каждой камере за один оборот барабана осуществляются все стадии процесса.

Дисковый вакуум-фильтр (рис. 4.23) отличается от бара­банного тем, что его фильтрующая поверхность выполняется из полых дисков 2, насаженных на общий полый вал 1. Диски составляются из отдельных секторов 2 (рис. 4.24), укреплен­ных на валу накладками 3 и стяжными шпильками 4. Каждый сектор представляет собой коробку с перфорированными стенками. В узкой части сектора имеется патрубок 5, непо­средственно примыкающий к валу. Внутренняя полость каждо­го сектора через патрубок соединена с каналом в цапфе вала. Перед сборкой диска все секторы обшивают фильтрующей тканью 1. На одной из цапф (а в больших фильтрах — на обе­их) монтируется распределительная головка, аналогичная по устройству распределительной головке барабан­ных вакуум-фильтров. В процессе фильтрования на боковой поверхности дисков откладывается осадок, кото­рый послепросушки снимается но­жами.

Рис. 4.24. Секция дискового фильтра:

1 — фильтрующая ткань; 2 — сектор; 3 — накладка; 4 — стяжная шпилька; 5 — патрубок

Рис. 4.25. Карусельный вакуум-фильтр (план-фильтр):

1 — горизонтальный пустотелый диск; 2 — каналы в полом вале; 3 — распределительная головка; 4 — фильтрующая ткань; 5 — нож.

Дисковые вакуум-фильтры более компактны, чем барабан­ные, но в них затруднена промывка осадка, так как увлажнен­ный осадок легко сползает с вертикальной поверхности дисков. Карусельный вакуум-фильтр. Непрерывно действующий ка­русельный тарельчатый фильтр (план-фильтр) показан на рис. 4.25. В аппарате имеется горизонтальный пустотелый диск 1, разделенный перегородками на несколько секторов-ячеек, или блок из отдельных секторов-ячеек, сообщающихся через кана­лы 2 в полом валу с распределительной головкой 3. Секторы-ячейки выполняются с низкими бортами; верхняя перфориро­ванная стенка покрывается фильтрующей тканью 4. За один оборот секторы-ячейки сообщаются последовательно с ваку­умом и сжатым воздухом так же, как в барабанном фильтре. Суспензия подается на фильтрующую поверхность сверху. Оса­док либо счищается ножом 5, либо выгружается опрокидыва­нием соответствующего сектора-ячейки.

Достоинством карусельного фильтра является горизонталь­ное расположение фильтрующей поверхности, позволяющее осу­ществить фильтрование суспензий самого различного фракци­онного состава, в том числе суспензий, содержащих крупно­кристаллический осадок, который не удерживается на барабан­ных и дисковых фильтрах.

Расчет непрерывно действующих жидкостных фильтров. Расчет непрерывно действующих фильтров сводится к опреде­лению по заданной производительности фильтрующих поверх­ностей для различных зон процесса, скорости движения фильтрующей поверхности, а в случае установки нескольких фильтров — и их числа.

Общую схему расчета рассмотрим на примере расчета лен­точного фильтра. В дополнение к предыдущему примем, что L — общая рабочая длина фильтрующей ленты, м; L_в,, L_np, L_ф — длина участков ленты соответственно для фильтрования, промывки и вспомогательных операций, м²; F_в,, F_np, F_ф — по­верхности участков ленты соответственно для фильтрования, промывки и вспомогательных операций, м²; — скорость движения фильтрующей поверхности, м/с; b — ширина ленты, м.. На основании опытных данных выбирают толщину слоя осад­ка l.

Количество отлагающегося на фильтре в единицу времени осадка выражаем (по аналогии с уравнением расхода) произ­ведением скорости движения ленты на площадь сечения слоя осадка {перпендикулярного направлению движения):

Vx = blw, откуда (4.36)

Продолжительность фильтрования рассчитывают по урав­нению (4.9).

Длину участка фильтрования определяют из очевидного со­отношения (4.37), а поверхность фильтрования — из соотноше­ния (4.38):

(4.37) (4.38).

Поверхность участка промывки может быть найдена из со­отношения (4.18):

где —расход промывной жидкости, м³/с.

Длину участка промывки определим следующим образом:

(4.39)

Зная из опыта продолжительность проведения вспомогатель­ных операций , легко определить длину участка вспомога­тельных операций L_B и общую рабочую длину ленты L:

(4.40) (4.41).

Из соотношения можно определить диаметр приводного барабана по заданному числу его оборотов или число оборотов барабана по заданному диаметру D_n:

(4.42)

Расчет барабанных фильтров можно вести в той же после­довательности, что и ленточных; при этом вместо рабочей дли­ны ленты из соотношения (4.41) определяют длину окружности барабана. Далее рассчитывают диаметр барабана и число оборотов барабана .

Углы зон фильтрования, промывки и вспомогательных опе­раций находят из соотношений

(4.43)

ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЦЕНТРИФУГИ

По принципу действия фильтрующие центрифуги делят на периодически действующие и непрерывно действующие. По спо­собу выгрузки осадка периодически действующие центрифуги подразделяют на центрифуги с ручной выгрузкой осадка, с гра­витационной выгрузкой осадка и автоматические, а непрерыв­но действующие — на центрифуги с пульсирующим поршнем и с центробежной выгрузкой осадка.

Периодически действующие фильтрующие центрифуги. Схема устройства периодически действующей фильтрующей центрифу­ги с ручной выгрузкой осадка показана на рис. 4.26.

Внутри кожуха 6 размещен перфорированный барабан (ро­тор) 7, насаженный с помощью ступицы 1на вертикальный вал 2. Внутри барабана размещена дренажная сетка 9, на ко­торую наложена фильтрующая ткань 10.

Суспензию загружают в барабан сверху, после чего он при­водится во вращение при помощи шкива 4. Фильтрат под дей­ствием центробежной силы проходит через фильтр в кожух 6, откуда по сливному патрубку направляется в приемник. После окончания фильтрования осадок из барабана выгружают вруч­ную.

Если диаметр барабана D, высота Н, а диаметр отверстия верхнего днища барабана D₀, то рабочий объем составит

(4.44)

Часто рабочий объем барабана определяют по степени за­полнения барабана суспензией:

где V — общий объем барабана.

Диаметр отвер­стия верхнего днища барабана определяют по формуле

(4.46)

Рис. 4.26. Периодически действующая фильтрующая центрифуга с ручной верхней выгрузкой осадка:

1 - ступица; 2— вал; 3 —корпус; 4— приводной шкив и обод тормоза; 5 — станина; 6 —кожух; 7— барабан; 8— крышка; 9—проволочная дренажная сетка; 10 - фильтрующая ткань; / — фильтрат

Рис. 4.27. Подвесная фильтрующая центрифуга с нижней выгрузкой осадка: 1— упорная втулка с ребрами; 2 — барабан; 3 — вал; 4 — колпак; 5 — опора вала; 6 — электродвигатель; / — суспензия; //— фильтрат; /// — осадок

На рис. 4.27 показана схема подвесной фильтрующее центри­фуги с нижней выгрузкой осад­ка. В такой центрифуге барабан 2 подвешен к нижнему концу ва­ла 5, имеющего верхнюю кони­ческую или шаровую опору 5 (часто снабженную резиновым амортизатором). Барабан не имеет глухого днища; нижняя часть его соединена несколькими ребрами с упорной втулкой 1,находящиеся между ребрами, на время фильтрования закры­вают колпаком 4. При разгрузке центрифуги колпак приподни­мают или вынимают из барабана, а осадок проталкивают вручную вниз.

Выгрузка осадка с минимальной затратой физического тру­да осуществляется в саморазгружающихся центрифугах с гравитационной выгрузкой осадка (рис. 4.28).

Рис. 4.28. Саморазгружающаяся фильтрующая центрифуга:

1 — барабан; 2— вал; 3 — распределительный диск; 4 — упорная втулка с ребрами; / — сус­пензия; // — фильтрат; /// — осадок

Рис. 4.29. Автоматическая фильтрующая центрифуга:

1 — барабан: 2 — нож; 3 — желоб; 4 — горизонтальный вал; / — суспензия; // - фильтрат:; /// — осадок

Осадок удаляется из них под действием силы тяжести. Нижняя часть барабана 1 имеет коническую форму с углом наклона, большим, чем угол естественного откоса осадка. При остановке барабана осадок сползает со стенок и удаляется из центрифуги. Суспен­зия загружается на распределительный диск 3 при вращении барабана с пониженной скоростью.

В автоматических фильтрующих центрифугах периоды фильтрования регулируются автоматически специальными устройствами — автоматами, снабженными механическими или электрическими реле. Эти реле приводят в действие исполни­тельные механизмы (например, гидравлические), осуществляю­щие операции открывания и закрывания вентилей и снятия осадка.

В автоматической фильтрующей центрифуге (рис. 4.29) сня­тие осадка осуществляется на ходу ножом 2, который для этого приподнимается гидравлическим механизмом. Осадок пада­ет в желоб 3 иудаляется из центрифуги.

Непрерывно действующие фильтрующие центрифуги. В филь­трующей центрифуге с выгрузкой осадка пульсирующим порш­нем (рис. 4.30) суспензия подается непрерывно, а осадок периоди­чески выталкивается поршнем-толкателем из перфорированного барабана 8, установленного на горизонтальном валу. Внутри барабана вдоль его оси перемещается поршень-толкатель 6, укрепленный на конце штока 4. Шток находится внутри полого вала 3, вращается вместе с ним и одновременно совершает возвратно-поступательные движения. Суспензия подводится в приемный конус 7 и через отверстия в нем поступает в ба­рабан, покрытый изнутри металлическим щелевым ситом 9.

Откладывающийся на сите осадок перемещается поршнем-тол­кателем к открытому концу барабана и выгружается из него в кожух 5.

За каждый рабочий ход выгружается количество осадка, соответствующее длине хода поршня, равной примерно 0,1 дли­ны барабана. Когда поршень движется в обратном направле­нии, на освобождающейся за ним поверхности сита 9 образу­ется новый слой осадка. Обычно поршень-толкатель совершает 10—16 ходов в минуту.

Направление движения поршня изменяется автоматически с помощью гидравлического сервомеханизма. Масло, нагнетае­мое шестеренчатым насосом, подается попеременно в правую и левую полости цилиндра 2 сервомеханизма, в результате чего поршень 1, шток 4 и поршень-толкатель 6 совершают возврат­но-поступательные движения. В барабан через специальную трубу в случае необходимости подводится вода для промывки осадка. В кожухе имеются патрубки для отвода фильтрата и промывных вод.

Измельчение осадка или разрезание волокон при выгрузке осадка пульсирующим поршнем происходит в меньшей - степе­ни, чем при других способах механической выгрузки (ножом, шнеком).

В непрерывно действующей вертикальной фильтрующей центрифуге (рис. 4.31) осадок под действием центробежной си­лы, перемещается вдоль образующей конического вертикального барабана к его основанию и удаляется из центрифуги.

Суспензия поступает в конический фильтрующий барабан 1 сверху. Внутри барабана вращается тормозящий шнек 2 скорость его вращения меньше, чем скорость вращения барабана. Скорость перемещения осадка в барабане определяется скоростью вращения шнека относительно барабана. По мере продвижения осадка вниз толщина слоя его уменьшается, что способствует лучшему обезвоживанию осадка перед выгрузкой. Осадок удаляется через канал в нижней части центрифуги, а фильтрат из кожуха 3 отводится через боковой канал.

Выгрузка осадка под действием центробежных сил харак­теризуется всеми достоинствами других способов непрерывной разгрузки (высокая производительность, возможность регули­рования продолжительности процесса) и в то же время лишена многих их недостатков (загрязнение осадка фильтратом, из­мельчение осадка, значительный расход энергии).

Расчет производительности фильтрующих центрифуг прово­дят аналогично расчету производительности фильтров, исходя из давления, которое оказывает суспензия на фильтрующую перегородку центрифуги под действием центробежных сил.

Мощность двигателя, необходимую для приведения в дей­ствие фильтрующих центрифуг, вычисляют так же, как для отстойных центрифуг.

Рис. 4.30. Непрерывно действующая фильтрующая центрифуга с пульсирую­щим поршнем:

1 — поршень: 2 — цилиндр; 3 — полый вал; 4 — шток; 5 — кожух: 6 — поршень-толкатель; 7 —приемный конус; 8 — барабан; 9 — сито; / — суспензия; // —фильтрат; ///—осадок

Рис. 4.31. Непрерывно действующая вертикальная фильтрующая центри­фуга:

1 — барабан; 2 —тормозящий шнек; 3 —кожух; 4 — полый вал барабана; 5 —вал шнека; / — суспензия; // — фильтрат; /// — осадок