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 и т. 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 с формой 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 и т. 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 с наибольшим 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 1 и 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 1 на 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