Белоглазов Фильтрование технологических пульп

Барабан снабжен двумя бандажами, опирающимися на ролики. Одна пара роликов ведущая, им передается вращение через ре­ дуктор от электродвигателя. Барабан наполняется пульпой до уровня кольцевого борта. Избыток пульпы переливается через борт. Таким образом, внутри фильтра создается бассейн из пульпы, дном ко­ торого является внутренняя поверхность барабана, покрытая тканью.

Нижние, боковые и часть верхних (по ходу вращения) ячеек барабана находятся под вакуумом. На нижних ячейках барабана набирается кек, который затем подсушивается. При отдувке кек под действием силы тяжести падает в воронку и разгружается кон­ вейером или шнеком. Для более полной разгрузки кека фильтр часто оборудуют пульсатором, встряхивающим ткань в зоне от-

дувки.

В описанном фильтре осаждение твердых частиц совпадает по направлению с движением фильтрата. Поэтому на фильтрующей перегородке отлагаются в первую очередь более крупные частицы осадка, что облегчает фильтрование (в фильтрах с наружной филь­ трующей поверхностью сначала отфильтровываются мелкие час­ тицы, забивающие ткань).

В барабанных фильтрах с внутренней фильтрующей поверх­ ностью проводится разделение грубых, быстро расслаивающихся суспензий. При их разделении не требуется тщательной промывки

осадка.

Техническая характеристика барабанных фильтров с внутрен­ ней фильтрующей поверхностью приведена в табл. 3.12.

Таблица 3.12

Техническая характеристика барабанных вакуум-фильтров с внутренней фильтрующей поверхностью*

* Завод-изготовитель — Уральский завод химического машиностроения.

Фильтры с внутренней фильтрующий поверхностью применяют для пульп, содержащих значительное количество быстро оседа­ ющего твердого, которое не удается удержать во взвешенном со­ стоянии при перемешивании мешалкой.

180

Барабанный фильтр, работающий под давлением (рис. 3.27), имеет ячейковый барабан со сходящей тканью, заключенный в за­ крытый кожух. Суспензия подается в кожух насосом или давлением сжатого воздуха через нижний патрубок и отводится через пере­ ливной патрубок. Сжатый воздух поступает сверху через патрубок под тем же давлением, что и суспензия (Др = 2 —3 ат). Фильтрат продавливается через поверхность барабана и удаляется через пустотелую цапфу и распределительную головку. Осадок сбрасы­ вается с ткани при огибании ею валика с отверстиями, проду­ ваемого изнутри сжатым воздухом. Этим облегчается отделение осадка, который удаляется шнеком. Фильтры, работающие под дав­ лением, имеют ограниченную фильтрующую поверхность (до 9 м2) и отличаются сравнительной сложностью устройства.

4

8

3

Рис. 3.27. Барабанный фильтр, работающий под давлением:

1 — барабан; 2 — кожух; 3 — патрубок для подачи суспензии; 4 — патрубок для подачи сжатого воздуха; 5 — цапфа вала; 6 — распределительная головка; 7 — переливной патрубок; 8 — валик; 9 — шнек

Для разделения суспензий, содержащих однородные и медленно осаждающиеся твердые частицы, применяются дисковые вакуумфильтры, общий вид и конструкционная схема которых представ­ лены на рис. 3.28 и 3.29. Они имеют тот ж е принцип действия, что и рассмотренные выше барабанные фильтры, но отличаются от по­ следних тем, что вместо барабана на вращающийся вал насажен ряд фильтровальных дисков.

Дисковые вакуум-фильтры применяются для фильтрации концентрированных пульп, когда необходима большая поверхность фильтрации и не требуется тщательной промывки осадка. Филь­ трующая поверхность дисковых фильтров составляет от 1 до 260 м2, число дисков — 1 —14.

181

Рис. 3.28. Дисковый вакуум-фильтр:

1 — труба для удаления фильтрата; 2 — трубки для подачи сжатого воздуха; 3 — распределительная головка; 4 — диски; 5 — карманы корыта; 6 — скребки

Дисковый вакуум-фильтр отличается развитой поверхностью фильтрования. Ею служат боковые стороны дисков, набранных из секторов. Секторы (обычно по 12 в диске) вставлены в пустотелый ячейковый вал и закреплены длинными шпильками (спицами) и накладками (рис. 3.30). Каждый сектор обтягивают тканевым чехлом. Чехол на штуцере сектора обматывают мягкой проволокой или шпагатом, а широкую сторону обычно зашивают. Вал укреплен на цапфах. С торца к валу с одной или двух сторон, как и у барабанного фильтра, прижаты распределительные головки. Двумя головками оборудованы фильтры с шестью и более дисками. Нижняя часть дисков опущена в ванну, на одной из сторон которой имеется переливной порог, обеспечивающий постоянство уровня пульпы. Со стороны входа секторов в пульпу при вращении вала с дисками ванна имеет форму карманов. На карманах с обеих сторон каждого диска установлены ножи или валики, которыми снимается оставшаяся после отдувки часть кека.

При движении суспензия перемешивается, причем известное перемешивающее действие оказывают диски. Фильтрование проис­ ходит при вращении дисков с частотой 0,1—3 мин-1 (иногда до 20 мин-1), фильтрат отсасывается через ткань, радиальные желобки секторов, обойму, дренажные трубки, соответствующие каналы вала и камеры головки. В большинстве случаев за зоной фильтрования на

182

диске следует зона просушки и отдувки осадка воздухом; промывка осадка в дисковых фильтрах производится крайне редко. При продувке изнутри сжатым воздухом ткань на секторе выпучивается, осадок разрыхляется и сбрасывается, когда ткань проходит между

Рис. 3.29. Схема дискового вакуум-фильтра:

1 — диск; 2 — ячейковый (пустотелый) вал; 3 — нож (скребок); 4 — элек­ тродвигатель привода мешалки; 5 — вакуумметр; 6 — шпилька (спица); 7 — сектор; 8 — накладка; 9 — тканевый чехол (рубашка); 10 — распредели­ тельная головка; 11 — гибкий шланг для подсоединения к вакуум-приводу; 12 — дренажный люк; 13 — тяга для удержания головки от проворачивания; 14 — привод ячейкового вала с дисками; 15 — желоб для сбора перелива; 16 — трубопровод сжатого воздуха; 17 — ванна (корыто); 18 — мешалка

183

валиками. Осадок падает в пространство между камерами корыта и поступает в желоб или на транспортер, при помощи которого производится выгрузка. При снятии толстого слоя осадка пользуются скребками вместо валиков, причем скребки служат главным образом направляющей плоскостью.

Если нужна промывка осадка, к поверх­ ности дисков подводятся радиальные трубки, через которые разбрызгивается во­ да; промывные воды отводятся через от­ дельную камеру распределительной го­ ловки.

Диски обычно изготавливают из древе­ сины твердых пород или же отливают из чугуна или цветных металлов.

Фильтры изготавливают в обычном (типа ДУ) и кислотостойком (типа ДК) исполнении. Техническая характеристика фильтров приведена в табл. 3.13.

Достоинства дисковых фильтров: 1) на­ ибольшая фильтрующая поверхность на единицу производственной площади по сравнению с фильтрами других типов; 2) возможность

Таблица 3.13

1Завод-изготовитель — Бердичевский завод «Прогресс».

2 Фильтры площадью фильтрования 9, 18, 27, 34, 51, 68 м2 изготавлива­ ются также в кислотостойком исполнении.

3 По согласованию с заводом-изготовителем частота вращения дисков может быть выбрана в диапазоне 0,41 —0,45 мин-1.

4 Мешалка вращающаяся лопастная.

замены отдельных дисков и ткани на них и, соответственно, меньший расход последней; 3) сравнительно небольшой расход анергии.

Недостатки: 1) плохая промывка осадков; 2) возможность сме­ шения промывной воды с суспензией в корыте фильтра; в связи с этим дисковые фильтры работают, как правило, без промывки осадка.

Верхний предел крупности обезвоживаемого на дисковых филь­ трах материала тот же, что и для барабанных фильтров с внешней фильтрующей поверхностью, — 65 —70 % класса —0,074 мм.

3.6.Пресс-фильтры типа ФПАКМ

Врассмотренном ранее ручном пресс-фильтре с вертикальным расположением фильтровальных камер для лучшего обезвоживания осадка используют прессование. Этот фильтр уникален тем, что в нем впервые в качестве фильтровальных камер применены плиты и рамы. В силу несовершенства конструкции рамного пресс-фильтра разделительные процессы в нем протекают с низкой эффектив­ ностью. Значительные трудности возникают и при механизации таких фильтров.

Принципы, заложенные в основу конструкции рамных пресс-

фильтров, были с энтузиазмом подхвачены многими исследо­ вателями. Дальше всех в своей работе продвинулись сотрудники НИИхиммаша, разработавш ие качественно новый автома­ тизированный пресс-фильтр. В его конструкции они отказались от вертикального расположения камер, поскольку осаждение осадка в них под действием силы гравитации происходит неравно­ мерно.

Их автоматизированный пресс-фильтр с горизонтальными каме­ рами (ФПАКМ) — это фильтр периодического действия, работаю­ щий под давлением (рис. 3.31). В нем обеспечены более благопри­ ятные условия для фильтрования, так как направления силы тя­ жести и движения фильтрата совпадают, что способствует оседанию частиц суспензии в гравитационном поле.

Конструкционно ФПАКМ представляет собой набор горизон­ тально расположенных плит, зажатых между верхней и нижней неподвижными упорными плитами и соединенных между собой четырьмя стержнями (стяжками). Фильтровальные плиты могут перемещаться вдоль стяжек вверх и вниз. При опускании плит меж­ ду ними образуется зазор. Перемещение плит и их сжатие про­ изводятся электромеханическим зажимом через нажимную плиту. Ширина образующегося зазора для пресс-фильтров различных кон­ струкций колеблется от 23 до 45 мм.

Рабочая плита состоит из двух частей (рам). Верхняя рама по­ крыта перфорированным листом и лежащей на нем фильтровальной

Рис. 3.31. Камерный автоматический пресс-фильтр ФПАКМ:

1 — фильтрующие плиты; 2 — стяжки; 3 — плита верхняя упорная; 4 — коллектор для отвода фильтрата; 5 — коллектор для подачи пульпы; 6 — натяжное устройство; 7 — фильтровальная ткань; 8 — привод для пере­ тяжки ткани; 9 — камера регенерации; 10 — желоб; 11 — нижняя опорная плита; 12 — зажим электромеханический; 13 — нажимная плита; 14 — ролики; 15 — ножи для съема осадка

тканью. Последняя представляет собой бесконечное полотно, про­ ходящее между плитами и направляемое роликами, которое под­ держивается в натянутом состоянии гидравлическим устройством. Верхняя рама является камерой для отвода фильтрата, заполня­ ющего пустое пространство под ней. Нижняя часть, выполненная в виде целиковой плиты, совместно с верхней плитой и разделяющей их рамой образует при сжатии камеру для суспензии и осадка. Между верхней и нижней частями фильтровальных плит распо­ ложены также эластичные водонепроницаемые диафрагмы, которые при подаче на них воды служат для отжатия влаги и кека (рис. 3.32). К фильтровальным плитам приварены патрубки. При сжатии плит они образуют два коллектора.

Плиты пресс-фильтра могут находиться в трех предельных поло­ жениях (рис. 3.33). В положении А, изображенном на этом рисунке, по коллекторам и боковым каналам в каждую камеру из общего коллектора последовательно поступают суспензия, промывная жид-

186

Рис. 3.32. Диафрагменное прессование:

1 — резиновая диафрагма; 2 — фильтровальная ткань

кость и воздух для продувки образовавшегося осадка. Фильтрат, промывная жидкость и воздух с уносимой им влагой удаляются че­ рез расположенные напротив боковые каналы в свои приемные коллекторы (фильтрование и промывка ведутся под давлением до 6 ат). После этого осадок отжимается (положение Б). Операции промывки осадка и отжима последнего с помощью эластичной диафрагмы производятся после завершения цикла фильтрования, для чего в пространство между диафрагмой и дном плиты подается вода под давлением до 15 ат.

По завершении стадии фильтрования и образования осадка давление внутри шланга снижают, при этом шланг сжимается, плиты автоматически раздвигаются и между ними образуется зазор,

Рис. 3.33. Конструкия фильтровальных камер:

1 — верхняя часть плиты 2 — перфорированный лист; 3 — прием филь­ трата; 4 — нижняя часть плиты (в виде рамы); 5 — камера для суспензии и осадка; 6 — эластичная диафрагма; 7 — фильтровальная ткань; 8 — подача суспензии, промывной жидкости и воздуха; 9, 10, 13 — каналы; 11 — отвод фильтрата, промывной жидкости и воздуха; 12 — камера для воды

187

достаточный для свободного перемещения фильтровальной ткани со слоем осадка, толщина которого составляет 5 —20 мм (положение В). Далее системой роликов фильтровальное полотно приводится в движение (рис. 3.34). При вращении системы роликов осадок на ткани выходит из пространства между плитами и снимается ножами 6 в месте огибания тканью роликов. Дополнительная очистка фильтровальной ткани от осадка производится ножами 7. Кек сбрасывается по обе стороны фильтра на транспортеры. После каждого цикла ткань приводным барабаном перемещается на один или два марша и проходит камеру регенерации, где она промы­ вается водой и очищается скребками. При перемещении ткани на один марш направление движения фильтрата на каждой после­ дующей стадии противоположно движению на предыдущей, а при перемещении на два — оно не изменяется. С последней (нижней) плиты ткань поступает в камеру регенерации 8, где промывается и окончательно очищается скребками. Затем фильтровальное полотно промывается струями жидкости и чистится щетками. Движение его прекращается, пакет плит снова стягивается, и начинается сле­ дующий рабочий цикл фильтрования.

Управление пресс-фильтром осуществляется электрогидравлическим автоматом. Допускается полностью автоматическая работа со сменой операций при помощи реле времени или кнопочное пооперационной управление с пульта.

Фильтры типа ФПАКМ могут быть использованы для филь­ трования тонкодисперсных суспензий (с крупностью твердых част­ иц менее 3 мкм и концентрацией от 5 до 500 г/л). Они работают под избыточным давлением до 15 ат при температуре до 80° С.

днище; 5 — резиновый шланг; 6, 7 — ножи; 8 — камера регенерации

188

ФПАКМ достаточно универсален и может быть использован в производстве полимерных материалов, диоксида титана, для очист­ ки промышленных и коммунальных сточных вод, в нефтехими­ ческой промышленности, черной и цветной металлургии, химичес­ ких производствах. В настоящее время он широко применяется при производстве синтетического каучука.

На одном из пресс-фильтров первого выпуска (ФПАКМ 25-45), установленном на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комби­ нате для обезвоживания труднофильтруемого цинкового продукта с массовой долей твердого 30 %, получены следующие результаты: производительность по питанию — 25 м3/ч, толщина кека — 3 — 4 мм, влажность кека — 15 %, содержание твердого в фильтрате — не выше 0,5 %, общая продолжительность цикла — до 48 мин, в том числе фильтрование — 25 —30 мин, просушка воздухом при дав­ лении до 4 ат — 9 мин, остальное время — промывка и разгрузка

кека.

Наблюдается тенденция выпуска различных по конструкции фильтров ФПАКМ, специализированных для определенных про­

изводств.

Для ряда процессов с повышенной коррозией и взрывоопас­ ностью разработаны специальные гуммированные пресс-фильтры с вертикальными плитами, механическим отжимом осадка, перемеще­ нием плит и автоматическим сбросом осадка. Площадь фильтро­ вания таких гуммированных пресс-фильтров — от 1 до 40 м2, отдувка осадка пульсирующая.

Таблица 3.14

Работы по адаптации ФПАКМ к условиям анилинокрасочной промышленности направлены на создание фильтров для тиксотропных материалов, сохраняющих текучесть при высоких концен­ трациях твердой фазы в условиях интенсивного перемешивания, и суспензий с низкокипящей жидкой фазой.

Техническая характеристика автоматических камерных прессфильтров, изготавливаемых Бердичевским машиностроительным за­ водом «Прогресс», приведена в табл. 3.14.

Достоинства фильтров типа ФПАКМ: 1) высокая производи­ тельность (превосходит производительность некоторых фильтров в 6 —15 раз); 2) развитая поверхность фильтрования в сочетании с малой установочной площадью; 3) возможность регулирования тол­ щины и влажности осадка при помощи диафрагмы; 4) незначи­ тельные затраты времени (около 2 мин) на вспомогательные опе­ рации (раздвижение плит, их затяжку, выгрузку осадка); 5) реге­ нерация ткани без остановки аппарата; 6) полная автоматизация, благодаря чему сокращается численность обслуживающего персо­ нала (один аппаратчик обслуживает до 10 прессов).

Недостатки: 1) сложность изготовления; 2) высокая стоимость; 3) сложность расчета.

3.7. Специальные типы фильтров

Описанные ранее фильтры получили широкое распространение в промышленности ввиду их универсальности, но кроме них сущест­ вует большое число менее известных специализированных типов фильтров, использование которых часто ограничено рамками отдель­ ного производства или конкретной технологии. Ниже представлена краткая информация о наиболее интересных из этих фильтров.

Нутч—фильтр можно назвать, пожалуй, самым простым аппа­ ратом периодического действия из всех ныне существующих. Он используется обычно в производствах малой мощности. Различают два вида нутч-фильтров: 1) открытые, работающие при разрежении; 2) закрытые, работающие под избыточным давлением до 4 ат.

Открытый нутч-фильтр (рис. 3.35) представляет собой прямо­ угольный или цилиндрический аппарат с фильтрующей пере-

1

Рис. 3.35. Открытый нутч-фильтр:

1 — фильтрующая перегородка; 2 — корпус

городкой, закрепленной несколько выше его днища. Перегородка состоит из пористых керамических плиток или ткани, уложенной на

решетке.

Подача суспензии осуществляется через верхнюю часть филь­ тра. Жидкость заполняет пространство над перегородкой и под действием собственного столба дренирует сквозь перегородку, а осадок оседает на ней. При необходимости осадок промывают и удаляют из фильтра сверху вручную.

Достоинства открытых нутч-фильтров: 1) простота и надежность конструкции; 2) возможность тщательной промывки осадков; 3) лег­

откидными днищами и в опрокидывающихся нутч-фильтрах, где стадия снятия осадка значительно упрощена и ускорена. Откидное днище обычно крепится к корпусу фильтра на болтах и откиды­ вается на шарнире. В опрокидывающихся нутч-фильтрах перево­ рачивается весь корпус. Это может осуществляться вручную (при помощи червячного устройства) либо посредством гидравлического

механизма.

Нутч-фильтры закрытого типа более эффективны благодаря использованию сжатого воздуха или инертного газа, но и конст­

моугольных фильтровальных элементов 2. Элементы жестко при­ креплены к передней съемной крышке 4 и перемещаются вместе с ней на роликах 3 по рельсам, расположенным вдоль корпуса аппарата. Используемые прямоугольные элементы полностью ана­ логичны таковым для вертикальных листовых фильтров.

Фильтр автоматизирован на низовом уровне, и большинство вспомогательных операций осуществляется вручную.

Перед началом фильтрования элементы вдвигают в корпус, съемную крышку плотно закрепляют болтами и корпус заполняют суспензией под давлением до 5 ат. Фильтрат, проходя через ткань и каркасы элементов, сливается через отводные трубки в общий желоб, установленный возле фильтра. Если качество фильтрования ниже требуемого, после накопления достаточного слоя осадка кор­ пус фильтра освобождают от суспензии и промывают осадок водой, поступающей под давлением. Промывные воды и фильтрат сливаются в общую емкость. После промывки осадка из корпуса сливают воду и просушивают осадок сжатым воздухом. Снятие осадка с поверхности фильтровальных элементов производится по завершении сушки. Для этого их выдвигают из корпуса вместе с откидной крышкой при помощи ручной лебедки и направляют внутрь их струю сжатого воздуха.

Горизонтальный мешочный фильтр с круглыми элементами (рис. 3.38, а) имеет корпус в виде двух полуцилиндров 1 и 2, плотно

192

6

Вывод фильтрата

Рис. 3.38. Горизонтальный мешочный фильтр с круглыми элементами (а) и конструкция фильтровального элемента (б):

1 верхняя половина корпуса; 2 — нижняя (откидная) половина корпуса; 3 фильтровальные элементы; 4 — откидные болты; 5 — коллектор для отвода фильтрата; 6 — противовес

соединенных откидными болтами 4, причем нижняя половина 2 может свободно откидываться вниз на шарнире. Для снижения усилий на ее подъем и опускание в конструкцию фильтра включен противовес 6, а откидные болты скреплены общей осью и поворачиваются одновременно при помощи передаточного меха­ низма. Фильтровальные элементы — диски 3 — подвешены в верх­ ней половине корпуса параллельно друг другу и представляют собой круглые металлические сита, обтянутые фильтровальной тканью (рис. 3.38, б). В верхней половине корпуса имеются патрубки, со-

193

единенные с общим коллектором 5. Их число соответствует коли­ честву фильтровальных элементов.

Осадок разгружается под действием струи воздуха, поступа­ ющей изнутри элементов, или смывается водой, подаваемой через сопла, установленные на трубе. С целью интенсификации продувки предусмотрена возможность возвратно-поступательного переме­

щения трубы над элементами.

Достоинства мешочных фильтров: 1) простота обслуживания; 2) низкий износ фильтровальной ткани; 3) малый расход воды на промывку; 4) большая производительность на единицу фильтру­ ющей поверхности вследствие быстрой сборки фильтра, промывки

и выгрузки осадка.

Недостатки: 1) сложность изготовления; 2) высокая стоимость;

3)трудность контроля конечной толщины слоя осадка на элементах;

4)недостаточное перемешивание суспензии (только путем ее рецир­ куляции), вследствие чего при большой концентрации твердой фазы в суспензии осадок отлагается неравномерно, что снижает эф ­ фективность промывки; 5) сложная и длительная замена ткани.

Для осветления тонких суспензий в некоторых фильтрах пред­

ложено использовать упругие волны как слышимого диапазона (20 Гц — 16 кГц), так и ультразвуковых (более 16 кГц) частот. Филь­

чипа), который заключен в кожух 6, охлаждаемый водой. Фильтрат проходит сквозь фильтрующую перегородку, которой сообщаются упругие колебания, поступает в верхнюю часть корпуса аппарата и отводится через верхний боковой штуцер. Осадок задерживается нижней поверхностью перегородки, стряхивается с нее посредством упругих колебаний и удаляется через штуцер на днище фильтра. Описанный фильтр может длительное время работать без чистки и замены фильтрующей перегородки.

3.8. Фильтрующие перегородки

При решении вопросов аппаратурного оформления процесса фильтрации особенно пристальное внимание необходимо уделять выбору фильтрующей перегородки, которая в первую очередь опре­ деляет эффективность фильтрации, а значит, и технико-экономичес­ кие показатели процесса. Предъявляемые к перегородкам требова­ ния зависят от свойств обезвоживаемой пульпы, а также типа и тех­ нических характеристик фильтра. Эффективность разделения фаз определяется коэффициентом порозности перегородки, типом пле­ тения (формой и размером пор), химической стойкостью материала перегородки к действию среды, теплостойкостью при температуре фильтрования, механической прочностью и износостойкостью.

Успехи мировой науки и техники, прежде всего в химической промышленности, в последние годы привели к быстрому расши­ рению рынка фильтрационных материалов, появлению качественно новых видов перегородок и материалов для фильтрации. Поэтому единой классификации фильтрующих перегородок до настоящего времени не существует. Основным критерием классификации, по всей видимости, следует признать прочностные свойства тех пре­ пятствий, на которых происходит задержка твердых частиц пульпы.

В зависимости от прочности можно выделить три группы фильтрующих перегородок:

—гибкие;

—жесткие;

—негибкие и нежесткие.

Гибкие фильтрующие перегородки изготавливаются из тканей, плетеных сеток и перфорированных листов и используются главным образом на барабанных фильтрах и фильтрах со сходящим полотном. К гибким перегородкам следует относить:

1) хлопчатобумажные и льняные — фильтродиагональ, бельтинг, чефер, миткаль, саржа, бязь, парусина;

2)шерстяные — сукно, войлок, байка;

3)синтетические — хлориновые (поливинилхлоридные), лавса­ новые' (полиэфирные), капроновые (полиамидные), виньоновые (со-

'Известны и другие варианты названия лавсана: терилен (в Англии), дакрон (в США), свитлен (в Чехии), ланон (в Германии).

полимеры винилхлорида с винилацетатом или с акрилонитрилом), сарановые (сополимеры винилхлорида), орлоновые (полиакрилонитриловые), совиденовые, нитроновые, тефлоновые, фторлоновые

идр.;

4)резиновые;

5)металлические — тонкие перфорированные листы, проволоч­

ные сетки из стали, цветных металлов и сплавов; 6) смешанные — например, витые хлопчатобумажные и син­

тетические нити, резинокордовые перегородки, перегородки из капростали и др.

Жесткие фильтрующие перегородки могут выдерживать боль­ шие перепады давления, но не способны изгибаться. К ним относятся:

1)металлические — перфорированные листы, жесткие сетки;

2)керамические;

3)угольные;

4)кизельгуровые;

5)эбонитовые.

Нежесткие и негибкие фильтрующие перегородки представляют собой фильтровальные материалы, не имеющие связи между отдельными элементами. Среди них можно выделить:

1)песочные;

2)гравийные;

3)угольные;

4)асбестовые;

5)диатомитовые;

6)перлитовые;

7)стеклянные.

Широко используют и многослойные фильтрующие пере­ городки, состоящие из слоев различного происхождения. Например, для повышения срока службы перегородок из стекловолокна, плохо сопротивляющихся истиранию, под ткань подкладывают перфори­ рованные резиновые листы, а сверху покрывают металлической сеткой или непроклеенной фильтровальной бумагой, чтобы пред­ отвратить повреждение ткани при снятии осадка.

До 1970-х годов для оснащения фильтров использовались хлопчатобумажные и льняные технические ткани. Под тонкие тканевые перегородки приходилось дополнительно подкладывать парусину. В ряде случаев, главным образом в процессах филь­ трования с закупориванием пор, в качестве фильтрующих пере­ городок использовались плетеные ленты из целлюлозных волокон (нетканые перегородки).

Такие фильтроткани пригодны для работы в нейтральных и слабощелочных средах при температурах не выше 80 °С и в сла­ бокислых средах (при кислотности не более 5 %) при температурах не выше 40 °С. Общий недостаток этих тканей — низкие меха­ ническая прочность и износостойкость, ограничивающие срок службы полотен 6 —8 сутками. В процессе эксплуатации нити ткани

196

набухали и меняли свои свойства, кромки полотен расплетались, снижая эффективность механизмов протяжки и центровки полотна. Материал быстро забивался мелкими частицами осадка, шламами, флотационными реагентами, и через 5 —10 мин после начала эксплуатации фильтра поток жидкой фазы через полотно зна­ чительно снижался, а гидравлическое сопротивление перегородки возрастало в несколько раз. По истечении срока эксплуатации ткань не имела отверстий «в свету» как таковых. Относительное гидрав­ лическое сопротивление хлопчатобумажных и льняных тканей вели­ ко и может достигать 30 % от общего сопротивления фильтра.

Для фильтрации кислых пульп, разрушающих хлопчатобумаж­ ные ткани, фильтрующие перегородки изготавливали из шерстяных тканей, широко использующихся и в настоящее время. Для этих целей хорошо подходит овечья и верблюжья шерсть, сохраняющая кислотостойкость при температурах ниже 60 °С. В щелочных средах шерстяные ткани быстро разрушаются.

При фильтровании химически агрессивных жидкостей ис­ пользуют также тканевые перегородки из волокон минерального происхождения — асбестового (при небольшом перепаде давлений)

истеклянного волокна.

Вкачестве фильтрующих перегородок используются и перфо­ рированные резиновые листы с отверстиями 0,1 —0,3 мм. Резиновые перегородки отличаются устойчивостью к температурам до 90 °С и имеют гладкую поверхность, что облегчает удаление осадка и очистку перегородки.

Из жестких перегородок, состоящих из однородных частиц твердого материала, наиболее распространены керамические, полу­ ченные путем смешения определенной фракции измельченного кварца или шамота со связующим веществом (например тонко­ дисперсным силикатным стеклом или фенолформальдегидными полимерами) и последующей термической обработки смеси. Они выполняются в виде дисков, плиток и гильз (патронов). Керамичес­ кие перегородки отличаются высокой стойкостью в кислых средах, но мало устойчивы к действию щелочей. Главный недостаток жестких перегородок — трудность регенерации.

В1980-е годы получили применение жесткие фильтрующие перегородки, изготавливаемые спеканием металлических порошков,

которые предварительно уплотняются на прессе или вальцах до получения пористой ленты. Для работы в нейтральных и слабо­ щелочных средах используются перегородки, полученные спека­ нием углеродистой стали, для фильтрации сильнощелочных пульп применяют перегородки из порошкообразного никеля, для кислых сред подходит нержавеющая сталь.

Кроме гибких и жестких фильтрующих перегородок, использу­ ются и такие, которые трудно отнести к какой-то из этих групп, поэтому их обычно выделяют в отдельную группу — негибкие и нежесткие фильтрующие перегородки, или фильтрационные мате­ риалы. Они состоят из не связанных жесткой связью твердых час­

197

тиц, кусков зернистых материалов (кокса, активированного угля, песка, гравия, асбеста и пр.). Достоинствами таких перегородок яв­ ляются дешевизна и возможность практически полной регенерации.

Как уже упоминалось, успехи химической промышленности в последние десятилетия буквально перевернули все представления о фильтрационных материалах. С этого времени начал динамично развиваться рынок синтетических фильтрующих перегородок из полимерных волокон. Разнообразие физико-механических свойств полимеров позволяет получать ткани, сочетающие большую меха­ ническую прочность и высокую химическую стойкость с хорошими фильтрационными свойствами. Переход на синтетические ткани на ряде производств сопровождался снижением влажности осадка на 25 —30 % и увеличением производительности фильтров в полтора— два раза. Срок службы синтетических тканей в четыре —пять раз превышает срок службы хлопчатобумажной фильтродиагонали. Гладкая поверхность моноволокон препятствует механической забивке ткани и улучшает ее способность к регенерации.

Синтетические волокна изготавливают в виде очень тонких и длинных нитей (филаментное волокно) или коротких отрезков (шта­ пельное волокно). Выпускают полотна и из мононитей.

Из синтетических фильтрационных материалов первыми стали использовать ткани из полиамидных волокон, получаемых из поли­ амидных смол, в частности смолы полиамид-6, известной под на­ званиями капрон, нейлон, дедерон, перлон или силон. Полиамидные волокна отличаются хорошей устойчивостью к истиранию и мно­ гократным деформациям, высокой прочностью в сухом и влажном состоянии, их применяют при фильтровании щелочных, нейтраль­ ных, слабокислых и загрязненных патогенной органикой пульп. Температура плавления таких материалов весьма высока — около 200 °С, прочность доходит до 6 МПа. Капрон используется как в качестве отдельного фильтрационного материала (широко приме­ няют капроновую ткань артикула 56035), так и в качестве прони­ цаемой основы (подкладки под ткань), например ткань артикула 21934а.

В последнее время для изготовления сеток широко применяется полиэфирное волокно — лавсан. Его модуль упругости в четыре — пять раз выше, чем у капрона, прочность доходит до 9 МПа и более. Материал устойчив к действию сильных щелочей и кислот и отли­ чается повышенной теплостойкостью — выдерживает температуры до 250 °С.

Ткани из хлориновых волокон (поливинилхлоридные ткани) проявляют хорошую стойкость в кислых и щелочных средах при температуре до 60° С.

Полипропиленовые волокна получают эмульсионной полимери­ зацией пропилена. Полипропиленовое волокно устойчиво к дейст­ вию сильных щелочей и кислот, имеет прочность до 5 МПа.

Быстро растет производство волокон из фторсодержащих поли­ мерных материалов, отличающихся высокой прочностью и хими­

198

ческой стойкостью даже при высоких температурах. На фторсо­ держащие волокна не действуют концентрированные минеральные кислоты, в том числе плавиковая и «царская водка», а также щелочи. Серьезный недостаток фторсодержащих волокон — высо­ кая стоимость. Из числа фторсодержащих полимеров для произ­ водства фильтротканей применяют фторлоновые (в России и Гер­ мании) и тефлоновые (в США) волокна, получаемые путем эмуль­ сионной полимеризации тетрафторэтилена.

В последние годы массово производят нетканые фильтроваль­ ные перегородки из механически связанных синтетических воло­ кон, более дешевых, чем тканые синтетические материалы. Их по­ лучают путем перфорирования тонкого слоя материала, пребываю­ щего в вязком состоянии. Для улучшения фильтрационных свойств полотно после перфорации подвергают обработке жидкостью, вы­ зывающей усадку волокнистого материала. Положительный эффект наблюдается также после пропитки слоя волокон связующим ве­ ществом (синтетическими полимерами, каучуком) с последующим прессованием при повышенной температуре.

Сравнительная характеристика механических свойств текстиль­ ных нитей из различных материалов приведена в табл. 3.15.

Расчетных методов, позволяющих произвести выбор наиболее подходящей перегородки для конкретных условий процесса филь­ трации, пока не существует, и при реш ении этой задачи приходится использовать эмпирические методы. В связи с этим при­ ведем лишь некоторые, весьма условные рекомендации по выбору фильтрационных материалов применительно к фильтрам различных

типов.

Так, например, для вакуумных барабанных фильтров необхо­ димы прочные ткани, способные оказывать сопротивление разрыв­ ным и деформирующим усилиям при усадке, имеющей место на стадии сушки.

Таблица 3.15

Механические свойства текстильных нитей из различных материалов