Изучить материал лекции, самостоятельно рассмотреть и проработать более детально процессы обезвоживания ПИ.

Кроме непрерывности действия и большой производительности (со­ставляющей иногда 3000 т/сутки осадка) гребковые отстойники обладают следующими достоинствами: в них достигается равномерная плотность осадка, имеется возможность регулирования ее путем изменения произво­дительности, обеспечивается более эффективное обезвоживание осадка вследствие легкого взбалтывания его мешалкой. Работа таких отстойни­ков может быть полностью автоматизирована. К недостаткам этих аппа­ратов следует отнести их громоздкость. Гребковые нормализованные сгустители имеют диаметр от 1,8 до 30 м, а в некоторых производствах, на­пример для очистки воды, отстойники достигают в диаметре 100 м.

При необходимости установки ряда отстойников значительных диа­метров занимаемая ими площадь будет велика. В целях уменьшения этой площади применяют многоярусные отстойники, состоящие из нескольких аппаратов, установленных друг на друга. Различают многоярусные сгустители закрытого и сбалансированного типов.

Простейший многоярусный отстойник закры­того типа (рис. 63, а) представляет собой несколько отстойников, поставленных друг на друга и имеющих общий вал для гребковых меша­лок и соответственно — общий привод. На рис. 63 для простоты показаны лишь два расположенных один над другим отстойника. В местах прохода вала сквозь днище каждого отстойника установлены уплотняющие саль­ники. Таким образом, в этих отстойниках слив осветленной жидкости и выгрузка осадка осуществляются раздельно из каждого яруса.

Рис. 63. Многоярусные отстойники закрытого (а) и сбалансированного (б) типов: 1 — распределитель исходной суспензии; 2 — труба-стакан для ввода суспензии в каждый яруса; 3 — коллектор для сбора осветленной жидкости; 4 — сборник осадка (шлама).

Более совершенными являются многоярусные отстой­ники сбалансированного, или уравновешен­ного, типа (рис. 63, б). Такие отстойники также имеют общие вал и привод, но, в отличие от отстойников закрытого типа, их ярусы после­довательно соединены по шламу: стакан для удаления шлама из каждого вышерасположенного яруса опущен нижним концом в слой сгущенного шлама нижерасположенного яруса.

Отстойники работают следующим образом: исходная суспензия из распределительного устройства / подается через стаканы 2 в каждый ярус. Осветленная жидкость через сливные патрубки собирается в кол­лектор 3. Сгущенный осадок при применении отстойника закрытого типа удаляется раздельно из каждого яруса в сборники 4, а в случае отстойни­ка сбалансированного типа — только из нижнего яруса.

Таким образом, в аппаратах закрытого типа дно каждого яруса вос-1ринимает давление всей массы находящейся в нем суспензии, а у отстойников сбалансированного типа нагрузку на дно испытывает только нижний ярус. В отстойниках сбалансированного типа не требуется спе­циальных уплотнений в местах прохода вала сквозь днища ярусов.

Сгустители изготавливают с площадью сгущения 50; 100; 200; 1000 м².

2. Фильтрование – процесс разделение жидкой и твердой фаз пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давлений, создаваемой разряжением или избыточным давлением воздуха.

Фильтрованием называют процесс разделения суспензий с ис­пользованием пористых перегородок, которые задерживают твердую фазу суспензии и пропускают ее жидкую фазу.

Разделение суспензии, состоящей из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц, производят при помощи фильтра (рис. 64), кото­рый в простейшем виде является сосудом, разделенным на две части фильтровальной перегородкой. Суспензию помещают в одну часть этого сосуда так, чтобы она соприкасалась с фильтровальной перегородкой. В разделенных частях сосуда создают разность дав­лений, под действием которой жидкость проходит через поры фильтро­вальной перегородки, причем твердые частицы задерживаются на ее поверхности. Таким образом, суспензия разделяется на чистый филь­трат и влажный осадок. Этот процесс разделения суспензии назы­вают фильтрованием с образованием осадка. Иногда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и задер­живаются там, не образуя, осадка. Такой процесс называют фильтрованием с закупориванием пор. Возможен также промежуточный вид фильтрования, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и образуют на ней слой осадка.

Рис. 64. Схема процесса фильтрования:

1— фильтр; 2 — фильтровальная

перегородка; 3 — суспензия; 4 — фильтрат; 5 — осадок

Возникновение указанных видов фильтрования связано со сложной взаимоза­висимостью между свойствами суспензии и фильтровальной перегородки.

Твердые частицы, увлекаемые потоком жидкости к фильтровальной перегородке, попадают в различные условия. Твердая частица задерживается на поверхности фильтровальной перегородки, если размер пор на этой поверхности меньше размера частицы. При условии, что размер твердой частицы меньше размера поры в самом уз­ком ее сечении, частица может пройти через фильтровальную перегородку вместе с фильтратом. Однако она может задержаться внутри фильтровальной перегородки в результате адсорбции на стенках поры или механического торможения на том ее участке, который имеет неправильную фор­му. Такая застрявшая частица будет уменьшать эффективное сечение поры, и вероятность задержи­вания в ней последующих твердых частиц увели­чивается. Возможен также случай, когда отдель­ная твердая частица полностью закупоривает пору и делает ее непроходимой для других частиц. Нако­нец, небольшая по сравнению с порами твердая ча­стица может, несмотря на это, не войти в пору и остаться на поверхности фильтровальной перегород­ки. Это происходит, если над входом в пору на по­верхности перегородки образуется сводик из не­скольких относительно небольших твердых частиц, который пропускает жидкость и задерживает другие твердые частицы. Образование сводика происходит лишь при достаточно высокой концентрации твер­дых частиц в суспензии.

Разность давлений по обе стороны филь­тровальной перегородки создают разными способами, в результате чего осуществляют различные процессы фильтрования.

Если пространство над суспензией сообщают с источником сжатого газа (обычно воздуха) или пространство под фильтровальной перегородкой присоединяют к источнику вакуума, то происходит процесс филь­трования при постоянной разности давлений, поскольку давление в ресиверах поддерживается постоянным. При этом скорость процесса уменьшается в связи с увеличением сопротивления слоя осадка возрастающей толщины. Аналогичный процесс фильтрования, встречающийся в производственных условиях относительно редко, про­исходит под действием разности давлений, обусловленной гидростатиче­ским давлением слоя суспензии постоянной высоты, находящейся над фильтровальной перегородкой.

Если суспензию подают на фильтр поршневым насосом, производитель­ность которого при данном числе оборотов электродвигателя постоянна, то осуществляется процесс фильтрования при посто­янной скорости; при этом разность давлений увеличивается вследствие уже упоминавшегося увеличения сопротивления слоя осадка возрастающей толщины.

Если суспензию транспортируют на фильтр центробежным насосом, производительность которого при данном числе оборотов электродвига­теля уменьшается при возрастании сопротивления осадка, что обусловли­вает повышение разности давлений, то производится процесс фильтрования при переменных разности дав­лений и скорости.

Одной из основных характеристик, используемых для классификации фильтров, является периодичность или непрерывность их действия, в связи с чем они подразделяются на фильтры пер иодического и непрерывного действия. Для осуществления процессов фильтрования с образованием осадка применяют как периодически, так и непрерывно действующие фильтры. Для проведения процессов филь­трования с закупориванием пор используют фильтры периодиче­ского действия. На фильтрах периодического действия осуществляют лю­бой режим фильтрования, на фильтрах непрерывного действия практи­чески — лишь режим фильтрования при постоянной разности давлений. Для производств малой мощности при большом ассортименте выпускае­мых продуктов могут быть рекомендованы фильтры периодического дей­ствия. Для производств большой мощности и производств с непрерывным технологическим процессом необходимы фильтры непрерывного действия.

По способу создания разности давлений фильтровальное оборудова­ние может быть подразделено на фильтры, работающие под ваку­умом, и фильтры, работающие под давлением. В ряде случаев фильтр, в основе действия которого лежит определенный принцип, может работать и под вакуумом, и под давлением при соответствующем измене­нии его конструкции. По конструктивным соображениям целесообразно использовать, где это возможно, фильтры, работающие под вакуумом, поскольку фильтры, работающие под давлением, должны быть механически более прочными. Однако в тех случаях, когда осадок обладает существен­ным гидравлическим сопротивлением, но не слишком большой сжимае­мостью, целесообразно применять фильтры, работающие под давлением.

Принята также классификация по взаимному направлению силы тя­жести и движения фильтрата. Такая классификация основана на том, что для проведения процессов фильтрования и создания оптимальных усло­вий для работы фильтров большое значение имеют процессы осаждения твердых частиц суспензии под действием силы тяжести. В соответствии с этой классификацией различают фильтры с противоположными (угол 180°), совпадающими (угол 0°) и перпендикулярными (угол 90°) направ­лениями силы тяжести и движения фильтрата.

Число конструкций фильтровального оборудования очень велико. Ниже будут рассмотрены принцип действия и основные особенности лишь некоторых наиболее распространенных типов фильтров.

Нутч-фильтры. Нутч представляет собой наиболее простой фильтр периодического действия, работающий под вакуумом или давлением, в котором направления силы тяжести и движения фильтрата совпадают.

Нутч, работающий под вакуумом, изготавливается в виде прямоугольного или круглого открытого резервуара с плоским или выпуклым дном, над которым на некотором расстоянии находится ложное дно, предназначенное для поддержания горизонтальной фильтро­вальной перегородки. Суспензия заливается на нутч сверху и в простран­стве под ложным дном создается вакуум, в результате чего жидкая фаза суспензии проходит в виде фильтрата сквозь фильтровальную перегород­ку и удаляется из нутча, а твердая фаза суспензии в виде осадка накапли­вается на этой перегородке. Преимуществом такого нутча является про­стота конструкции, а недостатком — необходимость удаления осадка вручную.

Существует несколько более сложных конструктивных модификаций описанного нутча, разработанных с целью исключить удаление осадка из нутча вручную. К их числу относятся: опрокидывающийся нутч, нутч с откидным дном и нутч с поднимаю­щейся мешалкой, при помощи которой осадок взмучивается и удаляется из фильтра в виде суспензии.

Однако эти изменения не разрешили полностью вопрос о рациональном способе удаления осадка из нутча: ручной труд отчасти сохранился; увеличилась высота по­мещения в связи с устройством бункеров (для приема осадка с опрокидывающегося нутча) и поднимающихся мешалок; возможность удаления осадка в виде суспензии ограничена.

Одна из конструкций нутча, работающего под давле­нием не более 3 am, показана на рис. 65. Нутч состоит из кор­пуса 1 с рубашкой 2, съемной крышки 3 и перемещающегося дна 4; филь­тровальная перегородка 5, расположенная на опорной перегородке 6, представляет собой ткань или слой волокон (в последнем случае над пе­регородкой 5 помещают защитную сетку 7). Над фильтровальной перего­родкой находится кольцевая перегородка 8 высотой 150 мм, поддержи­вающая осадок во время его выгрузки. Обе перегородки укреплены на дне нутча, которое для удаления осадка опускается на 200 мм и поворачи­вается на такой угол, чтобы осадок можно было снять с фильтровальной перегородки вручную. Для подачи суспензии и сжатого воздуха служат штуцера 9 и 10, для удаления фильтрата — штуцер 11; фильтр снабжен также предохранительным клапаном 12.

В простейшем случае цикл работы на описанном нутче состоит из сле­дующих операций: наполнение нутча суспензией, разделение суспензии под давлением сжатого газа, удаление осадка с фильтровальной перего­родки и регенерация последней. Такие нутчи имеют диаметр до 1 ж и емкость до 0,5 м³.

Достоинством всех нутчей является возможность равномерной и полной промывки осадка, поскольку промывная жидкость может быть равномерно распределена по всей его поверхности в необходимом коли­честве. Общий недостаток нутчей — относительно большая занимаемая ими площадь помещения, приходящаяся на 1 м² поверхности фильтрова­ния.

В настоящее время сохранили значение лишь сравнительно неболь­шие нутчи, которые используются для лабораторных и полузаводских работ, а также для разделения суспензий в производствах малой мощности.

Рис. 65. Нутч, работающий под давлением до 3 ат:

1 — корпус; 2 — рубашка; 3 — съем­ная крышка; 4 — перемещающееся дно; 5 — фильтровальная перегород­ка: в — опорная перегородка; 7— защитная сетка; 8 — кольцевая пе­регородка; 9 — штуцер для подачи суспензии; 10 — штуцер для пода­чи сжатого воздуха; 11 — штуцер для удаления фильтрата; 12 — пре­дохранительный клапан

Фильтрпрессы. Фильтром периодического действия, работающим под давлением, является фильтрпресс с вертикальными рамами (плиточно-рамный фильтрпресс), в котором направления силы тяжести и движения фильтрата перпендикулярны. Этот фильтр можно рас­сматривать как ряд нутчей небольшой высоты и особой конструкции, раз­мещенных вертикально вплотную один к другому, в результате чего до­стигается большая поверхность фильтрова­ния, отнесенная к единице производственной площади, занимаемой фильтром.

Рис. 66. Фильтрпресс с вертикальными рамами (плиточно-рамный фильтрпресс): 1 — плиты- 2 — рамы- 3 — опорный брус- 4 — неподвижная плита; 5 — подвижная плита; 6 —

гидравлическая система; 7 — штуцер для подачи суспензии; 8 — штуцера для подачи промывной жидкости; 9 — кран для удаления фильтрата.

Фильтрпресс с вертикальными рамами (рис. 66) состоит из чередующихся плит 1 и рам 2 одинаковых размеров. Плиты и ра­мы опираются боковыми ручками на два па­раллельных бруса 3. Между соприкасающи­мися поверхностями плит и рам имеются тканевые фильтровальные перегородки. Ра­мы и плиты, уплотненные по периметру края­ми этих перегородок, прижимаются к непод­вижной плите 4 при помощи перемещающей­ся на роликах подвижной плиты 5, на кото­рую действует давление жидкости, разви­ваемое гидравлической системой 6. Суспен­зия поступает по штуцеру 7, а промывная жидкость — по штуцерам 8. Штуцера 7 и 8 расположены на неподвижной плите и со­общаются с каналами, которые образованы совпадающими отверстиями в плитах и ра­мах. Фильтрат и промывная жидкость уда­ляются через краны 9.

Плиты имеют по краям глад­кую поверхность, а в середине — рифле­ную с желобками. Плиты покрыты фильтровальной перегород­кой и снабжены кранами для удаления фильтрата и промывной жид­кости. Краны через каналы и два других, почти перпендикулярных им канала (на рисунке не показаны), оканчивающихся у желобков, соединены с пространствами внутри двух рам, смежных с данной плитой. В плитах и рамах выполнены отверстия 5 и 6, которые образуют каналы для про­хода суспензии и промывной жидкости. В фильтровальных перегородках сделаны отверстия, точно совпадающие с отверстиями в рамах и плитах.

Листовые фильтры. Эти фильтры относятся к работающим под давле­нием аппаратам периодического действия, в которых направления силы тяжести и движения фильтрата перпендикулярны. Особенностью листо­вого фильтра, как и плиточно-рамного фильтрпресса, является большая поверхность фильтрования, отнесенная к единице занимаемой им пло­щади помещения. Это достигается размещением вертикальных фильтро­вальных листов на небольшом расстоянии один от другого.

Существуют несколько конструкций листовых фильтров. Рассмотрим вертикальный фильтр с прямоугольными ли­стами (рис. 67), применяемый, в частности, на хлорных заводах для фильтрования рассола, поступающего в электролизеры. Фильтр состоит из цилиндрического резервуара 1 с коническим дном 2, съемной крышки 3, плоских фильтровальных листов 4, опирающихся на планку 5 и коллек­тор для фильтрата 6. Суспензия поступает в фильтр по штуцеру 7; жид­кая фаза ее проходит внутрь фильтровальных листов, собирается в кол­лекторе и в виде фильтрата уходит из аппарата через штуцер 8; твердая фаза накапливается в виде осадка на внешней поверхности фильтроваль­ных листов, сбрасывается с нее обратным толчком сжатого воздуха или воды и удаляется из аппарата по штуцеру 9.

Фильтровальный лист представляет собой стальную гуммированную раму, в которую вставлена рифленая с обеих сторон доска из дерева твер­дой породы, причем рама и доска обтянуты тканью, например поливинилхлоридной.

Рис. 67. Вертикальный листовой фильтр:

7 — цилиндрический резервуар-2 - коническое дно; 3 - съем­ная крышка; 4 — плоский филь­тровальный лист; 5—опорная планка; 6—коллектор для филь­трата; 7 — штуцер для подачи суспензии; S - штуцер для от­вода фильтрата; 9 — штуцер Для удаления осадка

По сравнению с фильтрпрессом описанный фильтр обеспечивает луч­шие условия промывки осадка, меньшее изнашивание фильтровальной ткани и более легкое обслуживание. К недостаткам этих фильтров отно­сятся: трудность контроля толщины осадка, необходимость перемешива­ния суспензии путем ее рециркуляции (для предотвращения осаждения твердых частиц) и несколько сложная замена ткани.

Барабанные фильтры. Рассмотрим барабанный в а к у ум-фильтр с наружной поверхностью филь­трования. Этот фильтр представляет собой аппарат непрерывного действия, работающий под вакуумом и характеризующийся в основ­ном противоположными направлениями силы тяжести и движения филь­трата.

Фильтр (рис. 68 ) имеет горизонтальный цилиндрический перфори­рованный барабан 1, покрытый снаружи фильтровальной тканью. Ба­рабан вращается вокруг своей оси и на 0,3—0,4 своей поверхности по­гружен в суспензию, находящуюся в резервуаре 4. Поверхность фильтро­вания барабана разделена по его образующим на ряд прямоугольных ячеек, изолированных одна от другой. Ячейки при движении по окружности присоединяются в определенной последовательности к источникам вакуума и сжатого воздуха.

Каждая ячейка соединяется трубкой 2 с различными полостями не­подвижной части распределительного устройства 3, которое будет опи­сано далее. При этом ячейка проходит последовательно зоны фильтрования, первого обезвоживания, промывки, второго обезвоживания, удале­ния осадка и регенерации ткани.

В зоне фильтрования ячейка соприкасается с суспензией, находящей­ся в резервуаре 4 с качающейся мешалкой 5, и соединяется трубкой с полостью 6, которая сообщается с источником вакуума. При этом фильтрат через трубку и полость уходит в сборник, а на поверхности ячейки обра­зуется осадок.

Рис. V-21. Схема действия барабанного вакуум-фильтра с наружной поверхностью фильтрования:

1 — барабан; 2 — соединительная трубка: 3 — распределительное устройство; 4 — ре­зервуар для суспензии; 5 — качающаяся мешалка; в, 8 — полости распределитель­ного устройства, сообщающиеся с источником вакуума; 7 — разбрызгивающее уст­ройство; 9 — бесконечная лента: 10— направляющий ролик; 11, 13 — полости распределительного устройства, сообщающиеся с источником сжатого воздуха; 12 — нож

для съема осадка.

В зоне первого обезвоживания осадок соприкасается с атмосферным воздухом, а ячейка соединяется с той же полостью 6. Под действием ва­куума воздух вытесняет из пор осадка жидкую фазу суспензии, которая присоединяется к фильтрату.

В зоне промывки на частично обезвоженный осадок из разбрызгиваю­щих устройств 7 подается промывная жидкость, а ячейка соединяется трубкой с полостью 8, которая также сообщается с источником вакуума. Промывная жидкость через трубку и полость уходит в другой сборник.

В зоне второго обезвоживания промытый осадок также соприкасается с атмосферным воздухом, а ячейка остается соединенной с той же по­лостью 8, поэтому промывная жидкость вытесняется из пор осадка и ухо­дит в сборник. Для предотвращения образования в осадке трещин во вре­мя промывки и последующего обезвоживания на него накладывается часть бесконечной ленты 9, которая вследствие, трения об осадок переме­щается по направляющим роликам 10.

В зоне удаления осадка ячейка соединяется трубкой с полостью 11, которая сообщается с источником сжатого воздуха. Под действием по­следнего осадок разрыхляется и отделяется от ткани, после чего скользит по поверхности ножа-12 и поступает на дальнейшую обработку.

В зоне регенерации ткань продувается сжатым воздухом в направле­нии, противоположном направлению движения фильтрата сквозь ткань; при этом воздух поступает в ячейку по трубке из полости 13.

Выводы: