Фильтрование жидких неоднородных систем

В фильтрах периодического действия (фильтры с неподвижной поверхностью фильтрования) движущая сила процесса может создаваться весовым давлением самой суспензии, избыточным давлением газа или вакуумированием.

Нутч-фильтры. Нутч-фильтры (рис. 4.20) – самые простые фильтры периодического действия. Закрытые нутч-фильтры применяются при фильтровании суспензий, образующих осадок с большим удельным объемным сопротивлением и выделяющих токсичные или огнеопасные пары.

Батарейные фильтры. Батарейные фильтры с дисковыми элементами и фильтр-прессы применяются для фильтрования большого объема суспензий (рис. 4.21).

Разгрузка осадка батарейного фильтра производится обратным
током газа.

Фильтр-прессы. Фильтр-прессы состоят из плит (камер), между которыми помещена фильтрующая ткань. Процесс фильтрования идет под избыточным давлением, достигающим до 15 атм. Выгрузка осадка производится раздвижкой плит.

а) б)

Рис. 4.20. Схемы нутч-фильтров: а – открытый; б – закрытый

а) б)

Рис. 4.21.Схемы фильтров большой производительности:

а – батарейный фильтр; б – фильтр-пресс

Достоинства этих фильтров – большая поверхность фильтрования
на единицу площади, занимаемой фильтром.

Барабанные вакуум-фильтры.Среди фильтров непрерывного действия наиболее распространены барабанные вакуум-фильтры (рис. 4.22).

Фильтр имеет вращающийся цилиндрический перфорированный барабан, покрытый тканевой фильтрующей перегородкой. Барабан разделен радиальными перегородками на ряд изолированных друг от друга ячеек. Каждая камера соединяется трубами с различными полостями неподвижной части распределительной головки. Благодаря этому
при вращении барабана в каждой ячейке последовательно меняется режим работы: вакуумное фильтрование, промывка, съем осадка и очистка фильтрующей перегородки, далее идет следующий цикл.

Рис. 4.22. Схема барабанного вакуум-фильтра

Таким образом, на каждом участке поверхности фильтра все операции проводятся одна за другой, но участки работают самостоятельно, и поэтому все операции, в целом, проводятся одновременно.

Барабанные вакуум-фильтры применяются для разделения суспензий с большим содержанием твердой фазы.

Ленточный вакуум-фильтр. Ленточный вакуум-фильтр представляет собой работающий под вакуумом аппарат непрерывного действия, в котором направления силы тяжести и движения фильтрата совпадают (рис. 4.23).

При прохождении ленты с суспензией над вакуум-камерами происходит фильтрование, а затем промывка осадка. Осадок снимается
с поверхности ткани при резком изменении направления её движения. При прохождении ткани между роликами происходит её промывка и сушка.

Благодаря простоте съема осадка и регенерации ткани возможна обработка труднофильтруемых материалов.

В промышленности применяются также дисково-тарельчатые
и карусельные вакуум-фильтры непрерывного действия.

Фильтрующие центрифуги.Для фильтрующих центрифуг разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки значительно
выше, чем в обычных фильтрах. Поэтому в них обычно обрабатываются суспензии, дающие несжимаемый осадок. Влажность осадков,
получаемых в центрифугах, значительно ниже, чем в обычных фильтрах (0,5–5 % объемных).

Рис. 4.23. Схема ленточного вакуум-фильтра

Фильтрующие центрифуги имеют дырчатый барабан, вращающийся с большой скоростью на вертикальном или горизонтальном валу, который покрывается изнутри тканью или другой фильтрующей перегородкой. Суспензия центробежной силой забрасывается к стенкам барабана,
при этом твердая фаза остается на поверхности ткани, а жидкость
под действием центробежной силы проходит сквозь слой осадка и ткань,
и удаляется наружу через отверстие барабана.

Процесс центрифугирования в фильтрующих барабанах весьма сложен. Для периодически действующей фильтрующей центрифуги можно выделить три стадии: образование осадка, удаление из пор осадка жидкости, удерживаемой капиллярами и молекулярными силами, и съем осадка. Интенсивность процесса центробежного фильтрования зависит
от физико-химических свойств суспензии и характеристик центрифуги. Одним из основных критериев оценки эффективности работы центрифуги является фактор разделения . Для фильтрующих центрифуг обычно составляет менее 3500.

Фильтрующие центрифуги периодического действия бывают ручной, гравитационной (рис. 4.24) и ножевой выгрузки осадка.

а) б)

Рис. 4.24. Схемы фильтрующих центрифуг периодического действия:

а – трехколонная центрифуга с нижней ручной выгрузкой осадка;

б – саморазгружающаяся подвесная центрифуга

В трехколонной центрифуге осадок выгружается вручную через отверстие в ступице ротора. Днище ротора имеет коническую форму,
при поднятии запорного конуса отверстия открываются.

У саморазгружающихся подвесных центрифуг нижняя часть барабана имеет коническую форму, причем угол её стенок больше угла естественного откоса получаемого осадка. Благодаря этому осадок сползает из барабана после остановки машины.

В фильтрующих центрифугах непрерывного действия все операции центрифугирования проводятся на полном ходу барабана. Они являются более экономичными по использованию энергии и времени.

Фильтрующая центрифуга с инерционной выгрузкой осадка
(рис. 4.25, а) применяется для обезвоживания крупнозернистых материалов. Непрерывная выгрузка осадка осуществляется за счет центробежной силы. Для регулирования продолжительности обезвоживания используется шнек, который вращается медленнее барабана. Осадок регулируемой скоростью перемещается вниз
и выгружается через патрубки.

а) б)

Рис. 4.25. Схемы фильтрующих центрифуг непрерывного действия:

а – с инерционной выгрузкой, б – со шнековой выгрузкой осадка

В тех случаях, когда разделяемая суспензия содержит крупные твердые частицы и их измельчение допустимо, применяются центрифуги
со шнековой выгрузкой осадка (рис. 4.25, б). Осадок при помощи шнека непрерывно перемещается справа налево, а жидкость за счет центробежных сил течет в другую сторону. Шнек вращается с меньшей скоростью,
чем барабан. Возможно регулирование скорости перемещения осадка.

Одной из эффективных конструкций фильтрующих центрифуг непрерывного действия с инерционной выгрузкой осадка является вибрационная центрифуга (рис. 4.26, а). Барабан в виде усеченного конуса.

а) б)

Рис. 4.26. Схемы фильтрующих центрифуг непрерывного действия:
а – с вибрационной выгрузкой осадка; б – с пульсирующей выгрузкой осадка

Под действием вертикальной составляющей центробежной силы
и сил инерции, обусловленных вибрациями барабана, осадок перемещается по стенкам барабана вверх, через верхний открытый край барабана поступает в кожух и затем удаляется из центрифуги.

Такие центрифуги применяются в основном для разделения грубых суспензий.

В фильтрующей центрифуге с выгрузкой осадка пульсирующим поршнем (рис. 4.26. б) суспензия подается непрерывно, а осадок периодически выталкивается поршнем-толкателем из барабана. Обычно поршень толкатель совершает 10–15 движений в минуту.

Измельчение осадка или разрезание волокон при выгрузке осадка пульсирующим поршнем происходит в меньшей степени, чем при других способах механической выгрузки (ножом, шнеком).