1. Апаратна реалізація процесу фільтрування
Для розділення суспензій фільтруванням застосовують нутч-фільтри, фільтр-преси, барабанні вакуум-фільтри.
Нутч-фільтри – це найпростіші фільтри періодичної дії, які працюють під вакуумом або тиском. У них напрямки сили тяжіння і руху фільтрату збігаються. На рис. 23 подана схема нутч-фільтра, який працює під тиском не більше 3 атмосфер. Він складається з корпусу 1 з сорочкою 2, кришкою 3 і днища 4; фільтрувальна перегородка 5, що являє собою тканину або шар волокна, розміщена на опорі 6. Над фільтрувальною перегородкою знаходиться захисна перегородка 7 і кільцева перегородка 8. Суспензію та стиснуте повітря подають через штуцери 9 і 10, для видалення фільтрату є штуцер 11. Фільтр має запобіжні клапани 12. Перевагою усіх нутч-фільтрів є можливість добре промивати осад, а загальним недоліком - велика площа, яку вони займають.
Рис. 23. Нутч-фільтр, що працює під тиском 3∙105 Па
У промисловості поширені фільтр-преси з вертикальними рамами, які є фільтрами періодичної дії, що працюють під тиском. У них напрями сили тяжіння і руху фільтрату – перпендикулярні. Фільтруючим органом спочатку служить тканина, а потім осад. Цей фільтр можна розглядати як ряд нутч-фільтрів особливої конструкції, розміщених вертикально щільно один до одного, внаслідок чого досягається велика поверхня фільтрування на невеликій площі. Рамний фільтр-прес (рис. 24) складається з рам і плит, уперемішку встановлених на міцній станині. Плити і рами мають квадратні приливи з круглими отворами. Ці отвори з'єднані з внутрішнім простором рам вузькими щілинами, через які надходить суспензія, і фільтрат збігає в загальний колектор. Коли рами заповнюються осадом, що фіксується контрольними рамами, фільтр-прес виключають і промивають осад. Промитий осад продувають стиснутим повітрям або парою. Потім рухому плиту відсувають, роз'єднують плити і рами, а осад видаляють у бункер. Недоліком фільтр-пресів є необхідність обслуговування їх вручну, недосконале промивання осаду та швидке зношення фільтрувальної тканини.
Рис. 24. Рамний фільтр-прес системи „Абрагама”
Автоматизовані фільтр-преси з горизонтальними камерами періодичної дії працюють під тиском. У них напрями сили тяжіння і руху фільтрату збігаються. В такому апараті вдало поєднано переваги інших фільтрів. Його можна розглядати як ряд невисоких нутч-фільтрів особливої конструкції, розміщених впритул один над одним, внаслідок чого утворюється велика поверхня фільтрування порівняно з площею, яку займає фільтр. Ці фільтри призначені для розділення тонко-дисперсних суспензій при концентрації твердої фази 10-15 кг/м3 і температурі до 800С. Автоматизований фільтр-прес показано на рис. 25. Верхня частина 1 кожної плити вкрита перфо-рованим листом 2, під яким є простір для фільтрату 3. Нижня частина – рама 4 утворює при стисненні плит камеру 5 для суспензії і осаду. Між верхньою і нижньою частинами плит розміщені водонепроникні діафрагми 6. Фільтрувальна тканина розміщується на перфорованому листі 2. Під час фільтрування, промивання і продування осаду в камеру 5 надходить з колектора 8 по каналах 9 послідовно суспензія, промивна рідина і стиснене повітря (положення А). Фільтрат, відпрацьована рідина і повітря відводяться з фільтра каналами 10 в колектор 11. Осад віджимається діафрагмою 6, для чого в простір 12 каналами 13 подається вода під тиском (положення Б). Після віджимання осаду плити розсуваються, і через утворені щілини осад видаляється з фільтрату (положення В). Продуктивність автоматизованого фільтр-преса порівняно з рамним є значно вищою. В фільтр-пресах забезпечена велика поверхня фільтрування, за допомогою діафрагм регулюється товщина і вологість осаду і створені необхідні умови для регенерації тканини в процесі роботи та регенерації фільтра.
Рис. 25. Автоматизований фільтр-прес з горизонтальними камерами
У промисловості досить поширені барабанні вакуум-фільтри безперервної дії з зовнішньою поверхнею фільтрування та протилежними напрямами сили дії тяжіння і руху фільтрату. Фільтр (рис. 26) має горизонтальний перфорований циліндричний барабан 1, вкритий зовні фільтрувальною тканиною. Барабан обертається навколо своєї осі, нижня частина його занурюється в суспензію, яка надходить систематично в резервуар 4. Фільтрувальна поверхня барабана поділена на окремі частини, які під час обертання барабана послідовно приєднуються до трубопроводів вакууму, промивної рідини і стиснутого повітря для обробки осаду, що всмоктується поверхнею барабана при проходженні його частини через резервуар з суспензією. Промитий зневоднений осад віддувається повітрям від тканини, зрізається ножем 12 і надходить у бункер і на розфасовку.
Рис. 26. Схема роботи барабанного вакуум-фільтра з
зовнішньою поверхнею фільтрування:
1 – барабан; 2 – з'єднувальна трубка; 3 – розподільний пристрій; 4 – ємність для суспензій; 5 – мішалка; 6, 8 – порожнини розподільного пристрою; 7 – розбризкуючий пристрій; 9 – стрічка; 10 – направляючий ролик; 11, 13 – порожнини розподільного пристрою; 12 – ніж для зрізування осаду
Барабанний фільтр з невеликою поверхнею занурення в суспензію є найбільш придатним для розділення суспензій з значним вмістом твердих частинок, які утворюють осад з досить доброю проникністю. В промисловості використовують також листові, дискові, карусельні, стрічкові та інші фільтри.