Аппараты для очистки газов

АППАРАТЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ

Разделение суспензий является одной из основных операций в технологии неорганических веществ, особенно в технологии со­лей. Эта операция может выступать как подготовительная, про­межуточная и заключительная стадия производств, характеризую­щихся различной мощностью и степенью автоматизации.

Движущей силой процессов разделения суспензии могут быть гравитационное поле земного шара, перепад давлений и центро­бежная сила. В зависимости от использования указанных потен­циалов и конструкций аппараты для разделения подразделяют на отстойники, фильтры, центрифуги и гидроциклоны.

Процесс фильтрования складывается из нескольких отдельных операций: собственно фильтрование, промывка осадка, его обез­воживание и удаление с фильтровальной перегородки. На проте­кание этих процессов решающее влияние оказывают физико-хи­мические свойства веществ и их суспензий (концентрация, дисперс­ность осадка и его сжимаемость, адгезионные свойства и т. д.).

Ввиду разнообразия технологических условий и физико-хими­ческих свойств суспензий разработаны аппараты различных кон­струкций, приспособленные проводить процессы разделения сус­пензий и промывку осадков в оптимальных режимах;

 

ОТСТОЙНИКИ

Процесс отстаивания используют для отделения жидкой фазы суспензий от твердой (в процессах очистки рассолов и сточных вод, водоподготовки И т. п.) либо для повышения концентрации твердой фазы (обычно проводят перед подачей суспензий на фильтры или центрифуги). В последнем случае отстойники назы­вают сгустителями.

Принцип работы отстойников основан на использовании энер­гии гравитационного поля земного шара.

Скорость v _oc осаждения (или всплывания) твердых частиц в жидкости может быть рассчитана, исходя из закона Стокса, по формуле:

v _oc = . (1)

Здесь d_ч - диаметр частиц, g-ускорение силы тяжести; - плотность вещества частиц твердой фазы; - плотность жидкости; - вязкость жидкости.

Как видно из этой формулы, чтобы ускорить процесс осажде­ния, нужно уменьшить вязкость жидкости (например, путем ее нагревания) и увеличить размер частиц твердой фазы.

Отстаивание при высоких температурах проводят обычно в тех случаях, когда необходимость нагрева раствора связана с потреб­ностями основных технологических стадий процесса. Например, очищенный раствор хлорида натрия, подаваемый на электролиз, должен иметь температуру 80⁰С, поэтому на стадии очистки рас­сола от солей кальция и магния в отстойниках поддерживают оптимальную температуру 50⁰с.

Увеличить размер частиц дисперсной фазы можно, создавая специальные условия кристаллизации. Однако во многих случаях их размеры, обусловленные природой кристаллизующегося вещества, остаются весьма малыми (1-10 мкм). Такие частицы осе­дают очень медленно (менее 0,1 м/ч), и получается довольно устойчивая суспензия. Причиной такой устойчивости является гид­ратация (сольватация) поверхности взве-шенных частиц, которая препятствует их слипанию и рекристаллизации. Ускорить оседание частиц можно за счет добавления в суспензию коагулянтов (фло­кулянтов), которые вызывают образование хлопьевидной струк­туры твердой фазы. Образовавшиеся хлопья оседают со значи­тельно большей скоростью (до 5-7 м/ч).

Однако присутствие коагулянтов допускается, если осадок не является целевым продуктом. В качестве коагулянтов используют хлориды и сульфаты алюминия и железа, крахмал, муку и поли­акриламид (0,1-0,3 % от массы шлама).

Формула (1) исходит из допущения, что оседающая частица имеет форму шара и дви-жется свободно в ламинарном режиме (Re <2). В случае переходного режима (Re = 2 500) и замет­ного отклонения формы частиц от шарообразной в уравнение Стокса вводят различные поправки. Однако учитывая, что отстой­ник проектируется в расчете на осаждение самых мелких частиц, находящихся в суспензии, а также, что кри-терий Рейнольдса Re при оседании даже крупных кристаллов ( 200 мкм) часто не превышает 5, формулу (1) можно использовать для расчета от­стойников крупно- и сред-нетоннажных производств технологии не­органических веществ.

Вместо диаметра частиц в формулу подставляют их приведен­ный размер, опреде-ленный с помощью седиментационного или си­тового анализа. В последнем случае рассчитанное значение v _oc следует умножить на коэффициент формы

v^/ _oc = v _oc Для частиц круглой формы (например, NаНСО_з) принимают = 0,77, для некру-глых частиц (NaCI, NаNО_з, MgS0₄· 6Н₂О) - = 0,66, для продолговатых (MgS0₄ 7Н₂О) - = 0,58, для пластинчатых [АI (ОН) з] - = 0,43. Если же размер частиц взят из данных седиментационного анализа, то =1.

На практике процесс отстаивания суспензии всегда протекает в режиме стесненного осаждения. Скорость стесненного осаждения можно рассчитать по эмпирической формуле:

v _oc= v^/ _{oc , (3)} где - объемная доля жидкой фазы.

= V _ж/(V _ж + V _т ) = Х/(Х + _ж/ _т), (4)

V _ж, V _т, - соответственно объемы жидкой и твердой фазы; Х - массовое отношение жидкой и твердой фазы.

Уравнение (3) справедливо при > 0,7, что установлено практикой технологии неорганических веществ. Обычно суспензии крупнокристаллических веществ сгущают перед подачей на фильт­рование до значения отношения Ж/Т = 1,5 2, а суспензии вы­сокодисперсных веществ (например, ВаСО_з или BaS04) - до Ж/Т = 3, обеспечивающих возможность ее перекачивания на сле­дующие технологические стадии. Сгущать высокодисперсные (тон­кие) суспензии до более низких значений Ж/Т нежелательно вви­ду возможного образования тиксотропной системы.

Определив скорость стесненного осаждения частиц, рассчиты­вают площадь отстой-ника:

F = G _осв / , (5) где О_осв - масса осветленной жидкости, кг.

Для обеспечения надежности работы отстойника значение пло­щади поверхности, рассчитанное по формуле (5), в случае цeнтрального ввода суспензий рекомендуется увеличить на 30-35% из-за возможности вихреобразования, условности выбора коэф­фициента и т. д.

Скорость оседания хлопьевидного осадка невозможно рассчи­тать на основании уравнений (1-3). В данном случае необхо­димо иметь экспериментальные данные о скорости движения гра­ницы осветленного слоя.

Если преобразовать уравнение (5), получим:

V _осв = Fv _ст

Отсюда видно, что объемная производительность отстойника V _осв(/м³/с) зависит от его площади и скорости оседания частиц и не зависит от высоты. Поэтому высоту отстойника принимают конструктивно, исходя из технологических соображений.

По способу ввода суспензии отстойники можно подразделить на аппараты с центральным и периферийным вводом. При центральном вводе суспензии в зоне ввода наблюдается турбулизация жидкости, что уменьшает полезную площадь отстойника. При периферийном вводе, благодаря большой площади кольцевого се­чения, скорость исте-чения суспензии из-под кольцевой перегородки очень мала, и оседающие частицы не испытывают возмущения потока.

В табл. 1 приведены основные размеры наиболее часто используемых типовых отстойников.

Табл.1

Основные размеры отстойников непрерывного действия (ГОСТ 10876 - 75)

 

Диаметр, м	Глубина, м	Площадь осаждения, м2	Продолжительность одного оборота вала, мин	Мощность электродвигателя, кВт
2,5 4,0 6,0 9,0 12,0 15,0 18,0	1,5 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 3,6		2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0	0,81 1,1 2,2 3,0 3,0 4,0 4,0

 

Отстойник с периферийным вводом суспензии (Рис.1) работает следующим обра-

Рис. 1. Отстойник с периферийным вводом суспензии: 1- кольцевой желоб; 2 - кольцевая перегородка; 3 - корпус; 4 - гребковая ферма; 5-­устройство для уплотнения шлама; 6 - разгрузочный штуцер; 7 - сливная труба; 8-­кольцевой резервуар.

зом. Смесь сырого рассола с реактивами вводится в карман кольцевого желоба 1 и благодаря его уклону растекается по нему, пере-ливаясь через борта в коль-цевое пространство, обра-зованное корпусом отстой-ника 3 и кольцевой пере-городкой 2. Кольцевое про-странство служит одновре-менно реактором, в кото-ром образуется твердая фаза. Осевший шлам отгре-бается гребковой фермой 4, делающей один оборот за 12 мин., к центру и непре-рывно отводится через нижние штуцеры 6. Осветленный рассол через центральный открытый кольцевой резервуар и присоединенную к нему трубу 7.

 

При переработке больших объемов жидкостей может возникнуть необходимость установки нескольких отстойников большого диаметра, что приведет к резкому уве-личению капитальных затрат. С целью сокращения последних используют многоярусные от­стойники. Наиболее совершенными являются отстойники сбалансированного типа, например четырехкамерный отстойник, приме­няемый в производстве глинозема для отделения алюминатного раствора от «красного шлама».

Рис. 2. Четырехкамерный отстойник: 1- диафрагма; 2 - гребки; 3 - переточный стакан; 4 - распределительная коробка; 5 - кольцевой желоб; 6 - сливная коробка; 7 - сливной штуцер; 8 - сливные трубы; 9 - конус нижней камеры; 10 - разгрузочный штуцер.

Отстойник (рис. 2.) представляет собой цилиндрическую ем­кость диаметром 20 м и высотой 10,5 м, поделенный диафрагма­ми 1 на четыре камеры, которые сообщаются между собой через переточные стаканы 3. Осевший шлам сдвигается гребками 2 к центру и по переточным стаканам поступает с каждого яруса в корпус 9 ниж-ней камеры, откуда непрерывно удаляется через шту­цер 10 с помощью насоса. Камеры отстойника работают парал­лельно. Для распределения суспензии между камерами служит распределительная коробка 4. По периферии отстойника установ­лены четыре сливные коробки 6. Слив из верхней каме-ры поступает в сливную коробку через кольцевой желоб 5, из остальных же камер - по сливным трубам 8. В верхней своей час-ти сливные трубы снабжены телеско-пическими устройствами, позволяющими поднимать или опускать уровень слива в той или иной камере и тем самым регулиро-

вать в ней уровень границы осветленного слоя. Осветленный раствор удаляется из сливной коробки через шту­цер 7.

Общая площадь поверхности осаждения четырехъярусного от­стойника составляет 1256 м²

Независимая параллельная работа камер возможна благодаря разнице плотностей осветленного раствора и сгущенной суспензии, а также наличию гидрозатвора, который образуют переточные стаканы, опущенные в слой сгущенной суспензии.

Для сгущения быстроразделяющихся суспензий применяют обычно отстойники, имеющие угол при вершине конического дни­ща 120⁰. Они также снабжены тихоходными мешалками.

К достоинствам отстойников относят низкие энергетические за­траты на разделение суспензий, простоту устройства, а следова­тельно, высокую надежность в работе и простоту ремонта и из­готовления. Отстойники имеют большую производительность и могут разделять суспензии с высокими значениями отношений объема жидкости к объему твердой фазы.

Недостатками отстойников являются низкая степень разделе­ния и большие габариты.

Фильтры - устройства, в которых разделение жидкостного или газового потока и твердых примесей осуществляется путем пропу­скания сквозь пористую перегородку.

В технологии неорганических веществ применяют фильтры различных конструкций; барабанные, дисковые, ленточные и карусельные вакуум-фильтры, листовые, фильтр-прессы рамные и автоматические типа ФПАКМ, нутч-фильтры. Такое разнообразие конструкций объясняется существенным различием свойств сус­пензии и разным назначением процесса фильтрования.

Фильтровальные перегородки являются основным элементом фильтров. От пра-вильного их выбора во многом зависят произво­дительность фильтров, чистота фильтрата, срок службы перего­родки, а следовательно, и экономичность процесса фильтрования. Они должны отвечать следующим требованиям: быть устойчивыми к воздействию среды, иметь достаточную механическую прочность и теплостойкость, хорошо задерживать твердые частицы, иметь низкое гидравлическое сопротивление и малую адгезию к осадку.

В качестве фильтровальных перегородок обычно используют различные ткани. Они отличаются способом переплетения нитей, степенью их кручения и толщиной, числом нитей основы и утка на единицу длины и т. д. Эти характеристики определяют свой­ства ткани применительно к процессу фильтрования.

Наиболее широкое применение нашли хлопчатобумажные тка­ни (бязь, миткаль, диагональ, бельтинг). Их используют для раз­деления нейтральных суспензий при температуре до 100⁰С. В кис­лой и щелочной среде они довольно быстро разрушаются.

Кроме хлопчатобумажных применяют также шерстяные, стек­лянные, перхлорви-ниловые (хлориновые), полиамидные, лавсано­вые и другие ткани.

Шерстяные ткани изготавливают в основном из овечьей шерсти в виде сукна и байки. Они гораздо устойчивее хлопчатобумажных тканей к действию кислых растворов и менее стойки к действию щелочей. Шерстяные ткани уступают хлопчатобумажным по за­держивающей способности, но превосходят по упругости. Перхлор­виниловые и лавсановые ткани устойчивы к действию кислот, ще­лочей и окислителей, не набухают в воде. Полиамидные ткани устойчивы к действию щелочей даже при 100⁰С. Стеклянные ткани отличаются высокой устойчивостью в кислых растворах, большой прочностью при растяжении, но плохой сопротивляемостью истиранию.

Кроме указанных материалов в качестве фильтрующих пере­городок могут исполь-зоваться металлические ткани, сетки, а также пористые плиты из керамики, стекла, графита.

Из-за разнообразия видов фильтровальных перегородок, кон­струкций фильтров и свойств суспензий выбор фильтровальной пе­регородки весьма сложен. Предварительный выбор ткани произ­водят при лабораторных испытаниях. При этом необходимо уяс­нить назначение фильтрования (получение осадков или фильтра­та), знать размер и форму частиц, свойства суспензии (рН, тем­пературу, агрегацию частиц и т. д.) и тип фильтра. Конструкция фильтра определяет следующие характеристики ткани: прочность на растяжение, устойчивость при изгибании и к истиранию, спо­собность принимать форму опорной перегородки и уплотняющие свойства. Окончательный выбор фильтровальной ткани производят при полузаводских испытаниях.

Конструкции фильтров

Барабанные вакуум-фильтры нашли наиболее широкое приме­нение (в особенности с наружной фильтрующей поверхностью). Достоинством их является непрерывность действия и возможность промывки осадка на фильтре. К недостаткам можно отнести отно­сительную сложность конструкции, невозможность произвольно менять в широких пределах продолжительность отдельных опера­ции в цикле. Поэтому следует поддерживать постоянными свой­ства суспензии. Данные фильтры не пригодны для фильтрования полидисперсных суспензий.

Барабанные вакуум-фильтры согласно ГОСТ 5448-79Е маркируют следую­щим образом. Например, БОК 1-1; БЛУ 5,6-1,8; БТР 30-3-4; БОУ 40-3-4. Пер­вая буква означает, что фильтр барабанный. Вторая указывает на назначение фильтра: О - общего назначения, Л - для легкофильтрующихся суспензий, Т­ - для труднофильтрующихся суспензии. Третья буква означает исполнение филь­тра по материалу деталей, соприкасающихся с обра-батываемым продуктом: К - из коррозионно-стойкой стали, У - из углеродистой стали, Р - с гуммиро­ванными деталями, П - с деталями из пластмассы. Первая цифра после букв - ­площадь поверхности фильтрования (м²), вторая - диаметр барабана (м), третья - модификация.

Фильтр имеет полый барабан с перфорированной боковой по­верхностью, внутренняя сторона которого разделена ячейками на прямоугольные участки. Барабан покрывают сначала металличе­ской сеткой, а затем фильтровальной тканью. Он вращается на полом валу, один конец которого соединен с приводом, а другой примыкает к распредели-тельному устройству, которое служит для последовательного соединения каждой ячейки с источниками ва­куума и сжатого воздуха. Это позволяет чередовать операции фильтрования, промывки, обезвоживания, удаления осадка, реге­нерации ткани.

С целью уплотнения осадка после первого обезвоживания и промывки фильтры снабжают уплотняющими валиками или спе­циальными устройствами. Это предотвра-щает растрескивание осадка и способствует более полному удалению жидкости из него.

Для эффективной работы фильтра важное значение имеет спо­соб удаления осадка с поверхности ткани. Наиболее распростра­ненным является удаление с помощью ножа (широкой металли­ческой полосы), установленного наклонно вдоль образующей барабана на некотором расстоянии от его поверхности. Его наклон и расстояние можно изменять специальным устройством. Этот способ позволяет удалять осадки толщиной не менее 8 10 мм.

Удалить осадок можно также с помощью валика, изготовлен­ного из материала, к которому прилипает осадок. Валик вращается в направлении, противоположном вращению барабана, и снимает с ткани осадок, который затем удаляется с валика ножом.

Рис. 3. Схема снятия осадка шнурами: 1- шнур; 2 – натяжной ролик; 3 – направляющая гребенка; 4 направляющий ролик; 5 – барабан.

Липкие осадки толщиной 2 4 мм хорошо снимаются шнурами (рис. 3). Бесконечные шнуры 1 натянуты параллельно друг другу на расстоянии 6 25 мм. Они движутся по замкнутому контуру, огибая барабан 5, натяжной 2 и направляющий 4 ролики. При этом шнуры отделяются от ткани вместе с осадком, который за­тем отрывается от них при огибании натяжного ролика. Сохра­нение нужного расстояния между шнурами обеспечивается на­правляющей гребенкой 3. Таким образом удаляют, например, осадки Mg(OH)2 и СаСОз. Вакуум-фильтры общего назначения в соответствии с ГОСТ 5748-79Е могут иметь площадь фильтрования от 0,25 до 100 м2. Угловую скорость вращения барабана можно регулировать от 0,011 до 0,21 рад/с (0,1-2 об/мин). Их используют для фильтро­вания суспензий Аl (ОН)3, BaS04, карбонатов кальция, магния, бария и других. Фильтры типа БЛ

приме­няют, например, для выделения галитовых хвостов в калийной промышленности; фильтры типа БТ - в производстве диокси­да титана.

Кроме фильтров с наружной фильтрую­щей поверхностью промышленность выпу­скает также вакуум-фильтры с внутренней фильтрующей поверхностью следующих типоразмеров: ВУ 10-2,5, ВУ 25-2,5 и ВК 25-2,5.

В обозначении типоразмера первая буква озна­чает, что фильтр с внутренней фильтрующей поверх­ностью, вторая указывает на материал фильтра; цифра после букв - площадь фильтрующей поверх­ности (м²); далее - диаметр барабана (м).

Ленточные вакуум-фильтры (ОСТ 26-01-1269-75) имеют площадь фильтрова­ния от 1,0 до 20 м². Схематическое их устройство показано на рис.4. Опорная тканерезиновая бесконечная лента 2 огибает два вращающихся барабана 1, один из которых является приводным а другой - натяжным. Верхняя ветвь ленты скользит по горизонтальному столу 3 с продольными прорезями, которые соединяют область фильтрования перегородки с вакуум-камерами 4, располо­женными под столом.

Рабочая поверхность ленты рифленая. Поперечные рифления сообщаются с продоль-ным углублением на середине ленты. Через сквозные отверстия углубление сообщается с отверстиями в столе и соответственно с вакуум-камерами. Благодаря рифлениям подфиль-тровальной тканью образуется свободное пространство. Ткань по краям прикреплена к ленте резиновым шнуром, заложенным в продольный паз, и покрывает всю ее рабочую поверхность. Края резиновой ленты мягкие и на верхнем горизонтальном участке отгибаются специальными направляющими кверху, в результате чего лента принимает

 

Рис.4. Ленточный вакуум-фильтр: 1 - барабан; 2 - лента; 3 -стол; 4 – вакуум-камеры; 5 - завесы; 6 – промывочное устройство; 7 - лоток; 8 - поддон; 9 – разбрызгивающее устройство; 10 – нож.

 

форму желоба. Нижняя часть ее опирается на ролики или свободно провисает.

Суспензия поступает на фильтр из лотка 7. Осадок удаляется с фильтра либо ножом, либо под действием силы тяжести либо отдув кой воздухом. После отделения осадка ткань промывается из специальных разбрызгивающих устройств 9. Зоны фильтрования 1, промывки 11 и просушки 111 разграничены завесами 5 из мягкой резины или ткани в несколько слоев. Эластичные края завесы скользят по осадку, не снимая его, но предотвращая смешение жидкостей над ним. Завесы устанавливают над перегородками ме­жду вакуум-камерами. Протяженность отдельных рабочих зон можно регулировать за счет перемещения вдоль фильтра завес 5 и промывного устройства б.

Ленточные вакуум-фильтры предназначены для фильтрования полидисперсных сус-пензий. Оседание в первую очередь крупных частиц уменьшает закупоривание пор ткани мелкими кристаллами. Достоинствами ленточных фильтров являются простота устрой­ства и регулирования продолжительности отдельных операций фильтрования, а также возможность организации многоступенча­той промывки осадка. Недостаток заключается в малой площади фильтрования и нечетком разграничении зоны фильтрования и промывки, что приводит к некоторому разбавлению фильтрата. Используют ленточные вакуум-фильтры в производствах борной и экстракционной фосфорной кислот, хлорида калия.

В обозначении типоразмера, например Лсх I0-I,4K, буква Л означает лен­точный, сх - со сходящей лентой, О - с отдувкой осадка; цифры после букв - ­соответственно площадь поверхности фильтрования (м²) и ширина ленты (м). Последняя буква указывает на исполнение по материалу.

Карусельный вакуум-фильтр. Фильтры К-100-15К и К-50-11,5К применяют в производстве экстракционной фосфорной кислоты. Они состоят из горизонтальной вращающейся рамы кольцевой формы, опирающейся на ролики, которые катятся по круговым рельсам. На раме установлено 24 опрокидывающихся фильтро­вальных лотка (нутчи), в которые уложены перфорированные опорные перегородки, покрытые филь-тровальной тканью. Вакуумная полость лотков соединена гибкими шлангами с распре-дели­тельной головкой, аналогичной применяемой в барабанных вакуум-фильтрах.

При вращении рамы каждый лоток последовательно проходит зоны фильтрования, двух (или более) промывок ocaдкa, раз­грузки и регенерации ткани после фильтрования и каждои про­мывки осадок обезвоживается путем просасывания через него воздуха.

В зоне выгрузки лоток автоматически опрокидывается, и осадок под действием соб-ственной тяжести и сжатого воздуха сбра­сывается в бункер. После этого ткань промыва-ется струями воды, направленными вверх, а затем просушивается просасываемым возду-хом. К моменту заливки суспензии лоток возвращается в исходное положение.

Благодаря наличию в карусельном фильтре изолированных друг от друга лотков можно полу­чить концентрированный не разбавленный промывной жидкостью фильтрат и проводить многосту­пенчатую противоточную промыв­ку осадка минимальным количе­ством воды. Кроме того, карусель­ные вакуум-фильтры отличает высокая производи-тельность и дли­тельный срок службы ткани.

Недостатком являются большие габаритные размеры (19,1 17,7 4,9 м) и масса, приходящаяся на единицу фильтрующей поверхности (933 кг /м2).

Общая площадь фильтрующей поверхности карусельного фильтра К-100-15К составляет 105 м2, площадь зоны активного фильтрования - 80 м² Наружный диаметр поверхности фильтро­вания равен 15 м, а длина лотка - 3,3 м. Основные детали фильт­ра изготовлены1 из стали 0Х23Н28М3Д3Т.

Дисковый вакуум-фильтр (ГОСТ 5747-80Е) (рис.5) состоит из горизонтального вращающегося вала, на который насажены диски 1. Диски погружены в корыто, со-стоящее из секции 3, причем каждый диск погружен в отдельную секцию. Диски раз-делены на двенадцать секторов с перфо-рированными стенками, обтянутыми тканью. Каждый сектор посредством от-дельного канала, проходящего внутри вала, соединен с распределительным устрой­ством 5, аналогичным применяемому в барабанном вакуум-фильт­ре. В зоне съема осадка внутрь сектора из ресивера 6 через рас­пределительное устройство подается сжатый воздух, способствую­щий отделе-нию осадка от ткани и съему его ножами 2.

Ножи установлены с обеих сторон дисков. Снятый с ткани осадок проваливается между секциями 3 корыта в бункер под фильтром.

Суспензия на фильтры подается через коллектор 4. Постоянный уровень суспензии в фильтре поддерживается при помощи пере­ливных трубок. На фильтрах, имеющих более 4-6 дисков, распре­делительные устройства устанавливают на обоих концах вала.

Дисковые вакуум-фильтры (например, ДК 9-1,8-2; ДУ 68-2,5-2) имеют сле­дующее условное обозначение типоразмера. Первая буква означает дисковый, вторая - исполнение по материалу; цифра после букв - площадь фильтрования (м²), следующая - диаметр диска (м), третья цифра - модификация.

Дисковые фильтры изготавливают с площадью фильтрования от 0,3 до 250 м² и количеством дисков до 14. Они предназначены для разделения суспензий с частицами примерно одинаковой дис­персности. Осадок, образующийся на фильтре, при просушке не должен растрескиваться.

К достоинствам дисковьrх фильтров следует отнести компакт­ность конструкции и малую массу на единицу фильтрующей по­верхности (200--:300 кг/м²). Недостатком является то, что при промывке осадка фильтрат разбавляется.

Фильтр-прессы относят к аппаратам периодического действия. Они предназначены для фильтрования суспензий с высокодисперс­ной твердой фазой. Фильтр-прессы бывают рамные с площадью фильтрования от 2,5 до 140 м², автоматические камерные (ФПАКМ) с площадью фильтрования от 2,0 до 50 м².

Основные детали рамных фильтр-прессов могут быть изготов­лены из углеродистой и коррозионностойкой стали, дерева и стек­лопластика. Использование двух последних материалов значи­тельно облегчает конструкцию. Из стеклопластика на основе фу­рилово-фенолоформальдегидной смолы со стекловолокнистым и графитовым наполнителями изготавливают рамы и плиты фильтр-­прессов, устойчивые в кислых и щелочных средах средних кон­центраций при 100-120⁰С.

Фильтр-прессы ФПАКМ (ГОСТ 19756-74) предназначены для фильтрования под из-быточным давлением высокодисперсных труд­нофильтрующихся жидкотекучих суспен-зий, которые можно транс­портировать по трубопроводам диаметром 25 мм. Они могут ра­ботать при отношении Ж/Т = 2 10 и температуре до 80⁰С. Эти фильтры используют, например, для фильтрования растворов хло­рида бария и суспензии сульфата бария.

Цикл работы фильтр-пресса ФПАКМ состоит из следующих операций: сжатие плит, подача суспензий, фильтрование, промывка осадка, его обезвоживание, раздвигание плит и разгрузка осадка с одновременным промыванием ткани. Обезвоживание осадка можно производить либо путем уплотнения твердой фазы диафраг­мой, либо продувкой воздухом. Разгрузка осадка происходит на обе стороны фильтра.

Управление фильтр-прессом полностью автоматизировано. Си­стема автоматики обеспечивает работу в автоматическом и полу­автоматическом режимах. Она предусматривает возможность сблокированной работы фильтр-пресса и технологических приводов-насосов для подачи суспензий и промывной жидкости. Рабочее давление в камере фильтр-пресса составляет от 1,2 до 1,5 МПа.

Типоразмер фильтр-пресса (например, ФПАКМ5У или 1ФПАКМ25Н) обо­значают следующим образом: ФПАКМ- изготовлен с диафрагмами, ФПАКМ ­без диафрагм, продувка осадка воздухом; цифра между буквами - площадь фильтрования (м²); последняя буква - исполнение по материалу (У - Ст3, Н - сталь 12X18H9T, Т - титан ВТ1-0 и т. п.).

Достоинствами фильтров ФПАКМ являются развитая поверх­ность фильтрования, отнесенная к единице площади, занимаемой фильтром, возможность при помощи диафрагмы регулировать влажность осадка, а также полная автоматизация управления. Осадок получается с меньшей влажностью, чем на фильтрах дру­гих типов. Недостаток - сложность конструкции, а следовательно, низкая вероятность безотказной работы и сложность ремонта.

Листовые фильтры предназначены для фильтрования суспензий через ткань или сетку с использованием в ряде случаев вспомога­тельного фильтрующего вещества (ВФВ).

В обозначении типоразмера листового фильтра (например, ЛГв20У, ЛВАжI25К) буква Л означает листовой, Г - горизонтальный, В - вертикальный, А _ автоматизированный, в - с вибросбросом осадка, г - гидростатический; ж - с гидросмывом осадка; цифра после букв - площадь поверхности фильтро­вания (м²); буквы У, Р, К после цифры -исполнение фильтра по материалу.

Применение ВФВ рекомендуется в тех случаях, когда суще­ствует опасность закупоривания фильтровальной перегородки вы­сокодисперсными частицами суспензии и сложность ее регенера­ции. Размеры частиц суспензий, фильтруемых по этому методу, обычно не более 5 мкм, а массовая их доля в растворе менее 0,5 %.

В качестве ВФВ могут быть использованы диатомит, перлит, древесная мука, асбест, целлюлоза, уголь и другие материалы. Диатомит (инфузорная земля или кизельгур) представляет собой окаменевшие остатки микроскопических морских растений. Пер­лит - минерал вулканического происхождения, называемый иначе природным стеклом. Он также как и диатомит, состоит в основном из кремнезема. При использовании ВФВ следует учитывать их стоимость. Например, целлюлоза в 2-3 раза, асбест - в 10­ 30 раз дороже, чем диатомит или перлит.

Сущность фильтрования с использованием ВФВ заключается в том, что суспензию пропускают через слой вспомогательного фильтрующего вещества, предварительно «нафильтрованного» на сетку или ткань.

Процесс фильтрования с использованием ВФВ может идти по двум механизмам:

1) частицы, размеры которых меньше, чем поры слоя ВФВ, задерживаются в глубине слоя в результате сужения пор от поверх­ности к глубине, а также вследствие осаждения их в изгибах пор;

2) главную роль в процессе играют поверхностные явления взаимодействия фаз.

Процесс протекает наиболее эффективно, если частицы суспензии и ВФВ имеют противоположные заряды, при этом может происходить адсорбция частиц на стенках капилляров, а также их коагуляция.

В случае преимущественного действия второго механизма эф­фективность удаления высокодисперсных примесей зависит от кон­центрации электролита в суспензии, диэлектрических свойств раствора, природы примесей и вспомога­тельного вещества.

В производстве глинозема для фильтрования алюминатного раствора с использованием ВФВ применяют вертикальные листовые автоматизи­рованные фильтры с гидросмывом осадка ЛВАж125К, в качестве ВФВ используют крафт-целлюлозу.

Принципиальная схема вертикаль­ного листового фильтра показана на рис. 6. Он состоит из цилиндриче­ской обечайки 1 с коническим дни­щем, прямоугольных фильтровальных элементов 2, опирающихся на планку 3 и коллектор 5, съемной крышки 4. Суспензия нагнетается внутрь фильтра насосом по штуцеру 7, а фильтрат вытекает из штyцepa 8. Осадок смывается с фильтро­вальных элементов водой и удаляется через штуцер 6. Фильтрую­щий элемент пред-ставляет собой раму прямоугольной формы, в которую вставлены дренажная и фильтрующая сетки, создающие полость, сообщающуюся со штуцером отвода фильтрата. Цикл работы фильтра состоит из следующих операций. Сна­чала фильтр заполняют суспензией целлюлозы (3-3,5 г/л), приготовленной в растворе алюмината натрия, и фильтруют ее. При этом на сетке образуется намывной слой толщиной 2-4 мм. Затем производят операцию фильтрования с получением чистого раство­ра - до повышения избыточного давления в фильтре 0,2 МПа (2 атм). После этого фильтруемая суспензия спускается в соответ­ствующий сборник, а осадок и намывной слои с поверхности ли­стов смываются водой в сборник шлама. В производстве серной кислоты для очистки рас-плавленной серы используют горизонтальные листовые фильтры, например ЛГв20У. Они состоят из набора филь-тро­вальных листов, соединенных с коллек­торной трубой отвода фильтрата, которая проходит через неподвижно закрепленную на раме эллиптическую крышку. Горизонтальный цилиндрический корпус перемещается на катках по рельсам ра­мы. Корпус, крышка и запорная армату­ра фильтра снабжены паровыми рубаш­ками. Филь- трование серы производят через намывной слой из дитомита. Процесс прекращается при достижении макси-

­мального давления. Намывной слой и осадок с фильтрующей перегородки сни­маются вибрацией фильтровальных ли­стов, а со дна удаляются неподвижно закрепленными скребками при откаты­вании корпуса. Управление работой фильтра осуществляется дистанционно с пульта.

Наиболее простыми по конструкции и компактными являются фильтры Лг40 и Лг70 с площадью фильтрования соответственно 40 и 70 м². Их называют чаще мешочными. Они предназначены для освет­ления растворов, содержащих небольшое количество твер-дых частиц, и применяются обычно для контрольного фильтрования, т. е. для повторного фильтрования после фильтр-прессов, вакуум­фильтров или сгустителей. Процесс филь-трования в мешочном фильтре проводят под гидростатическим давлением слоя суспензии (4-7 м).

Мешочный фильтр состоит из плотно за-крытого корпуса пря­моугольного сечения с разме-щенными в нем фильтровальными эле­ментами. Основной деталью фильтровального элемента является каркас (рис. 7), состоящий из планок 1, соединенных между со­бой и прикрепленных к трубе 2 с отверстиями, по которой отво­дится фильтрат. Внутри каркаса натянуты цепочки 3. Этот каркас помещен в мешок из фильтровальной ткани и вставлен в корпус фильтра, в котором размещено более 40 фильтровальных эле­ментов. При работе фильтра суспензия, поступающая в пространство между мешками, образует осадок на их наружной поверхности, а фильтрат отводится по трубе 2 в коллектор. Мешочные фильтры,

как и листовые, являются аппаратами периодического действия. Удаление осадка с фильтровальных элементов можно проводить либо обратной подачей фильтрата, либо вручную, вынимая из кор­пуса фильтровальные элементы и смывая осадок стру

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: