5.7. Конструкции фильтров. Периодически и непрерывно действующие. Классификация. Фильтры, работающие под давлением. Вакуум-фильтры. Способы снятия осадка

Фильтры подразделяются прежде всего на непрерывно и периодически работающие. На первых возможен лишь режим работы при постоянной разности давлений, на вторых - практически любой. При фильтрации различных материалов химической технологии чаще всего применяют фильтры непрерывного действия.

Другой важной характеристикой фильтров является способ создания давления. В фильтрах, работающих под давлением, перепад давлений может достигать 3 ÷ 5 атм, редко 10 атм. В вакуум-фильтрах перепад давлений не может превышать 1 атм.

Однако фильтры, работающие под давлением, конструктивно более сложны, так как должны иметь кожух и устройство для вывода осадка из зоны с повышенным давлением в атмосферную зону. Эти фильтры менее удобны в эксплуатации и дороги.

Вакуум-фильтры конструктивно проще, дешевле, удобнее для эксплуатации и наблюдения за ходом работы. Однако поддержание вакуумной линии в хорошем состоянии создает определенные проблемы.

Если осадок обладает большим гидравлическим сопротивлением и мало сжимаем, то лучше применять фильтры, работающие под давлением. Однако при фильтрации металлургических отходов чаще применяют вакуум-фильтры, так как гидравлическое сопротивление флотационных добавок, как правило, невелико.

Конструкции фильтровального оборудования разнообразны. Рассмотрим некоторые общие принципы действия и основные особенности. Наиболее простым фильтром периодического действия является нутч-фильтры (рис.5.6).

О

Рис.5.6. Нутч, работающий под давлением: 1 - корпус; 2 - рубашка; 3 - съемная крышка; 4 - перемещающееся дно; 5 - фильтровальная перегородка; 6 - опорная перегородка; 7 - защитная сетка; 8 - кольцевая перегородка; 9 - штуцер для подачи суспензии; 10 - штуцер для подачи сжатого воздуха; 11 - штуцер для удаления фильтрата; 12 - предохранительный клапан

ни широко распространены в металлургических лабораториях и могут работать как под давлением, так и в разряженной атмосфере. Нутч-фильтры представляют собой, как правило, цилиндрические емкости со сплошными и ложными днищами. На последнем крепится фильтровальная перегородка.

Для ускорения фильтрации пространство между двумя днищами присоединяется к вакуумной системе.

В других случаях давление создают над пористой перегородкой. Нутч-фильтры работают периодически. Пульпа заливается сверху, а фильтрат выводится через патрубок в днище. Эти фильтры конструктивно просты, однако удаление осадка производится вручную. Существуют конструкции с опрокидывающимися фильтровальными перегородками, но и они полностью не устраняют ручной труд.

Некоторое распространение имеют пресс-фильтры, которые также работают периодически и требуют ручного труда для разборки фильтра и очистки его фильтровальных перегородок от осадка. Преимущество этих фильтров - большая фильтрующая поверхность и возможность работы под давлением до 3 атм.

В фильтр-прессе направление силы тяжести и движения фильтрата перпендикулярны.

Ф

Рис.5.7. Фильтр-пресс с вертикальными рамками: 1 - плиты; 2 - рамы; 3 - опорный брус; 4 - неподвижная плита; 5 - подвижная плита; 6 - гидравлическая система; 7 - штуцер для суспензии; 8 - штуцер для промывной жидкости; 9 - кран для удаления фильтрата

ильтр-пресс с вертикальными рамками (рис.5.7) состоит из чередующихся плит 1 и рам 2 одинакового размера. Плиты и рамы опираются боковыми ручками на два параллельных бруса 3. Между соприкасающимися поверхностями плит и рам имеются тканевые фильтровальные перегородки.

Плита, рама и фильтровальная перегородка образуют единичную ячейку фильтра. В фильтр-прессе таких ячеек много, все они прижимаются друг к другу специальным устройством. Принцип работы фильтра ясен из рис.5.8. Пульпа под давлением по каналам подается в рамы ячеек. Фильтрат проходит ткань и удаляется через специальные каналы 6 в раме.

Наиболее распространенным фильтровальным оборудованием в металлургическом производстве являются вакуум-фильтры непрерывного действия. Обычно их подразделяют на барабанные, дисковые и горизонтальные. Горизонтальные фильтры могут быть тарельчатыми (план-фильтры), карусельными и ленточными. Все вакуум-фильтры имеют следующие характерные особенности:

1

Рис.5.8. Схема работы плиточно-рамного фильтр-пресса: а - стадия фильтрования; б - стадия промывки; 1 - средний канал для суспензии; 2, 9 - каналы, 3 - пространство между двумя плитами; 4 - плиты; 5 - рама; 6 - канал для отвода фильтрата и промывной жидкости; 7 - кран; 8 - боковой канал для промывной жидкости

)выход фильтровальной перегородки во время работы из зоны нахождения суспензии и образования осадка и вход в зону разгрузки;

2)наличие распределительного устройства, регулирующего давление под фильтровальной перегородкой в различных участках фильтра;

3)кажущийся непрерывный цикл работы, который в действительности является бесконечным рядом ограниченных в пространстве периодических процессов.

Наиболее распространены обычные барабанные вакуум-фильтры. Поверхность фильтрования у них колеблется от 0,1 до 75 м².

Барабанные вакуум-фильтры подразделяются на фильтры с внешней и внутренней фильтрующей поверхностью. Последние удобны в случае фильтрации грубозернистого материала, который осаждается на фильтрованную перегородку, а не в корыто. Они рекомендуются для пульп, в которых осаждение частиц происходит со скоростью более 8 мм/с.

Фильтры с внешней фильтрующей поверхностью подразделяются по способу съема осадка: со скребковым съемом, со шнуровым и с сходящим фильтровальным материалом.

Барабанные вакуум-фильтры состоят из трех основных частей (рис.5.9): барабана с дренажными канавами и каналами, на которых закрепляется фильтровальная ткань; распределительного устройства, регулирующего цикл работы - отсос фильтрата, отдув осадка, и фильтровального корыта, в которые подается суспензия. Принцип работы фильтров пояснен на рисунках 5.6 - 5.18.

В

Рис.5.9. Барабанный вакуум-фильтр с внешней фильтрующей поверхностью: 1 - барабан: 2 - распределительные головки; 3 - привод барабана; 4 - корыто; 5 - мешалка; 6 - привод мешалки; 7 - опорная рама; 8 - ноже вое устройство для съема осадка; 9 - перфорированный лист; 10 - цапфа; 11 - подшипник: 12 - грубы, отводящие фильтрат; 13 - сменная ячейковая шайба; 14 - выводные трубы, соединяющую распределительную головку с вакуумом: 15 - выводные трубы, подающие сжатый воздух; 16 - окно для перелива пульпы: 17 - патрубок для подачи исходной пульпы: 18 - отверстие для выпуска пульпы из корыта; 19 - отверстие для чистки корыта; 20 - устройство для навивки проволоки на барабан (неподвижный винт и движущаяся по нему каретка)

процессе фильтрации на вакуум-фильтрах происходит чередование трех основных циклов работы - фильтрация в зоне пульпы и не сколько выше по ходу движения барабана; просушка, когда в опоры осадка начинает проникать воздух, и отдув, когда под фильтровальную перегородку вместо вакуума подключается воздух под давлением. Эта операция облегчает отслоение осадка от фильтроткани и способствует ее очистке от застрявших частиц.

Для облегчения съема осадка применяется шнуровой съем осадка (рис.5.10).

Б

Рис.5.10. Схема вакуум-фильтра со шнуровым съемом осадка

есконечные шнуры, огибающие фильтровальный барабан, находятся в 12÷13мм один от другого. Шнуры тангенциально сходят с барабана, отделяя слой осадка.

Характерной особенностью шнурового съема осадка является возможность съема при малой его толщине, порядка 1,5 мм вместо 6 ÷ 12 мм для скребкового съема. Благодаря этому можно фильтровать и трудно разделяемые суспензии. Успешность применения данных фильтров зависит, безусловно, от способности осадка сниматься шнурами. Такое свойство осадка необходимо проверить экспериментально, прежде чем выбрать этот фильтр.

Некоторые барабанные фильтры устроены так, что во время их работы фильтровальный материал сходит с вращающегося барабана и за тем снова возвращается на него (рис.5.11).

Т

Рис.5.11. Схема вакуум-фильтра со сходящей фильтротканью: 1 - барабан; 2- фильтроткань; 3 - опорные ролики; 4 - брызгало

акая конструкция улучшает условия разгрузки осадка и промывки фильтровального материала. Это в конечном итоге увеличивает производительность и срок службы фильтровальных тканей.

П

Рис.5.12. Барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью: 1 - барабан; 2 - распределительная головка; 3 - бункер - конвейер для выдачи осадка: 5 - привод барабана;6 - опорный ролик

ринцип действия вакуумфильтров с внутренней фильтрующей поверхностью аналогичен, только пульпа подается внутрь, а разгрузка осадка осуществляется скребком в бункер. Осадок из бункера выводится транспортером (рис.5.12).

Дисковые вакуум-фильтры предназначены для фильтрования пульп и суспензий, содержащих твердые частицы, осаждающиеся со скоростью не более18 мм/с и образующие осадок, не требующий промывки, толщиной не менее8 мм за время фильтрования до 4 мин (рис.5.13).

Д

Рис.5.13. Дисковый вакуум-фильтр: 1 - полый вал; 2 - диски; 3 - корыто; 4 - опорная рама; 5 - ножевое устройство для съема осадка; 6 - подшипники полого вала; 7 - станина; 8 - распределительные головки; 9 - вакуумметр; 10 - выводные трубы; 11 - трубы для сжатого воздуха; 12 ,13 - трубопровод для подачи пульпы; 14 - желоб для перелива пульпы; 15 - мешалка; 16 - электродвигатель; 17 - редуктор; 18 - зубчатая передача полого вала

исковые вакуум-фильтры состоят из полого вала с укрепленнымина нем дисками, погруженными в корыто с пульпой, которая перемешивается мешалкой. Диски собираются из 12 отдельных пустотелых секторов с перфорированной или рифленой поверхностью.

Каждый сектор, представляющий собой самостоятельный фильтрующий элемент, присоединяется к полому валу при помощи патрубка и радиальных спиц (рис.5.14).

Вал установлен горизонтально. На нем размещается несколько параллельных дисков. Полный цикл фильтрования завершается за один оборот диска. Смена режимов работы фильтрующих элементов - (фильтрация - отдувка) осуществляется путем подсоединения элементов к р

Рис.5.14. Секторы диска вакуум фильтра: а - деревянный; б - металлический; 1 - сектор; 2 - полый вал; 3 - патрубок сектора для присоединения к полому валу; 4 - каналы в полом валу

азличным каналам распределительной головки. Осадок снимаетсяножами, к

Рис.5.15. План-фильтр: 1 - тарель; 2 - перфорированный диск; 3 - кожух; 4 - шариковый подшипник; 5 - зубчаная передача; 6 - вариатор скорости; 7 - распределительная головка; 8 - устройство для разравнивания осадка; 9 - шнек

ак обычно.

Планфильтры или чашевые и ленточные фильтры, предназначены для фильтрации крупнозернистых пульп, например, пульп марганцевых руд, угольных шлаков и других, крупностью до 3 мм.

Планфильтр представляет собой тарель, покрытую фильтровальной перегородкой. Пульпа поступает сверху и быстро фильтруется. Образующийся осадок разравнивается специальным приспособлением, а затем снимается шнеком. Полный цикл фильтрования завершается за один оборот тарели и регулируется распределительной головкой (рис.5.15).

Л

Рис.5.16. Ленточный вакуум-фильтр: 1 - опорная резиновая лента; 2 - приводной барабан; 3 - натяжной барабан; 4 - фильтрованная ткань; 5 - натяжные ролики; 6 - лоток для подачи суспензий; 7 - форсунки для подачи промывной жидкости; 8 - вакуум-камеры для фильтрата; 9 - коллектор для фильтрата; 10 - вакуум-камеры для промывной жидкости; 11 - коллектор для промывной жидкости; 12 - направляющий ролик; 13 - бункер для осадка

енточный вакуум-фильтр (рис.5.16)состоит из закольцованной резиновой ленты с рифленой поверхностью и прорезями приводного и натяжного барабанов, вакуум-камеры, ножевого устройства для съема осадка, промывных устройств и привода. Лента покрыта фильтровальной тканью. Борта ленты скользят по двум направляющим планкам. Средняя часть ленты прилегает к колосниковой решетке над вакуумной камерой. Пульпа поступает на ленту из питающего лотка, осадок снимается ножевым устройством. Цикл фильтрования совершается за время прохождения ленты над вакуумной камерой. Пульпа поступает на ленту из питающего лотка, осадок снимается ножевым устройством. Цикл фильтрования совершается за время прохождения ленты над вакуумной камерой. При прохождении ленты в мертвой зоне - внизу ее можно промывать от забивших ее частиц.

Карусельные фильтры представляют собой набор опрокидывающихся нутч-фильтров, подсоединенных радиальными трубами к цен тральному полому валу. Пульпа загружается сверху в нутч. За время движения последнего до зоны разгрузки, где нутч опрокидывается и подается воздух для отдувки, происходит фильтрование.

Фильтры производительны, но дороги из-за сложной конструкции (рис.5.17).

Д

Рис.5.17. Схема карусельного фильтра в плане: 1 - горизонтальные нутчи; 2 - гибкие шланги; 3 - распределительное устройство

ля ускорения процесса расслоения применяют фильтрысгустители. Они представляют собой комбинацию этих двух аппаратов. В одной из конструкций в сгуститель помещают рамы от фильтр-пресса (листовые фильтры). Режим работы листового фильтра регулируется распределительным устройством. Получают слив и фильтрат, который удаляется с листового фильтра при отдуве и разгружается в конической части вместе с осевшим осадком. Существуют конструкции, в которых получают только фильтрат и осадок, а слив не выделяют (рис.5.18).

Рис.5.18. Фильтр-сгуститель: 1 - мостик подвижный; 2 - секция фильтрующих элементов (патронов); 3 - электродвигатель и редуктор распределительной головки; 4 - распределительная головка; 5 - коническая передача; 6 - ферма; 7 - труба для подвода суспензий; 8 - распределительная коробка; 9 - цилиндроконический резервуар; 10 - спиральные граблины; 11 - разгрузочное устройство; 12 - вертикальный вал граблин; 13 - привод вертикального вала; 14 - кольцевой желоб