2.2. Конструкции фильтров

Конструкции фильтровального оборудования весьма разнообразны. По режиму работы различают фильтры периодического и непрерывного действия. Для процессов фильтрования суспензий, частицы которых значительно закупоривают поры фильтрующей перегородки, используется периодическая фильтрация с очисткой (регенерацией) перегородки после каждой стадии фильтрации. Фильтры непрерывного действия работают,как правило,при постоянной разности давлений по обе стороны от фильтрующейперегородки.

По способу создания разности давлений различают вакуум-фильтры, в которых со стороны разделяемой суспензии давление атмосферное, а с другой стороны перегородки поддерживается разрежение, и фильтры, работающиепод избыточным давлением, создаваемым со стороны суспензии, при этом со стороны фильтрата давление обычно бывает атмосферное.

Существенная особенность вакуум-фильтров любой конструкции – ограниченность разности давлений P = P₁ – P₂ значением,не превышающим одной атмосферы (0,1 МПа), посколькуP₁ = 0,1 МПа, а давление P₂ лишь в пределе может стремиться к нулевому значению; на практике P₂ обычно не бывает менее 0,005 МПа.В фильтрах, работающих с избыточным давлением, значениеPможет достигать 10–12 атм (1,0–1,2 МПа), что на порядок увеличивает скорость фильтрации по сравнению с вакуум-фильтрами,но зато требует соответствующего упрочнения и усложнения конструкциитакого аппарата.

Простейший фильтр периодического действия, так называемый нутч-фильтр, работающий чаще всего за счет создаваемого под перегородкой вакуума, изображен на рис. 6, где лишь не показана жесткая металлическая решетка под фильтрующей перегородкой.

Рис. 9. Фильтр-пресс периоди-ческого действия:

1 – рамы; 2 – плиты; 3 – фильтрующая ткань; 4 – вертикальные канавки для стекания фильтрата; С – подача суспензии под избыточным давлением; Ф – фильтрат

Как и при любой периоди-ческой фильтрации, после ос-новного процесса фильтрования(или после также периодическойпромывки осадка, если она необходима) производится выгрузка осадка.В нутч-фильтрах эта операция совершается сверху вручную, поэтому такие фильтры используются в технологическихлиниях небольшой производительности по разделяемой суспензии.

Еще одна конструкция для периодической фильтрации, работающая под избыточным давлением до 1,0–1,2 МПа – это так называемый фильтр-пресс, показанный на рис. 9.

Аппарат состоит из чередующихся рам 1 и плит 2, плотно прижимаемых друг к другу с помощью ручного или гидравлического устройства. Между каждой парой плита – рама зажата фильтрующая ткань 3 (салфетка). В верхних частях плит и рам имеются отверстия, образующие при сборке всех плит и рам сплошной канал, по которому под избыточным давлением в полые объемы рам1подается исходная суспензия.

По действием избыточного давления сплошная жидкая фаза фильтруется через салфетки 3и оказывается в вертикальных канавках4, по которым жидкость стекает вниз и выводится через отверстия в нижних частях плит2. Твердая фаза откладывается на каждой салфетке в виде вертикального слоя осадка, толщина которого непрерывно увеличивается. Фильтрация прекращается, когда каждая пара слоев заполнит весь объем рамы.

Скорость фильтрации и количество полученного фильтрата описываются уравнениями периодической фильтрации (8) и(11).

Промывка осадка, заполнившего все рамы фильтр-пресса,может производиться при подаче промывной жидкости через тот же канал, по которому на стадии фильтрации подавалась суспензия; при этом промывная жидкость выходит через те же отверстия в нижней части плит.

Преимущества фильтр-прессов – значительная поверхность фильтрования, приходящаяся на единицу объема конструкции, возможность

Рис. 10. Барабанный вакуум-фильтр непрерывного действия:

1 – барабан с перфорированной цилиндрической поверхностью; 2 – фильтровальная ткань; 3 – герметично отделенные друг от друга секторы внутри барабана; 4 – выводные каналы из пространства секторов; 5 – корыто для исходной суспензии; 6 – суспензия; 7 – неподвижная часть распределительной головки; 8 – слой осадка; 9 – нож для снятия осадка; 10 – диспергатор промывной жидкости (дуршлаг); Ф – фильтрат; ОС – осадок; ПЖ – промывная жидкость; а, б, в, г и д – фигурные отверстия для вывода фильтрата, отсоса жидкой фазы из влажного осадка, вывода промывной жидкости (и поддержания разрежения внутри соответствующих секторов), пропарки и отдувки осадка соответственно

использования высоких избыточных давлений и отсутствие движущихся частей. Недостатки – ручное обслуживание, низкое качество промывки осадка и быстрый износ фильтровальной ткани в результате частой разборки и сборки всей конструкции.

Наиболее распространенной конструкцией фильтра непрерывного действия является барабанный вакуум-фильтр (рис. 10), основным элементом которого является полый барабан 1 с перфорированной цилиндрической поверхностью, покрытой фильтровальной тканью 2. Внутренний объем барабана разделен на несколько секторов 3, каждый из которых имеет свой вывод 4 внутри вращающейся вместе с барабаном центральной его части. Нижняя часть медленно вращающегося барабана постоянно погружена в корыто 5 с суспензией6. Внутри тех секторов, наружная цилиндрическая поверхность которых погружена в суспензию, поддерживается давление ниже атмосферного. Поэтому жидкая фаза суспензии фильтруется через ткань на барабане, попадает внутрь соответствующих секторов и непрерывно отводится через отверстия неподвижной распределительной головки 7 и нижний фигурный вырез а; фильтрат собирается в сборник; вакуум создается насосом (на рисунке не показаны). На наружной поверхности фильтровальной ткани откладывается слой осадка8, непрерывно срезаемый ножом9, который плотно прижимается к ткани.

Промывка осадка может осуществляться в верхней части барабана с помощью промывной жидкости, подаваемой через распределитель 10. Использованная промывная жидкость отводится через канал, ведущий из объема верхнего сектора и соединяющийся с фигурным вырезомвв распределительной головке7(см. вид поББ); это же отверстие соединяется с источником разрежения и сборником промывной жидкости.

Если осадок перед его удалением с поверхности ножом 9требует предварительной отдувки воздухом или пропарки паром, а между стадиями фильтрации и промывки – отсасывания оставшейся в осадке сплошной фазы, то эти вспомогательные операции могут быть проведены с помощью отверстийг,дибв распределительной головке7соответственно.

Барабанные вакуум-фильтры имеют диаметр барабана до 2,5 м,длину – до 4 м, частота вращения барабана 1–10 мин^–1.

Преимущества барабанных фильтров – относительная простота конструкции, удобство обслуживания, непрерывность работы, хорошие условия промывки осадка. Недостатки – значительная металлоемкость конструкции, небольшая движущая разность статических давлений, всегда меньшая атмосферного давления (P < 0,1 МПа).

Некоторые из отмеченных недостатков отсутствуют в аналогичных конструкциях фильтров непрерывного действия. Так, барабанные фильтры могут иметь наружный кожух, внутри которого создается избыточное давление до 0,5 МПа, что обеспечивает в 5–6 раз бо^льшую движущую силу процесса по сравнению с вакуум-фильтрацией, но и значительно повышает требования к механической прочности конструкции наружного кожуха.

Удельная поверхность фильтрации на единицу объема конструкции может быть увеличена в 10 и более раз вдисковых вакуум-фильтрах (рис. 11), где фильтрующей поверхностью являются плоские перфорированные поверхности дисков1, на которые натягивается фильтрующая ткань2. Принцип работы дискового вакуум-фильтра и его распределительной головки 3 аналогичен принципу работы

Рис. 11. Дисковый вакуум-фильтр непрерывного действия:

1 – перфорированная поверхность дисков; 2 – фильтрующая ткань; 3 – неподвижная часть распределительной головки; 4 – корыто для фильт- руемой суспензии; 5 – суспензия

барабанного фильтра. По сравнению с барабанным фильтром дисковому присущи некоторые недостатки. Так, вертикально расположенные слои осадка практически невозможно промывать; трудно регулировать работу большого числа ножей, снимающих осадок с двух поверхностей каждого диска.

В ленточном вакуум-фильтре поверхностью фильтрации является плоская горизонтальная поверхность пористой, покрытой фильтрующей тканью бесконечной ленты, под которой создается разрежение. На горизонтальной поверхности легко производятся последовательные операции фильтрования и промывки; осадок сбрасывается с фильтрующей поверхности в месте ее перегиба за счет собственного веса либо относительно простоснимается ножом. Ширина ленты достигает 3 м, а ее длина – 9 м. Преимущество ленточного фильтра – отсутствие распределительной головки, а существенный недостаток – большие габариты по отношению к полезной поверхности фильтрации.

Карусельный фильтр непрерывного действия, имеющий плоские горизонтальные поверхности фильтрования, удобные для промывки осадков, по существу представляет собой несколько нутч-фильтров (рис. 6), перемещающихся по кругу. В каждом из нутчей выполняется та или иная операция: фильтрация, просушка, промывка, пропарка и отдувка осадка; после этого каждый из фильтров переворачивается и осадок под действием собственного веса падает в приемник; затем производятся операции по регенерации фильтрующей ткани, т. е. ее промывка, пропарка и сушка. Последовательность операций многократно повторяется. Значительная громоздкость карусельных фильтров компенсируется удобством проведения отдельных операций.

Фильтрационнаяочистка газов от мелкодисперсной пыли производится в рукавных фильтрах (рис. 12). Фильтрующаяткань 2 в форме цилиндра (рукава) надета на каркас жесткости 3; несколько десятков таких элементов помещены в корпус1аппарата. Запыленный

Рис. 2.12. Рукавный фильтр для очистки запыленных газов:

1 – корпус; 2 – фильтрующая ткань; 3 – гибкий каркас жесткости; 4 – слой пыли; 5 – рычаг встряхивающего устройства; 6 – секторный затвор на линии выгрузки пыли

газ (Г + Т) фильтруется через ткань рукавов под действиемразрежения, создаваемого с помощью вентилятора, устанавливаемого после фильтра. Слои пыли откладываются на наружной поверхности рукавов, а очищенный от дисперсной твердой фазы газ из внутренних объемов рукавов через общий коллектор отводится из аппарата. Слои пыли удерживаются на наружных поверхностях фильтровальных рукавов той же разностью давлений, под действием которой происходит и процессфильтрования газа через слой пыли и фильтрующую ткань.

Слои пыли удаляют периодическим встряхиванием рукавов с помощью рычажного механизма 5. По коническому днищу аппарата пыль под действием собственного веса перемещается к центру, откуда выводится с помощью секторного питателя6.