Способы регулирования скорости фильтрации

Для каждой массы существуют свои оптимальные условия фильтрации. У жирных фаянсовых масс при толщине коржа около 20 мм процесс фильтрации практически прекращается. У фарфоровой массы этот момент наступает при толщине корда 35 мм. Тощие массы фильтруются значительно быстрее пластичных. Для быстро фильтрующихся фарфоровых масс при давлении 0,8-1,0 МПа толщина коржа составляет около 30 мм при влажности 20-23 %, время фильтрации 1,5-2,0 ч: для пластичных фаянсовых масс, содержащих большое количество глинистых материалов, давление фильтрации повышают до 1,6-1,8 Мпа, а толщину коржа снижают до 20-25 мм, время фильтрации возрастает до 2,5-3,0 ч. Оптимальная скорость фильтрации составляет 0,2 % в минуту.

На скорость фильтр-прессования и на качество получаемого осадка массы большое влияние оказывает режим давления (скорость подъема давления фильтрования). На каждом конкретном предприятии следует установить оптимальную кривую повышения давления прессования с учетом особенностей свойств массы, конструкции фильтр-прессов и насосов, подающих шликер на обезвоживание.

Характерной особенностью фильтрования является влияние на процесс двух принципиально различных групп факторов. К первой группе факторов относятся такие переменные, как:

- поверхность фильтровальной перегородки,

- разность давлений,

- время процесса фильтрования,

- толщина слоя осадка,

- вязкость жидкой фазы.

Ко второй группе факторов следует отнести размер и форму пор осадка и фильтровальной перегородки, толщину двойного электрического слоя на поверхности твердых частиц и другие реологические свойства фильтруемой суспензии.

Основными факторами, определяющими эффективность процесса фильтрования и производительность фильтра, являются:

- состав и влажность отфильтрованного осадка,

- толщина отфильтрованного осадка;

- удельное сопротивление отфильтрованного осадка напору дисперсионной среды.

При увеличении толщины слоя возрастает гидравлическое сопротивление току жидкости и возникает необходимость повышения давления фильтрации. Однако, при этом осадок массы сжимается, что приводит к уменьшению величины пор и резкому увеличению сопротивления току жидкости.

Поэтому важно не допускать резкого скачкообразного подъема давления фильтр-прессования. Кроме замедления процесса фильтрования скачкообразный подъем давления приводит к неоднородности массы по влажности (внутренние слои осадка получаются более влажными), что влечет за собой появление дефектов формования и сушки. Такое же явление наблюдается при подаче шликера толчками (при плохой работе поршневых насосов). Постоянные толчки не только сжимают осадок, но и способствуют забиванию пор осадка самыми тонкими частицами массы, что еще больше увеличивает гидравлическое сопротивление.

Следует отметить, что все перечисленные свойства в свою очередь определяются реологическими характеристиками керамической суспензии, которые зависят от природы сырьевых материалов, входящих в ее состав. Уменьшение удельного сопротивления осадка возможно за счет увеличения концентрации твердых частиц суспензии при снижении ее влажности. Однако чрезмерное уменьшение влажности шликера недопустимо из-за возникающих сложностей с его транспортировкой по шликеропроводу.

Эффективность процесса фильтрования зависит в первую очередь от способа его организации (периодичность либо непрерывность, постоянная скорость процесса фильтрования, постоянная разница давлений, переменная разница давлений, переменная скорость процесса фильтрования, разбавление жидкой фазы суспензии растворителем и т.д.).

1) Наибольшая производительность непрерывно действующих фильтров при постоянной разности давлений достигается максимально быстрым удалением осадка с фильтровальной перегородки. (В соответствии с основным уравнением фильтрования скорость фильтрации тем больше, чем меньше толщина слоя осадка на фильтровальной перегородке и объем полученного фильтрата). Для увеличения производительности фильтра на основных операциях (фильтрование, промывка и продувка осадка) целесообразно как можно чаще повторять циклы работы фильтра, подавая на него по возможности небольшие порции суспензии. Технологические параметры, обеспечивающие максимальную производительность фильтра при постоянной разности давлений, определяются аналитическим путем, суть которого заключается в следующем:

- определение функциональной зависимости средней производительности фильтра в единицу времени за весь цикл его работы от продолжительности основных операций

- определение максимального значения полученной функции (продолжительности операции фильтрования при максимальной производительности фильтра).

Существует ряд практических рекомендаций, выполнение которых обеспечит максимальную эффективность при производственных операциях фильтрования на периодически действующих фильтрах при постоянной разности давлений.

Во-первых, необходимо учитывать, что толщина слоя осадка, образовавшегося во время операции фильтрования, не должна превышать предельного значения, обусловленного размерами аппарата (предельное значение соответствует приблизительно половине толщины рамы фильтр-пресса).

Во-вторых, для достижения максимальной производительности фильтра при любом сопротивлении фильтровальной перегородки следует получать одинаковое количество фильтрата, соответствующее наибольшей производительности фильтра при сопротивлении фильтровальной перегородки, равном нулю (R_фп = 0).

В-третьих, для достижения наибольшей производительности фильтра при любом сопротивлении фильтровальной перегородки необходимо заканчивать операцию фильтрования при одной и той же толщине слоя осадка, соответствующей наибольшей производительности фильтра при R_фп= 0.

2) Наибольшая производительность периодически действующих фильтров при постоянной скорости процесса Для повышения производительности такого фильтра целесообразно по возможности увеличивать продолжительность процесса фильтрования. Однако на практике такое увеличение ограничивается максимально допустимой при фильтровании разностью давлений, которая при прочих равных условиях определяет максимально возможную толщину слоя осадка.

3)Наибольшая производительность периодически действующих фильтров при переменных разности давлений и скорости процесса

При транспортировании и подаче суспензии на фильтр поршневым насосом наблюдается сначала постоянная скорость и возрастающая разница давлений, а затем – постоянная разность давлений и уменьшающаяся скорость фильтрации.

При подаче суспензии на фильтр центробежным насосом имеет место непрерывно уменьшающаяся скорость процесса и фильтрации и возрастающая разность давлений.

Расчет максимальной производительности фильтра в этих случаях является приближенным и становится возможным, если принять допущение, что рассматриваемый процесс состоит из двух последовательных стадий, протекающих при постоянной скорости процесса фильтрования (случай 2) и постоянной разнице давлений (случай 1).

4) Наибольшая производительность фильтров при разбавлении жидкой фазы суспензии растворителем. При фильтровании суспензии, содержащей высоковязкую жидкую фазу, течение жидкости через поры осадка и фильтровальной перегородки происходит медленно, производительность фильтра падает. Напротив, при фильтровании суспензии, содержащей маловязкую фазу, но характеризующуюся высоким содержанием твердой фазы, жидкость протекает через поры осадка и фильтровальной перегородки достаточно быстро и производительность фильтра увеличивается. В особенности увеличивается производительность фильтра по осадку (из-за благоприятного соотношения объема фильтрата к объему осадка).

Вязкость жидкой фазы суспензии может быть снижена двумя способами: нагреванием суспензии или введением добавок, смешивающихся с жидкой фазой и служащих понизителями вязкости. Вязкость воды при 20 ^оС равна 0,010 пз, а при 55 ^оС – снижается до 0,005 пз. Подогрев шликера до 40-45 ^оС ускоряет процесс фильтрации на 15-20 %, повышает пластичность массы и механическую прочность сырца. При дальнейшем нагревании воды вязкость уменьшается незначительно. Не следует нагревать шликер выше 45 ^оС, т.к. это ухудшает ее качество, приводит к расслаиванию (оседанию). Кроме того, перегретый шликер плохо нагнетается насосами из-за потери высоты всасывания. Не рекомендуется фильтровать также холодный шликер, т.к. это значительно замедляет процесс фильтрования.