Конструкции фильтров

Барабанные вакуум-фильтры нашли наиболее широкое приме­нение (в особенности с наружной фильтрующей поверхностью). Достоинством их является непрерывность действия и возможность промывки осадка на фильтре. К недостаткам можно отнести отно­сительную сложность конструкции, невозможность произвольно менять в широких пределах продолжительность отдельных опера­ции в цикле. Поэтому следует поддерживать постоянными свой­ства суспензии. Данные фильтры не пригодны для фильтрования полидисперсных суспензий.

Барабанные вакуум-фильтры согласно ГОСТ 5448-79Е маркируют следую­щим образом. Например, БОК 1-1; БЛУ 5,6-1,8; БТР 30-3-4; БОУ 40-3-4. Пер­вая буква означает, что фильтр барабанный. Вторая указывает на назначение фильтра: О - общего назначения, Л - для легкофильтрующихся суспензий, Т­ - для труднофильтрующихся суспензии. Третья буква означает исполнение филь­тра по материалу деталей, соприкасающихся с обра-батываемым продуктом: К - из коррозионно-стойкой стали, У - из углеродистой стали, Р - с гуммиро­ванными деталями, П - с деталями из пластмассы. Первая цифра после букв - ­площадь поверхности фильтрования (м²), вторая - диаметр барабана (м), третья - модификация.

Фильтр имеет полый барабан с перфорированной боковой по­верхностью, внутренняя сторона которого разделена ячейками на прямоугольные участки. Барабан покрывают сначала металличе­ской сеткой, а затем фильтровальной тканью. Он вращается на полом валу, один конец которого соединен с приводом, а другой примыкает к распредели-тельному устройству, которое служит для последовательного соединения каждой ячейки с источниками ва­куума и сжатого воздуха. Это позволяет чередовать операции фильтрования, промывки, обезвоживания, удаления осадка, реге­нерации ткани.

С целью уплотнения осадка после первого обезвоживания и промывки фильтры снабжают уплотняющими валиками или спе­циальными устройствами. Это предотвра-щает растрескивание осадка и способствует более полному удалению жидкости из него.

Для эффективной работы фильтра важное значение имеет спо­соб удаления осадка с поверхности ткани. Наиболее распростра­ненным является удаление с помощью ножа (широкой металли­ческой полосы), установленного наклонно вдоль образующей барабана на некотором расстоянии от его поверхности. Его наклон и расстояние можно изменять специальным устройством. Этот способ позволяет удалять осадки толщиной не менее 8 10 мм.

Удалить осадок можно также с помощью валика, изготовлен­ного из материала, к которому прилипает осадок. Валик вращается в направлении, противоположном вращению барабана, и снимает с ткани осадок, который затем удаляется с валика ножом.

Рис. 3. Схема снятия осадка шнурами: 1- шнур; 2 – натяжной ролик; 3 – направляющая гребенка; 4 направляющий ролик; 5 – барабан.

Липкие осадки толщиной 2 4 мм хорошо снимаются шнурами (рис. 3). Бесконечные шнуры 1 натянуты параллельно друг другу на расстоянии 6 25 мм. Они движутся по замкнутому контуру, огибая барабан 5, натяжной 2 и направляющий 4 ролики. При этом шнуры отделяются от ткани вместе с осадком, который за­тем отрывается от них при огибании натяжного ролика. Сохра­нение нужного расстояния между шнурами обеспечивается на­правляющей гребенкой 3. Таким образом удаляют, например, осадки Mg(OH)2 и СаСОз. Вакуум-фильтры общего назначения в соответствии с ГОСТ 5748-79Е могут иметь площадь фильтрования от 0,25 до 100 м2. Угловую скорость вращения барабана можно регулировать от 0,011 до 0,21 рад/с (0,1-2 об/мин). Их используют для фильтро­вания суспензий Аl (ОН)3, BaS04, карбонатов кальция, магния, бария и других. Фильтры типа БЛ

приме­няют, например, для выделения галитовых хвостов в калийной промышленности; фильтры типа БТ - в производстве диокси­да титана.

Кроме фильтров с наружной фильтрую­щей поверхностью промышленность выпу­скает также вакуум-фильтры с внутренней фильтрующей поверхностью следующих типоразмеров: ВУ 10-2,5, ВУ 25-2,5 и ВК 25-2,5.

В обозначении типоразмера первая буква озна­чает, что фильтр с внутренней фильтрующей поверх­ностью, вторая указывает на материал фильтра; цифра после букв - площадь фильтрующей поверх­ности (м²); далее - диаметр барабана (м).

Ленточные вакуум-фильтры (ОСТ 26-01-1269-75) имеют площадь фильтрова­ния от 1,0 до 20 м². Схематическое их устройство показано на рис.4. Опорная тканерезиновая бесконечная лента 2 огибает два вращающихся барабана 1, один из которых является приводным а другой - натяжным. Верхняя ветвь ленты скользит по горизонтальному столу 3 с продольными прорезями, которые соединяют область фильтрования перегородки с вакуум-камерами 4, располо­женными под столом.

Рабочая поверхность ленты рифленая. Поперечные рифления сообщаются с продоль-ным углублением на середине ленты. Через сквозные отверстия углубление сообщается с отверстиями в столе и соответственно с вакуум-камерами. Благодаря рифлениям подфиль-тровальной тканью образуется свободное пространство. Ткань по краям прикреплена к ленте резиновым шнуром, заложенным в продольный паз, и покрывает всю ее рабочую поверхность. Края резиновой ленты мягкие и на верхнем горизонтальном участке отгибаются специальными направляющими кверху, в результате чего лента принимает

Рис.4. Ленточный вакуум-фильтр: 1 - барабан; 2 - лента; 3 -стол; 4 – вакуум-камеры; 5 - завесы; 6 – промывочное устройство; 7 - лоток; 8 - поддон; 9 – разбрызгивающее устройство; 10 – нож.

форму желоба. Нижняя часть ее опирается на ролики или свободно провисает.

Суспензия поступает на фильтр из лотка 7. Осадок удаляется с фильтра либо ножом, либо под действием силы тяжести либо отдув кой воздухом. После отделения осадка ткань промывается из специальных разбрызгивающих устройств 9. Зоны фильтрования 1, промывки 11 и просушки 111 разграничены завесами 5 из мягкой резины или ткани в несколько слоев. Эластичные края завесы скользят по осадку, не снимая его, но предотвращая смешение жидкостей над ним. Завесы устанавливают над перегородками ме­жду вакуум-камерами. Протяженность отдельных рабочих зон можно регулировать за счет перемещения вдоль фильтра завес 5 и промывного устройства б.

Ленточные вакуум-фильтры предназначены для фильтрования полидисперсных сус-пензий. Оседание в первую очередь крупных частиц уменьшает закупоривание пор ткани мелкими кристаллами. Достоинствами ленточных фильтров являются простота устрой­ства и регулирования продолжительности отдельных операций фильтрования, а также возможность организации многоступенча­той промывки осадка. Недостаток заключается в малой площади фильтрования и нечетком разграничении зоны фильтрования и промывки, что приводит к некоторому разбавлению фильтрата. Используют ленточные вакуум-фильтры в производствах борной и экстракционной фосфорной кислот, хлорида калия.

В обозначении типоразмера, например Лсх I0-I,4K, буква Л означает лен­точный, сх - со сходящей лентой, О - с отдувкой осадка; цифры после букв - ­соответственно площадь поверхности фильтрования (м²) и ширина ленты (м). Последняя буква указывает на исполнение по материалу.

Карусельный вакуум-фильтр. Фильтры К-100-15К и К-50-11,5К применяют в производстве экстракционной фосфорной кислоты. Они состоят из горизонтальной вращающейся рамы кольцевой формы, опирающейся на ролики, которые катятся по круговым рельсам. На раме установлено 24 опрокидывающихся фильтро­вальных лотка (нутчи), в которые уложены перфорированные опорные перегородки, покрытые филь-тровальной тканью. Вакуумная полость лотков соединена гибкими шлангами с распре-дели­тельной головкой, аналогичной применяемой в барабанных вакуум-фильтрах.

При вращении рамы каждый лоток последовательно проходит зоны фильтрования, двух (или более) промывок ocaдкa, раз­грузки и регенерации ткани после фильтрования и каждои про­мывки осадок обезвоживается путем просасывания через него воздуха.

В зоне выгрузки лоток автоматически опрокидывается, и осадок под действием соб-ственной тяжести и сжатого воздуха сбра­сывается в бункер. После этого ткань промыва-ется струями воды, направленными вверх, а затем просушивается просасываемым возду-хом. К моменту заливки суспензии лоток возвращается в исходное положение.

Благодаря наличию в карусельном фильтре изолированных друг от друга лотков можно полу­чить концентрированный не разбавленный промывной жидкостью фильтрат и проводить многосту­пенчатую противоточную промыв­ку осадка минимальным количе­ством воды. Кроме того, карусель­ные вакуум-фильтры отличает высокая производи-тельность и дли­тельный срок службы ткани.

Недостатком являются большие габаритные размеры (19,1 17,7 4,9 м) и масса, приходящаяся на единицу фильтрующей поверхности (933 кг /м2).

Общая площадь фильтрующей поверхности карусельного фильтра К-100-15К составляет 105 м2, площадь зоны активного фильтрования - 80 м² Наружный диаметр поверхности фильтро­вания равен 15 м, а длина лотка - 3,3 м. Основные детали фильт­ра изготовлены1 из стали 0Х23Н28М3Д3Т.

Дисковый вакуум-фильтр (ГОСТ 5747-80Е) (рис.5) состоит из горизонтального вращающегося вала, на который насажены диски 1. Диски погружены в корыто, со-стоящее из секции 3, причем каждый диск погружен в отдельную секцию. Диски раз-делены на двенадцать секторов с перфо-рированными стенками, обтянутыми тканью. Каждый сектор посредством от-дельного канала, проходящего внутри вала, соединен с распределительным устрой­ством 5, аналогичным применяемому в барабанном вакуум-фильт­ре. В зоне съема осадка внутрь сектора из ресивера 6 через рас­пределительное устройство подается сжатый воздух, способствую­щий отделе-нию осадка от ткани и съему его ножами 2.

Ножи установлены с обеих сторон дисков. Снятый с ткани осадок проваливается между секциями 3 корыта в бункер под фильтром.

Суспензия на фильтры подается через коллектор 4. Постоянный уровень суспензии в фильтре поддерживается при помощи пере­ливных трубок. На фильтрах, имеющих более 4-6 дисков, распре­делительные устройства устанавливают на обоих концах вала.

Дисковые вакуум-фильтры (например, ДК 9-1,8-2; ДУ 68-2,5-2) имеют сле­дующее условное обозначение типоразмера. Первая буква означает дисковый, вторая - исполнение по материалу; цифра после букв - площадь фильтрования (м²), следующая - диаметр диска (м), третья цифра - модификация.

Дисковые фильтры изготавливают с площадью фильтрования от 0,3 до 250 м² и количеством дисков до 14. Они предназначены для разделения суспензий с частицами примерно одинаковой дис­персности. Осадок, образующийся на фильтре, при просушке не должен растрескиваться.

К достоинствам дисковьrх фильтров следует отнести компакт­ность конструкции и малую массу на единицу фильтрующей по­верхности (200--:300 кг/м²). Недостатком является то, что при промывке осадка фильтрат разбавляется.

Фильтр-прессы относят к аппаратам периодического действия. Они предназначены для фильтрования суспензий с высокодисперс­ной твердой фазой. Фильтр-прессы бывают рамные с площадью фильтрования от 2,5 до 140 м², автоматические камерные (ФПАКМ) с площадью фильтрования от 2,0 до 50 м².

Основные детали рамных фильтр-прессов могут быть изготов­лены из углеродистой и коррозионностойкой стали, дерева и стек­лопластика. Использование двух последних материалов значи­тельно облегчает конструкцию. Из стеклопластика на основе фу­рилово-фенолоформальдегидной смолы со стекловолокнистым и графитовым наполнителями изготавливают рамы и плиты фильтр-­прессов, устойчивые в кислых и щелочных средах средних кон­центраций при 100-120⁰С.

Фильтр-прессы ФПАКМ (ГОСТ 19756-74) предназначены для фильтрования под из-быточным давлением высокодисперсных труд­нофильтрующихся жидкотекучих суспен-зий, которые можно транс­портировать по трубопроводам диаметром 25 мм. Они могут ра­ботать при отношении Ж/Т = 2 10 и температуре до 80⁰С. Эти фильтры используют, например, для фильтрования растворов хло­рида бария и суспензии сульфата бария.

Цикл работы фильтр-пресса ФПАКМ состоит из следующих операций: сжатие плит, подача суспензий, фильтрование, промывка осадка, его обезвоживание, раздвигание плит и разгрузка осадка с одновременным промыванием ткани. Обезвоживание осадка можно производить либо путем уплотнения твердой фазы диафраг­мой, либо продувкой воздухом. Разгрузка осадка происходит на обе стороны фильтра.

Управление фильтр-прессом полностью автоматизировано. Си­стема автоматики обеспечивает работу в автоматическом и полу­автоматическом режимах. Она предусматривает возможность сблокированной работы фильтр-пресса и технологических приводов-насосов для подачи суспензий и промывной жидкости. Рабочее давление в камере фильтр-пресса составляет от 1,2 до 1,5 МПа.

Типоразмер фильтр-пресса (например, ФПАКМ5У или 1ФПАКМ25Н) обо­значают следующим образом: ФПАКМ- изготовлен с диафрагмами, ФПАКМ ­без диафрагм, продувка осадка воздухом; цифра между буквами - площадь фильтрования (м²) ; последняя буква - исполнение по материалу (У - Ст3, Н - сталь 12X18H9T, Т - титан ВТ1-0 и т. п.).

Достоинствами фильтров ФПАКМ являются развитая поверх­ность фильтрования, отнесенная к единице площади, занимаемой фильтром, возможность при помощи диафрагмы регулировать влажность осадка, а также полная автоматизация управления. Осадок получается с меньшей влажностью, чем на фильтрах дру­гих типов. Недостаток - сложность конструкции, а следовательно, низкая вероятность безотказной работы и сложность ремонта.

Листовые фильтры предназначены для фильтрования суспензий через ткань или сетку с использованием в ряде случаев вспомога­тельного фильтрующего вещества (ВФВ).

В обозначении типоразмера листового фильтра (например, ЛГв20У, ЛВАжI25К) буква Л означает листовой, Г - горизонтальный, В - вертикальный, А _ автоматизированный, в - с вибросбросом осадка, г - гидростатический; ж - с гидросмывом осадка; цифра после букв - площадь поверхности фильтро­вания (м²); буквы У, Р, К после цифры -исполнение фильтра по материалу.

Применение ВФВ рекомендуется в тех случаях, когда суще­ствует опасность закупоривания фильтровальной перегородки вы­сокодисперсными частицами суспензии и сложность ее регенера­ции. Размеры частиц суспензий, фильтруемых по этому методу, обычно не более 5 мкм, а массовая их доля в растворе менее 0,5 %.

В качестве ВФВ могут быть использованы диатомит, перлит, древесная мука, асбест, целлюлоза, уголь и другие материалы. Диатомит (инфузорная земля или кизельгур) представляет собой окаменевшие остатки микроскопических морских растений. Пер­лит - минерал вулканического происхождения, называемый иначе природным стеклом. Он также как и диатомит, состоит в основном из кремнезема. При использовании ВФВ следует учитывать их стоимость. Например, целлюлоза в 2-3 раза, асбест - в 10­ 30 раз дороже, чем диатомит или перлит.

Сущность фильтрования с использованием ВФВ заключается в том, что суспензию пропускают через слой вспомогательного фильтрующего вещества, предварительно «нафильтрованного» на сетку или ткань.

Процесс фильтрования с использованием ВФВ может идти по двум механизмам:

1) частицы, размеры которых меньше, чем поры слоя ВФВ, задерживаются в глубине слоя в результате сужения пор от поверх­ности к глубине, а также вследствие осаждения их в изгибах пор;

2) главную роль в процессе играют поверхностные явления взаимодействия фаз.

Процесс протекает наиболее эффективно, если частицы суспензии и ВФВ имеют противоположные заряды, при этом может происходить адсорбция частиц на стенках капилляров, а также их коагуляция.

В случае преимущественного действия второго механизма эф­фективность удаления высокодисперсных примесей зависит от кон­центрации электролита в суспензии, диэлектрических свойств раствора, природы примесей и вспомога­тельного вещества.

В производстве глинозема для фильтрования алюминатного раствора с использованием ВФВ применяют вертикальные листовые автоматизи­рованные фильтры с гидросмывом осадка ЛВАж125К, в качестве ВФВ используют крафт-целлюлозу.

Принципиальная схема вертикаль­ного листового фильтра показана на рис. 6. Он состоит из цилиндриче­ской обечайки 1 с коническим дни­щем, прямоугольных фильтровальных элементов 2, опирающихся на планку 3 и коллектор 5, съемной крышки 4. Суспензия нагнетается внутрь фильтра насосом по штуцеру 7, а фильтрат вытекает из штyцepa 8. Осадок смывается с фильтро­вальных элементов водой и удаляется через штуцер 6. Фильтрую­щий элемент пред-ставляет собой раму прямоугольной формы, в которую вставлены дренажная и фильтрующая сетки, создающие полость, сообщающуюся со штуцером отвода фильтрата. Цикл работы фильтра состоит из следующих операций. Сна­чала фильтр заполняют суспензией целлюлозы (3-3,5 г/л), приготовленной в растворе алюмината натрия, и фильтруют ее. При этом на сетке образуется намывной слой толщиной 2-4 мм. Затем производят операцию фильтрования с получением чистого раство­ра - до повышения избыточного давления в фильтре 0,2 МПа (2 атм). После этого фильтруемая суспензия спускается в соответ­ствующий сборник, а осадок и намывной слои с поверхности ли­стов смываются водой в сборник шлама. В производстве серной кислоты для очистки рас-плавленной серы используют горизонтальные листовые фильтры, например ЛГв20У. Они состоят из набора филь-тро­вальных листов, соединенных с коллек­торной трубой отвода фильтрата, которая проходит через неподвижно закрепленную на раме эллиптическую крышку. Горизонтальный цилиндрический корпус перемещается на катках по рельсам ра­мы. Корпус, крышка и запорная армату­ра фильтра снабжены паровыми рубаш­ками. Филь- трование серы производят через намывной слой из дитомита. Процесс прекращается при достижении макси-

­мального давления. Намывной слой и осадок с фильтрующей перегородки сни­маются вибрацией фильтровальных ли­стов, а со дна удаляются неподвижно закрепленными скребками при откаты­вании корпуса. Управление работой фильтра осуществляется дистанционно с пульта.

Наиболее простыми по конструкции и компактными являются фильтры Лг40 и Лг70 с площадью фильтрования соответственно 40 и 70 м². Их называют чаще мешочными. Они предназначены для освет­ления растворов, содержащих небольшое количество твер-дых частиц, и применяются обычно для контрольного фильтрования, т. е. для повторного фильтрования после фильтр-прессов, вакуум­фильтров или сгустителей. Процесс филь-трования в мешочном фильтре проводят под гидростатическим давлением слоя суспензии (4-7 м).

Мешочный фильтр состоит из плотно за-крытого корпуса пря­моугольного сечения с разме-щенными в нем фильтровальными эле­ментами. Основной деталью фильтровального элемента является каркас (рис. 7), состоящий из планок 1, соединенных между со­бой и прикрепленных к трубе 2 с отверстиями, по которой отво­дится фильтрат. Внутри каркаса натянуты цепочки 3. Этот каркас помещен в мешок из фильтровальной ткани и вставлен в корпус фильтра, в котором размещено более 40 фильтровальных эле­ментов. При работе фильтра суспензия, поступающая в пространство между мешками, образует осадок на их наружной поверхности, а фильтрат отводится по трубе 2 в коллектор. Мешочные фильтры,

как и листовые, являются аппаратами периодического действия. Удаление осадка с фильтровальных элементов можно проводить либо обратной подачей фильтрата, либо вручную, вынимая из кор­пуса фильтровальные элементы и смывая осадок струей воды.

Нутч-фильтры применяют в малотоннажных производствах с периодической технологией, где нет необходимости (экономически нецелесообразно) использовать фильтры непрерывного действия. Обычно такими являются производства реактивов.

Ввиду высоких требований к чистоте реактивов, нутч-фильтры изготавливают из эмалированного чугуна или фар-фора. Они имеют площадь фильтрования от 0,1 до 0,8 м2 и диаметр от 0,38 до 1,0 м. Масса, приходящаяся на 1 м2 фильтрующей поверхности, состав­ляет примерно 1450 кг для чугунных и от 600 до 690 кг для фар­форовых фильтров. Нутч-фильтр (рис. 8.) состоит из сборника фильтрата 1, царги 2, фильтрующей решетки 3 и опорного устройства 4. Сбор­ник снабжен штуцерами: 6 - для подсоединения к ваку-ум-насосу и 8 - для спуска фильтрата. Фильтрующая решет-ка, опорное устройство, царга и сборник пришлифованы друг к другу для предотвращения подсосов воздуха. На решетку укладывается фильтровальная ткань из соответствующего материала. Для устой­чивости фильтр устанавливают на спе-циальную подставку 7. Цар­га прижимается к сборнику с помощью болтов специальными стальными кольцами 5, под которые подкладывается резиновая прокладка.

Краткая характеристика некоторых фильтров приведена в табл. 2.

Таблица 2

Технические характеристики некоторых фильтров

Типоразмер фильтра	Площадь фильтрую-щей по-верхности, м2	Масса на единицу фильтрую-щей по-верхности, кг!м2	Площадь фильтро- вания на единицу площади, занима-емой фильтром, м2/м2	Обрабатываемый продукт. Производитель- ность, т/ч	Промывка осадка
БОК 5-1,75	5	500	0.80	ВаСОз 2,8-3,0	Одноступенчатая
БJIУ 5,6-1,8	5,6	2026	0,44	NаНСОз 10-12	То же
БТР 30-3-4	30	750	1,21	СаСОз в производс-тве каустика 11-15	То же
БОУ 40-3	40	447	1,40	Флотационный КCl 30-34	То же
ДК 51- 2,5	51	170	1,09	NiСОз	Без промывки
ДУ 250-3,75	259	176	5,95	Аl(ОН)з 200-250	То же
Лсх 10-1,4 К	10	2050	0,16	Галитовый шлам 120-140	Многоступенчатая
К 100-15К	105	933	0,31	Фосфогипс 50-70	То же
ФПАКМ-25	25	612	2,9	BaS04 0,4	Одноступенчатая
ЛГв20У	20	194	1,95	Жидкая сера 11-13	Без промывки
ЛВАж125К	125	79	9,98	Раствор NaAlO2 270-280	То же