Конструкции вакуум-фильтров

В обогатительной практике применяют в основном вакуум-фильтры непрерывного действия: барабанные разных типов, дис­ковые, ленточные и др.

Барабанный вакуум-фильтр с наружной фильт­рующей поверхностью (рис. 2.30, а) состоит из барабана 1, полых цапф 2, распределительных головок 5, ванны 4, мешалки 5 и привода 6. Вертикальная перегородка 8 делит барабан на две изолированные друг от друга секции. Внешняя поверхность бара­бана разделена на неглубокие ячейки, покрытые перфорирован­ными решетками. Между решетками предусмотрены пазы, в кото­рые резиновыми жгутами уплотняется фильтровальная ткань, по­этому ячейки изолированы друг от друга.

Рис. 2.30. Барабанный вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью

Фильтроткань на барабане закрепляют с помощью мягкой стальной проволоки, котоой обматывают барабан. Внутренняя полость барабана разделена в радиальном направлении на секции, каждая из которых соедине­на трубами 7 с цапфой. Барабан погружен в ванну, снабженную мешалкой для предотвращения осаждения частиц твердого. В бо­ковой стенке ванны предусмотрены переливные патрубки, с по­мощью которых обеспечивают постоянный уровень пульпы в ван­не. Вращение от электродвигателя через многоступенчатый редук­тор передается на приводную шестерню, укрепленную на цапфе барабана. Барабан вращается на полых чугунных цапфах в под­шипниках, укрепленных на торцевых стенках ванны.

К торцам пустотелых цапф пружинами прижаты распредели­тельные головки со сменными шайбами, которые служат для под­ключения внутренних секций фильтра к вакуум-проводам и тру­бам, подающим сжатый воздух и отводящим фильтрат.

Распределительная головка (рис. 2.30, б) применяется на бара­банных и дисковых вакуум-фильтрах всех типов и состоит из пу­стотелого литого корпуса, прижимаемого к валу при помощи пру­жинного устройства. В корпусе головки предусмотрены камеры 1 для отвода фильтрата при наборе и сушке осадка, камера 2 для подачи сжатого воздуха при отдувке осадка и камера 3 для ре­генерации ткани водой или сжатым воздухом. К корпусу головки крепится распределительная шайба с отверстиями, размеры кото­рых равны размерам отверстий соответствующих камер головки. На торцевой поверхности цапфы укреплена ячейковая шайба (рис. 28, в), предохраняющая торцы вала от износа, с числом отверстий, равным числу отверстий вала. Ячейковая шайба головки под дав­лением пружинного устройства плотно прилегает к распредели­тельной шайбе. При вращении цапфы уплотнительная шайба и распределительная головка остаются неподвижными, вращается только ячейковая шайба. При вращении отверстия ячейковой шай­бы вала сообщаются с полостями камер головки, в результате этого в секторах барабана создается вакуум или избыточное дав­ление воздуха. Шайбы головки и вала являются наиболее быстро­изнашивающимися деталями, которые заменяют по мере их из­носа.

Процесс фильтрования осуществляется по следующей схеме. Пульпу подают в ванну фильтра, где качающимися гребками час­тицы твердого поддерживаются во взвешенном состоянии. В зоне А секторы барабана находятся под разрежением, поэтому на по­верхности фильтроткани откладывается слой осадка. Вода прохо­дит через поры фильтроткани и попадает во внутренюю полость барабана, откуда отводится через распределительную головку. Зо­на Б — зона подсушки осадка. Под действием вакуума через оса­док просасывается воздух, вытесняя влагу, содержащуюся в по­рах. Зона В — зона отдувки осадка. Секторы, находящиеся в этой зоне, подключаются к магистрали сжатого воздуха, который от­дувает осадок с поверхности фильтроткани. В зоне Г происходит регенерация фильтровальной ткани. Поры ткани очищаются от частиц твердого с помощью подачи воды или сжатого воздуха.

Процесс образования осадка на поверхности барабана проис­ходит в сложных изменяющихся условиях. Несмотря на наличие работающей мешалки, в ванне фильтра наблюдается расслоение суспензии по крупности.

Таблица 2.5

Техническая характеристика барабанных вакуум-фильтров

c наружной фильтрующей поверхностью

Показатели	БОУ 5 – 1,75	БОУ 10 – 2,6	БОУ 20 – 2,6	БОУ 40 – 3 – 4
Площадь фильтрования, м2 Размеры барабана, м: диаметр длина Частота вращения барабана, с1 Число двойных качаний мешалки в минуту Средняя скорость перемещения лопастей мешалки, м/с Мощность, кВт, электродвигателя привода: барабана мешалки Масса, т	5 1,762 0,96 0,002 – 0,032 22  1,1 1,1  5,27	10 2,612 1,35 0,002 – 0,032  0,33 2,2 2,2  7,88	20 2,612 2,702 0,002 – 0,032  0,33 3 3  12,95	40 3 4,4 0,007 – 0,188 20  4,1 4  17,88

Установлено, что в верхних слоях суспен­зии в ванне находится около 7…10 % крупных частиц, в сред­них — 30…40 % и в нижних — 50…58 %. Поэтому при погружении в суспензию фильтрующей поверхности на ней в первую очередь образуется слой осадка, состоящий из самых тонких частиц. Эти частицы забивают поры ткани и увеличивают сопротивление дви­жению жидкости. В дальнейшем, по мере вращения барабана, образуется слой из более крупных частиц, находящихся в нижней части ванны. При выходе фильтрующей поверхности из суспензии снова формируется слой осадка из самых тонких частиц. Осадок такой структуры имеет повышенную влажность и незначительную прочность.

Площадь фильтрования таких вакуум-фильтров от 5 до 40 м² (табл. 5). К недостаткам барабанных фильтров относят громозд­кость конструкции и сложность замены фильтроткани при ее по­рыве. Кроме того, силы, обусловленные разрежением, и силы тя­жести, действующие на осадок, направлены в противоположные стороны.

Барабанный вакуум-фильтр с внутренней филь­трующей поверхностью (рис. 2.31) состоит из сплошного барабана 1, на кото-ром укреплены два опорных бандажа 4. Внут­ри барабана смонтирована цилиндрическая перфорированная по­верхность 2, обтянутая фильтровальной тканью. Ткань закрепля­ют в специально предусмотренных пазах с помо-щью продольных планок. Между фильтрующей поверхностью и барабаном преду­смотрены полости 9, соединенные трубками с цапфой, к которой прижата распределительная головка 3. Распределительная голов­ка закрывает один конец барабана, второй конец которого открыт и снабжен кольцевым порогом. Барабан вращается на опорных роликах 8. Вращение от электродвигателя через редуктор переда­ется приводной шестерне барабана.

Рис. 2.31. Поперечный разрез барабан­- ного вакуум-фильтра с внутренней фильтрующей поверхностью:

Рис. 2.32. Схема барабанного вакуум- фильтра со сходящим полотном:

1 — ванна; 2 — барабан; 3 — разгрузочный ролик; 4 — нож; 5 —брызгала; 6 — промывной

ролик; 7 — фильтровальная ткань; 8 — поток; 9 — направляющий ролик

Исходная суспензия по трубе 7 поступает внутрь барабана в зону фильтрования А. Избыток суспензии переливается через коль­цевой порог. В результате подачи вакуума в полости 9 в зоне фильтрования на поверхности ткани осаждаются наиболее крупные частицы, находящиеся в нижних слоях суспензии, что способствует прохождению фильтрата через слой осадка и ткань. Мелкие частицы осаждаются на слои более крупных по мере вы­хода фильтрующей поверхности из суспензии, поэтому фильтроткань меньше забивается мелкими частицами, а осадок лучше обезвоживается. В зоне Б осуществляется подсушка осадка под действием вакуума, а в зоне В — его отдувка. Под действием сил тяжести осадок отрывается от фильтрующей поверхности и пада­ет в приемный желоб 5, под которым установлен ленточный кон­вейер 6 для удаления осадка из внутренней полости барабана. В зоне Г фильтроткань регенерируют.

При фильтровании действия сил тяжести и вакуума на осадок совпадают.

К недостаткам рассмотренного вакуум-фильтра относят: слож­ность и громоздкость конструкции; невозможность наблюдения за осадком и состоянием крепления фильтровальной ткани; трудность замены ткани и устранения ее дефектов.

Барабанные вакуум-фильтры с площадью внутренней фильтру­ющей поверхности до 40 м² применяют в основном для фильтро­вания грубых, зернистых и быстроосаждающихся суспензий.

Барабанный вакуум-фильтр со сходящим полотном (рис. 2.32) представляет собой барабан с перфорированной по­верхностью. Барабан опущен в ванну с фильтруемой суспензией. Ванна снабжена мешалкой для поддержания частиц во взвешенном состоянии. К цапфам барабана прижаты распределительные головки, обеспечивающие соединение ячеек цапфы и поверхности барабана с зонами разрежения и избыточного давления.

Фильтровальное полотно огибает барабан в зоне набора и под­сушки осадка, а также ролики, обеспечивающие натяжение и при­легание полотна к нижней части барабана. После съема осадка на разгрузочном ролике и зачистки полотна ножевым устройством осуществляется двусторонняя промывка полотна водой, подавае­мой из брызгал. Использование такой промывки позволяет вести процесс при повышенной частоте вращения барабана и толщине осадка до 2—3 см и повысить производительность фильтра в 1,5…2 раза по сравнению с обычными барабанными вакуум-филь­трами. Наблюдаемое снижение влажности осадка, получаемого на таком фильтре, объясняется отсутствием операции его отдувки.

Безъячейковые барабанные вакуум-ф и л ь т р ы (рис. 2.33) применяют за рубежом. Фильтр состоит из барабана 2, внутри которого проходит неподвижный полый вал 3. К валу кре­пится устройство 1 для отдувки осадка. Барабан помещен в ван­ну 5 с мешалкой 6. При работе фильтра вся внутренняя часть ба­рабана находится под вакуумом, под действием которого проис­ходят набор и подсушка осадка. Фильтрат, скапливающийся в нижней части внутренней полости барабана, отсасывается вместе с воздухом по трубе 4 и валу 3 и отводится из барабана. Через неподвижный вал по специальному каналу подают сжатый воздух для отдувки осадка с поверхности фильтровальной ткани.

Рис. 2.33. Безъячейковый барабанный ваку­ум-фильтр

Дисковые вакуум-фильтры (табл. 2.6) обладают следую­щими преимуществами перед барабанными вакуум-фильтрами: большей площадью фильтрующей поверхности, а следовательно, и производительностью (при одинаковых габаритах фильтра); возможностью простой и быстрой замены секторов с порванной фильтровальной тканью; меньшей металлоемкостью.

Дисковый вакуум-фильтр (рис. 2.34, а) состоит из полого вала 1 с укрепленными на нем дисками 2, распределительной головки З, устройства для съема осадка 5, ванны 6, привода 7 и мешалки 4. Диски собираются из секторов, которые сообщаются патрубками 8 с продольными внутренними каналами вала. Боковые стороны дисков образуют фильтрующую поверхность. Секторы вставляют в специальные гнезда пустотелого вала и крепят к нему при по­мощи шпилек с накладками. К торцам вала, как и у барабанного вакуум-фильтра, прижимаются с помощью пружин распредели­тельные головки. При числе дисков менее шести фильтр снабжа­ется одной распределительной головкой.

Таблица 2.6.

Техническая характеристика дисковых вакуум – фильтров

Показатели	ДУ 51 – 2,5 - 2	ДШ 68 – 2,5 У	ДУ100 – 2,5 - 2
Площадь фильтрования, м2 Диаметр дисков, м Число дисков Частота вращения дисков, с1 Средняя скорость перемеще- ния лопастей мешалки, м/с Мощность, кВт, электродвига- теля привода: дисков мешалки Масса, т Производительность ( п осухому углю), т/ч Влажность осадка (уголь),%	51 2,5 6 0,003 – 0,06 0,4 3 4 10,14 8  15 20  26	68 2,5 8 0,003 – 0,015 96 4 5,5 12,52 10  20 20  26	100 2,5 12 0,003 – 0,015 0,4 3 4,2 16,93 15  30 20  26

Продолжение табл. 2.6

Показатели	ДУ 80 – 2,7 / 8 ,, Украина’’	ДУ 140 – 3,5 У ,, Горняк’’	ДУ 250 – 3,75 ,, Сибирь’’
Площадь фильтрования, м2 Диаметр дисков, м Число дисков Частота вращения дисков, с1 Средняя скорость перемеще- ния лопастей мешалки, м/с Мощность, кВт, электродвига- теля привода: дисков мешалки Масса, т Производительность ( п осухому углю), т/ч Влажность осадка (уголь),%	80 2,7 8 0,004 – 0,02  3,2  13,4 15 …30 20 … 25	140 3,5 10 0,008 – 0,025  6,0  30 30… 55 20 … 25	250 3,75 14 0,005 – 0,02  8,5 7,5 35 50 … 100 18 …22

Вал с дисками опущен в ванну с фильтруемой суспензией. Ванна фильтра со стороны входа секторов в пульпу при работе фильтра имеет карманы, на обеих сторонах которых установлены ножи, армированные резиной или изготовленные из конвейерной ленты. Ножи зачищают поверхность фильтроткани от не отделив­шегося при отдувке осадка.

Принцип работы дискового вакуум-фильтра такой же, как и у барабанного с наружной фильтрующей поверхностью. Пульпу по­дают в ванну, снабженную переливной трубой. При вращении дис­ков на поверхности секторов, погруженных в пульпу, происходит набор осадка, затем по мере выхода секторов из суспензии осу­ществляется подсушка осадка и его съем с поверхности фильтро­вальной ткани.

Секторы вакуум-фильтров (рис. 2.34, б, в, г) изготовляют метал­лическими или из синтетических материалов.

Стандартный, двухдечный сектор (рис. 2.34, б) выполнен из ме­талла в форме коробки. Сектор оцинкован. Боковые поверхно­сти секторов — деки — представляют собой металлические штам­пованные сита с диаметром отверстий 6 мм. Живое сечение сек­тора 40%. К недостаткам такого сектора можно отнести трудо­емкость изготовления и большую массу (до 20 кг).

У однодечного сектора из полиэтилена (рис. 2.34, в) дека изго­товлена с встречными диагональными нарифлениями. Живое се­чение сектора 65 %, масса 14 кг,

Однодечный сектор из гофрированного винипласта (рис. 2.34, г) имеет параллельные оси сектора канавки деки. Живое сечение сектора 75 %, масса 7 кг.

Фильтровальную ткань натягивают на сектор в виде предва­рительно сшитого чехла. На патрубке у вала фильтра этот чехол обвязывают проволокой или шпагатом, а по образующей сектора сшивают и зажимают накладкой.

а

Рис. 2.34. Дисковый вакуум – фильтр:

а — общий вид; б, в, г — секторы

Для съема осадка применяют непрерывную и мгновенную отдувку. При использовании непрерывной отдувки не обеспечивает­ся эффективное отделение осадка с фильтрующей поверхности. Вследствие того что потоком сжатого воздуха часть влаги из ка­налов вала и секторов возвращается к фильтрующей поверхности и частично в осадок, на 0,44—1,62 % повышается влажность осад­ка. При мгновенной отдувке осадка воздух подают под давлением в два раза большим, чем при непрерывной отдувке, а расход его примерно в два раза ниже. Применение мгновенной отдувки осад­ка позволяет снизить его влажность на 0,3—0,5 %. Для обеспече­ния мгновенной отдувки осадка используют специальные кла­паны.

Клапан (рис. 33) состоит из горизонтально расположенного корпуса 3 укрепленного на плите 7, штока 1 с закрепленными клапанами впуска 4 и выпуска 5 сжатого воздуха. При повороте диска 8 специального профиля, вращающегося синхронно с валом вакуум-фильтра, ролик 9 со штоком под действием пружины 10 отжимается в выемку диска и открывает клапан 4. Сжатый воз­дух попадает в одну или две распределительные головки через отверстия 2 и 11. При дальнейшем вращении вала ролик переме­щается профилированным диском вправо, шток возвращается в исходное положение, закрывает впускной и открывает выпускной клапаны. Воздух из камеры выходит через отверстия 6 в атмо­сферу.

10 11

Рис. 2.35. Клапан мгновенной отдувки осадка

Питание