ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Устройство и принцип Действия аппаратов для фильтрования Фильтры из "Основные процессы и аппараты химической технологии Кн.1" Фильтрованием называется процесс разделения суспензий и газовзвесей при помощи пористых, или фильтровальных, перегородок, задерживающих твердые частицы (дисперсную фазу), но пропускающие сплошную фазу (жидкость, газ). Осевший на перегородке слой твердых частиц с некоторым содержанием жидкости между ними называют осадком, а прошедшую через нее жидкость — фильтратом. На практике могут представлять ценность либо оба продукта фильтрования (осадок и фильтрат), либо один из них. Большим достоинством процесса фильтрования в сравнении с осаждением является возможность полного удаления из суспензий и газовзвесей содержащихся в них твердых частиц. [c.226] В простейшем виде аппарат для фильтрования, называемый фильтром, представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, разделенный горизонтальной фильтровальной перегородкой на две части. В верхнюю часть подается суспензия, которая опирается на перегородку в нижнюю часть стекает фильтрат. Движущей силой процесса фильтрования является разность давленийв обеих частях фильтра (по обе стороны фильтровальной перегородки), которая соответствует сопротивлению, встречаемому потоком фильтрата при его прохождении через образующийся слой осадка и фильтровальную перегородку. Эта разность давлений Ар создается различными способами массой столба самой суспензии, нагнетанием жидкостными насосами (Ар0,5 МПа), подачей сжатого газа (Ар0,05—0,3 МПа), вакуумированием пространства под фильтровальной перегородкой (Ар0,05—0,09 МПа), при помощи центробежной силы. [c.226] Сопротивление, встречаемое потоком фильтрата, растет по мере накопления осадка, поэтому постоянство этого потока во времени (следовательно, и максимальная производительность фильтра) может быть обеспечено лишь при непрерывном увеличении разности давлений. Такой рабочий режим осуществляется путем нагнетания суспензии поршневым насосом. При использовании сжатого газа и вакуумирования Ар = onst, поэтому с ростом высоты слоя осадка поток фильтрата уменьшается, т. е. производительность фильтра падает. Наконец, если суспензия подается центробежным насосом, то в пределах его рабочей характеристики по мере нарастания слоя осадка происходит увеличение Ар, которое сопровождается уменьшением потока фильтрата. Таким образом, практически возможны три режима фильтрования. [c.226] Заметим, что мутность фильтрата в начале фильтрования не является достаточным показателем непригодности испытываемой перегородки. Дело в том, что перегородка приобретает свою предельную задерживающую способность после непродолжительной работы в результате уменьшения эффективного размера пор осевшими в них мелкими частицами или в результате образования сводиков над входом в поры. В первом случае происходит фильтрование с закупориванием пор (все частицы задерживаются в порах, и на поверхности фильтра отсутствует осадок), во втором случае (наиболее распространенном) — фильтрование собразованием осадка. В обоих случаях размер пор не обязательно должен быть меньше размера задерживаемых твердых частиц. Чтобы исключить появление мутного фильтрата в начале фильтрования, при снятии осадка оставляют его тонкий слой на перегородке или начинают процесс при низком перепаде давлений. [c.227] В случае тонкодисперсных суспензий, а также легко деформирующихся твердых частиц закупорку пор фильтровальной перегородки и самого осадка часто можно предотвратить путем добавления к суспензии вспомогательных веществ или расположения слоя последних на перегородке. Эти вещества (диатомит, перлит, асбест, древесный уголь, силикагель и др.) образуют как бы каркас, препятствующий закупориванию пор. Если добавляемые вещества обладают адсорбционными свойствами (например, силикагель, активированный уголь), то они часто способны задерживать твердые частицы размером до 0,01 мкм или обесцвечивать жидкую фазу суспензии. Используемые вещества должны быть, разумеется, химически инертны по отношению к суспензии и нерастворимы в ее жидкой фазе, имея при этом узкий фракционный состав (частицы близких размеров). Выбор вспомогательных веществ и способа их использования производят опытным путем. [c.228] Заметим, наконец, что процесс фильтрования часто не заканчивается разделением суспензии на фильтрат и осадок. Последний до его удаления с фильтровальной перегородки часто подвергается промывке другими жидкостями для удаления остатков фильтрата, а иногда продувке холодными или нагретыми газами с целью уменьшения его влажности. [c.228] Перепад давлений по обе стороны фильтровальной перегородки (см. выше) может быть создан массой столба самой суспензии, вакуумированием, давлением газа и нагнетанием жидкостными насосами используемые в этих случаях аппараты, как уже отмечалось, называют фильтрами. Аппараты для фильтрования, где перепад давлений создается действием центробежной силы, называются фильтрующими центрифугами. Последние целесообразно применять в тех случаях, когда разделение суспензий в гравитационном поле практически невозможно. Для разделения таких суспензий в случае малой сжимаемости осадков также предпочтительны фильтрующие центрифуги. [c.228] Существует множество конструкций фильтров и попыток их классификации по разным признакам. Мы ограничимся рассмотрением наиболее распространенных фильтров, подразделив их на аппараты периодического и непрерывного действия. [c.228] К числу распространенных фильтров периодического действия, используемых для разделения разбавленных суспензий, относится фильтр-пр есс. [c.229] В стенках. На эти трубы нанизаны пористые кольца из керамики, спрессованного диатомита, стекла (рис. У-12, а). Пучок таких патронов (рис. У-12, б) помеш,ается в закрытый цилиндрический корпус с откидными крышками, где они плотно вставляются в гнезда толстой решетки с внутренними параллельными каналами. Последние сообш,аются с полостями патронов и служат для отвода фильтрата, проникаюш,его в эти полости через пористые фильтровальные элементы. Суспензия нагнетается в пространство между патронами под давлением до 0,8 МПа. По рабочему циклу и способу удаления осадка патронные фильтры аналогичны листовым. Поверхность фильтрования патронных фильтров достигает 50 м пористость патрона 40%, его длина — до 2 м, накапливаемый слой осадка 15—20 мм. [c.233] Наиболее широкое применение в химической промышленности получил барабанный ячейковый вакуум-фильтр (рис. У-13). Он состоит из горизонтального барабана с перфорированной цилиндрической стенкой, покрытой металлической сеткой и фильтровальной тканью, погруженного на 0,3— 0,4 в корытообразный сосуд. Барабан, разделенный радиальными перегородками на 12 секций (рис. У-13, а), медленно вращается (0,1—3,0 об/мин) на валу, один конец которого соединен с приводом, а другой в виде полой цапфы прижат к неподвижной распределительной головке. С последней сообщаются все ячейки барабана при помощи каналов в полой цапфе. Корпус головки разделен на 4 неравные по объему камеры, которые служат для отвода фильтрата (наибольшая камера), промывной жидкости (средняя) и сжатого воздуха (две наименьшие камеры). При вращении барабана первые две камеры последовательно присоединяются к вакуумной линии, а две другие — к линии сжатого воздуха. Суспензия подается в корыто, снабженное медленно качающейся мешалкой, предотвращающей осаждение твердых частиц. [c.234] При вращении барабана часть его ячеек постоянно погружена в суспензию (рис. У-13, б) и сообщается через распределительную головку с вакуумом, поэтому фильтрат отсасывается, и твердые частицы образуют осадок на поверхности фильтровальной ткани. Далее эти ячейки выходят из корыта, продолжая сообщаться с вакуумом, и слой осадка несколько обезвоживается посредством потока просасываемого воздуха. Затем осадок промывается, причем промывная жидкость благодаря сообщению ячеек с вакуумом уходит через свои каналы в распределительной головке. Далее, через слой осадка с целью его подсушки снова просасывается воздух, после чего ячейки сообщаются с линией сжатого воздуха для отрыва осадка от фильтровальной ткани и его разрыхления. На короткое время ячейка отключается от сжатого воздуха для съема осадка и вновь подключается к нему для продувки с целью регенерации фильтровальной ткани. Совершив полный оборот, ячейка снова погружается в суспензию и ее рабочий цикл повторяется. [c.234] Таким образом, процесс фильтрования включает семь стадий 1) образование осадка и отсасывание фильтрата 2) просасывание воздуха через слой осадка для частичного удаления остатка фильтрата 3) промывку осадка 4) просасывание воздуха через слой осадка для частичного удаления остатка промывных вод 5) отрыв и разрыхление осадка 6) съем осадка 7) регенерацию фильтровальной ткани. В стадиях 1—4 ячейки барабана присоединены к вакуумной линии, а в стадиях 5 и 7 — к линии сжатого воздуха. [c.234] Во избежание растяжения при продувке сжатым воздухом фильтровальная ткань прижимается к поверхности барабана спирально намотанной тонкой проволокой. В случае возможного растрескивания осадка и нарушения вакуума из-за просасывания воздуха через треш,ины в осадке иногда заглаживают последние покровной лентой, движуш,ейся благодаря контакту с поверхностью осадка. [c.236] Способ удаления осадка зависит от его структуры и толщины (рис. У-13, в). Плотные осадки толщиной 8—10 мм снимают ножом в виде наклонной широкой металлической полосы, устанавливаемой вдоль образующей барабана на некотором расстоянии от его поверхности. Для удаления слоя осадка толщиной 2—4 мм используют тонкие параллельно расположенные бесконечные шнуры с расстоянием между ними 6—25 мм. Вследствие трения о поверхность фильтровальной ткани шнуры перемещаются по замкнутому пути, огибая натяжной и направляющий ролики. Шнуры отделяются от ткани вместе с осадком и освобождаются от него при огибании натяжного ролика. Более тонкие слон осадка удаляются съемным резиновым валиком, вращающимся в направлении, противоположном вращению барабана с валика прилипший осадок снимается ножом. Наконец, очень тонкие слои осадка (около 1 мм) снимаются так называемым методом сходящего полотна. Здесь фильтровальная ткань совершает тот же путь, что и бесконечные шнуры. В точке окончания цикла фильтрования ткань сходит с поверхности барабана и, пройдя разгрузочный ролик, где осадок снимается ножом, а также ролик для промывки, возвращается на поверхность барабана. [c.236] Твердые частицы тонкодисперсных суспензий очень быстро закупоривают поры фильтровальных тканей, поэтому последние заменяют намывной зернистой фильтровальной перегородкой из вспомогательного материала (например, из зерен кизельгура) толщиной 50—75 мм, Для этой цели в корыто фильтра загружают густую суспензию вспомогательного материала, и при нормальном режиме работы фильтра, но с выключенным съемным устройством накапливают в течение 30—60 мин осадок указанной толщины. После этого начинают подачу фильтруемой суспензии и при помощи передвижного ножа с острым лезвием постепенно снимают намывной слой вместе с задержанным в его порах осадком. Нож обычно перемещается со скоростью 0,01—0,05 мм за один оборот барабана. Намывной слой периодически возобновляют. [c.236] Барабанные ячейковые вакуум-фильтры имеют поверхность до 40 м (диаметр барабана 1—3 м, длина 0,35—4 м), вращаются с частотой 0,1—3 об/мин и приводятся в движение электромотором мощностью 0,1—4,5 кВт. Конструкционные материалы для фильтров выбирают в соответствии с их химической стойкостью. [c.236] В отличие от карусельного фильтра у тарельчатого фильтра (рис. У-16) низкие радиальные стенки соседних путчей сделаны общими, поэтому образуется непрерывное кольцо фильтровальных ячеек. Это кольцо опирается на пустотелый диск с низким бортом, разделенный на секторы-ячейки, который вращается на полом валу. Каждая ячейка соединена через каналы в полом валу с распределительной головкой, расположенной под диском. Операции подачи суспензии, отвода фильтрата, многократной промывки и продувки осадка чередуются в той же последовательности, что и у карусельного фильтра. В данном случае нутчи, однако, не опрокидываются и осадок после его разрыхления сжатым воздухом снимается ножом. Тарельчатые фильтры имеют диаметр 1,3—4,2 м и рабочую поверхность 1 — 12 м . Помимо громоздкости (большая производственная площадь), недостатком фильтра является также затруднительность снятия осадка и очистки ткани. [c.239] Большое число типов и конструкций фильтров объясняется чрезвычайным разнообразием разделяемых суспензий. Выбор рационального фильтра производится на основе результатов экспериментальных исследований лабораторных и полупромышленных аппаратов. [c.241] Вернуться к основной статье