Гидромеханические машины и аппараты: фильтры. Сущность процесса фильтрования. Типовые конструкции. Принцип действия.

Фильтрованием называют процесс разделения неоднородных жидких и газовых систем с помощью пористых проницаемых перегородок, задерживающих твердую и пропускающих жидкую и газовую фазы.

Фильтры делят на две группы: периодического и непрерывного действия. По конструктивному принципу подразделяют на: фильтры работающие под давлением и вакуумом, фильтры с криволинейными плоскими фильтрующими перегородками, с несвязанными тканевыми, жесткими и полупроницаемыми перегородками. Фильтрующие перегородки изготавливают из текстильных и волокнистых материалов: бязи, парусины, сукна, шелка, асбеста. Стеклянной ваты, бумаги и картона Наиболее устой­чивы фильтрующие перегородки из асбеста, шлаковой и стеклянной ваты, а также металлические сетки из бронзы и коррозионностойкой стали.

В качестве материалов для зернистых или волокнистых перегородок применяют песок, инфузорную землю, кокс, уголь, целлюлозу и др. Такие перегородки используют в случаях, когда твердая фаза суспензии имеется в малом количестве и не ис­пользуется после фильтрования.

В качестве жестких фильтрующих перегородок применяют керамические фильтровальные камни, плитки, свечи и кольца, стойкие к действию кислот и щелочей и позволяющие получить чистый фильтрат. Коллоидные пленки или материалы изго­товляют из нитроцеллюлозы, пергаментной бумаги и др. Эти фильтрующие перегородки имеют очень мелкие поры (1—3 мкм) и могут задерживать коллоидные частицы.

Фильтры периодического действия

Фильтрами периодического действия являются нутч-фильтры, листовые фильтры, фильтрпрессы и патронные сгустители.

Фильтр полностью автоматизирован и механизирован, что позволяет быстро настраивать его на оптимальный технологиче­ский режим. Металлоемкость фильтрпресса ФПАКМ, отнесенная к единице производительности по фильтруемой суспензии в 2—3 раза меньше, чем у рамных прессов, . Шерстяные ткани устой­чивы к кислотам, но разрушаются щелочами. Наиболее устой­чивы фильтрующие перегородки из асбеста, шлаковой и стеклянной ваты, а также металлические сетки из бронзы и коррозионностойкой стали.

В качестве материалов для зернистых или волокнистых перегородок применяют песок, инфузорную землю, кокс, уголь, целлюлозу и др. Такие перегородки используют в случаях, когда твердая фаза суспензии имеется в малом количестве и не ис­пользуется после фильтрования.

В качестве жестких фильтрующих перегородок применяют керамические фильтровальные камни, плитки, свечи и кольца, стойкие к действию кислот и щелочей и позволяющие получить чистый фильтрат. Коллоидные пленки или материалы изго­товляют из нитроцеллюлозы, пергаментной бумаги и др. Эти фильтрующие перегородки имеют очень мелкие поры (1—3 мкм) и могут задерживать коллоидные частицы

В фильтрах непрерывного действия автоматически чере­дуются операции: фильтрация, сушка, промывка, разгрузка и регенерация фильтрующей ткани. Однако эти операции прохо­дят непрерывно и независимо одна, от другой в каждой зоне фильтра, поэтому процесс работы фильтра протекает непре­рывно.

Фильтры непрерывного действия различают по форме фильтрующей перегородки и подразделяют на барабанные, дисковые и ленточные. Каждый из этих типов фильтров разделяют на аппараты, работающие под разрежением и под давлением.

Основные преимущества фильтров непрерывного действия: непрерывность и автоматизация всех проводимых операций, позволяющие сократить рабочий цикл аппаратов и этим значи­тельно повысить их производительность; удобство промывки осадка; уменьшение расхода фильтрующей ткани; легкость об­служивания и экономия рабочей силы.

К недостаткам этих фильтров относятся их относительная сложность, высокая стоимость, необходимость установки вспо­могательного оборудования и большой расход энергии глав­ным образом на вакуум-насосы и воздуходувки.

Барабанные фильтры. Наиболее широко в химической про­мышленности применяют барабанные фильтры, работающие под разрежением (барабанные вакуум-фильтры}. По конструкции эти фильтры подразделяют на аппараты с внешней и внутренней фильтрующей поверхностью.

Чередование операций в барабанных фильтрах происходит с помощью распределительной головки или специальных кла­панов .

Стандартные барабанные вакуум-фильтры с по­верхностью фильтрации от 1 до 40 м2 имеют барабан диаметром 1 — 3 м, длиной 0,35 — 4,0 м. Барабан совершает от 0,1 до 3 обо­ротов в минуту; необходимая мощность двигателей фильтра 0,10—4,5. Барабан и ванна фильтра могут быть чугунными или стальными. Для регу­лирования частоты вра­щения барабана в за­висимости от режима фильтрации применя­ют коробку скоростей. Плотный, мало­влажный осадок тол­щиной 8—10 мм снима­ют с помощью ножа

Для удаления тонких (2—4 мм) слоев усадка при­меняют бесконечные шнуры, охватывающие барабан; тонкие мажущие осадки удаляются съемным валиком,очень тонкий (толщина около 1 мм) осадок сни­мают с помощью бесконечного полотна фильтрующей перегород­ки . Для предохранения осадка от растрескивания (во избежание уменьшения вакуума) применяют приспособле­ния для затирания трещин и промывки осадка через холст . Для дополнительного удаления влаги из осадка применя­ют отжимные валики и специальные вибраторы.

В фильтрах с большей глубиной погружения фильтрующую ткань закрепляют с помощью рамок..

Для разделения высококонцентрированных суспензий с тя­желой твердой фазой применяют вакуум-фильтры с неглубоким погружением барабана в жидкость. Эти фильтры позволяют сни­мать тонкий слой осадка, так как их фильтрующая поверхность легко очищается. Благодаря расположению съемного ножа ниже центра барабана осадок под действием силы тяжести легко отделяется от поверхности барабана, и отдувка не требуется.. Фильтры этой конструкции нашли применение для обезво­живания флотационных концентратов и промывки цианистых шламов.

Для фильтрации коллоидных и легких веществ служат вакуум-фильтры барабанного типа с намывной зернистой или волокнистой фильтрующей поверхностью. Для нанесения этого слоя ванну фильтра предварительно заполняют жидкостью, содержащей определенное количество вспомогательного филь­трующего вещества. При включении фильтра в работу на его поверхность в течение 0,5—1,0 ч наносится фильтрующий слой толщиной 25—50 мм. Для удаления осадка служит передвижной нож с острым лезвием, который снимает вместе с осадком очень тонкий слой намытого слоя фильтрующей перегородки. Нож имеет микрометрическое устройство для автоматического пере­мещения на 0,01—0,05 мм за один оборот барабана. Иногда фильтр снабжают двумя ножами, один из которых удаляет оса­док, а другой — фильтрующую перегородку.