Фильтровальные перегородки и устройство фильтров

По принципу действия различают поверхностные и глубинные фильтровальные перегородки.

Фильтровальные перегородки могут быть классифицированы по материалам, из которых они изготовлены, например, на перегородки, выполненные из хлопчатобумажных, шерстяных, синтетических, стеклянных, керамических и металлических материалов.

По структуре фильтровальные перегородки подразделяются на гибкие и негибкие.

Гибкие перегородки могут быть металлическими или неметаллическими (они пригодны для работы с химически агрессивными жидкостями, при повышенной температуре и в условиях значительных механических напряжений).

Негибкие жесткие перегородки выполняют в виде дисков, плиток. Они состоят из частиц твердого материала, жестко связанных между собой путем непосредственного стекания так, что эти частицы образуют пары, проницаемые для жидкости.

Негибкие и нежесткие перегородки состоят из соприкасающихся жестко несвязанных твердых частиц, например каменного, древесного угля, песка, некоторых неорганических солей.

Одной из основных характеристик, используемых для классификации фильтров, является периодичность или непрерывность их действия. Для осуществления процессов фильтрования с образованием осадка применяют как периодические, 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.

По способу создания разности давлений фильтровальное оборудование может быть подразделено на фильтры, работающие под вакуумом, и фильтры, работающие под давлением.

Нутч – фильтры. Фильтр периодического действия. В этом фильтре направление 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 в 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.

Нутч, работающий под давлением не более 3 ат. Цикл работы 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 от 1м и емкость до 0,5м².

Достоинством всех нутчей является возможность равномерной и полной промывки осадка, поскольку промывная жидкость может быть равномерно распределяют по всей его поверхности. Общий недостаток нутчей – относительно большая занимаемая ими площадь.

1 – корпус, 2 – рубашка; 3 – съемная крышка; 4 – перемещающееся дно; 5 – фильтровальная перегородка, представляет собой ткань или слой волокон, в этом случае над перегородкой помещают защитную сетку; 6 – опорная перегородка; 7 – защитная сетка; 8 – кольцевая перегородка высотой 150мм, поддерживающая осадок во время его выгрузки; 9 – штуцер для подачи суспензии; 10 – штуцер подачи сжатого воздуха; 11 – штуцер для удаления фильтрата; 12 – предохранительный клапан.

Фильтрпрессы. Фильтром периодического действии, работающим под давлением, является фильтрперсс с вертикальными рамами.

Фильтрпресс 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. Штуцеры 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.

В стадии фильтрования суспензия по среднему каналу 1 и каналам 2 поступает в пространство 3, ограниченное двумя фильтровальными перегородками (примыкающими к рифленым поверхностям плит 4) и внутренней поверхностью рамы 5. Жидкая фаза суспензии одновременно проходят через обе фильтровальные перегородки, после чего по желобам и каналам 6 поступает к кранам 7, которые в этой стадии работы фильтрпресса открыты у всех плит 4. Когда пространство 3 будет заполнено осадком, подачу суспензии прекращают.

Схема работы плиточно – рамного фильтрпресса

В стадии промывки по двум боковым каналам 8 и каналам 9 подают промывную жидкость. Во время промывки половина кранов 7 закрыта таким образом, что промывная жидкость последовательно проходит одну фильтровальную перегородку, слой осадка, вторую фильтровальную перегородку, после чего по каналам 6 и открытым кранам 7 отводится из фильтрпресса. По окончании промывки осадок продувают сжатым воздухом. Затем отодвигают подвижную плиту, разъединяют плиты и рамы и осадок удаляют в бункер.

Схема работы плиточно – рамного фильтрпресса

Плиты и рамы фильтрпресса

а – плита, б – рама.

Плиты имеют по краям гладкую поверхность 1, а в середине – рифленую с желобками 2. Плиты покрыты фильтровальной перегородкой 3 и снабжены кранами для удаления фильтрата и промывной жидкости. 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.

К достоинствам можно отнести большую поверхность фильтрования, возможность отключать отдельные неисправные плиты, закрывая кран на выходе фильтрата. К недостаткам относится необходимость ручного обслуживания, несовершенную промывку осадка и быстрое изнашивание фильтровальной ткани. Существуют фильтрпрессы с механической выгрузкой осадка. Они имеют круглые вертикальные рамы, которые откидываются при повороте вокруг вала, после чего из них можно удаляется осадок.

Листовые фильтры. Эти фильтры относятся и работающим под давлением аппаратам периодического действия.

Рассмотрим вертикальный фильтр с прямоугольными листами. 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 раму, в которую вставлена рифленая с обеих сторон доска из дерева твердой породы, причем рама и доска обтянуты тканью.

К достоинствам можно отнести лучшие условия промывки осадка, меньшее изнашивание фильтровальной ткани и более легкое обслуживание.

К недостаткам относятся: трудность контроля толщины осадка, сложная замена ткани.

Барабанные фильтры. Рассмотрим барабанный вакуум – фильтр с наружной поверхностью фильтрования. Он относится к аппаратам непрерывного действия.

Фильтр представляет собой 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. При этом ячейка проходит последовательно зоны фильтрования, первого обезвоживания, промывки, второго обезвоживания, удаление осадка и регенерации ткани.

1 – барабан; 2 – соединительная трубка; 3 – распределительные устройства; 4 – резервуар для суспензии; 5 – качающаяся мешалка; 6, 8 – полости распределительного устройства, сообщающиеся с источником вакуума; 7 – разбрызгивающееся устройство; 9 – бесконечная регенерация лента ткани; 10 – направляющий ролик; 11, 13 – полости распределительного устройства, сообщающиеся с источником сжатого воздуха; 12 – ноги для съема осадка.

К достоинствам рассматриваемого фильтра, кроме непрерывности его действия, можно отнести удобство обслуживания и благоприятные условия для промывки осадка. К недостаткам относятся небольшая поверхность фильтрования и высокая стоимость.

Интенсификация работы фильтров: (поверхность фильтрования барабанных фильтров достигает 140 м²).

Оптимальные условия разделения суспензий можно обеспечить с помощью трех групп способов: конструкционных, технологических и физико – химических.

К первой группе можно относятся автоматизация процессов фильтрования.

Способы второй группы состоят в том, что выбирают оптимальные значения толщины осадка, разности давлений, концентрации суспензии.

Сущность способов третьей группы сводится к таким физико – химическим воздействиям на суспензию, которые обуславливают значительное уменьшение удельного сопротивления осадка (добавление к суспензии агрегирующих или вспомогательных веществ).

++++++ +++++++++ ++++++ +++++++

где – сумма термодинамических сопротивлений стенки и загрязнений.

4. Конструктивный расчет. Число труб n и длина каждой трубы связаны между собой так:

где d_р – расчетный диаметр трубы.

5. Гидравлический расчет теплообменников

где – потери давления.

Выпаривание

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях.

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения.

Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, но чаще всего в качестве греющего агента используется водяной пар, который называется греющим или первичным.

Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.

Процесс выпаривания происходит под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях.

Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и под вакуумом проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусная установка) более распространены многокорпусные установки (3 – 5).

Наиболее распространены выпарные аппараты непрерывного действия. И лишь для получения высоких конечных концентраций используют периодические выпарные установки.