Основні відомості про фільтрування неоднорідних систем 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Основні відомості про фільтрування неоднорідних систем



Фільтруванням називають процес розділення суспензій з використанням пористих перегородок, які затримують тверду фазу суспензії і пропускають її рідку фазу.

Розділення суспензії, що складається з рідини і зважених у ній твердих частинок, проводять за допомогою фільтра (рис. 4.1), який в простому вигляді є посудиною, розділеною на дві частини фільтрувальною перегородкою. Суспензію поміщають в одну частину цієї посудини так, щоб вона стикалася з фільтрувальною перегородкою. У розділених частинах посудини створюють різницю тиску, під дією якої рідина проходить через пори фільтрувальної перегородки, причому тверді частинки затримуються на її поверхні. Таким чином суспензія розділяється на чистий фільтрат і вологий осад. Цей процес розділення суспензії називають фільтруванням з утворенням осаду. Іноді тверді частинки проникають в пори фільтрувальної перегородки і затримуються там, не утворюючи осаду. Такий процес називають фільтруванням із закупорюванням пор. Можливий також проміжний вид фільтрування, коли тверді частинки проникають у пори фільтрувальної перегородки і утворюють на ній шар осаду.

Виникнення вказаних видів фільтрування пов'язане зі складною взаємозалежністю між властивостями суспензії і фільтрувальної перегородки.

Рисунок. 4.1. Схема процесу фільтрування: 1 — фільтр; 2 — фільтруюча перегородка; 3 - суспензія;

4 - фільтрат; 5 - осад.

Найбільш бажане фільтрування з утворенням осаду, коли закупорювання пор фільтрувальної перегородки твердими частинками з відповідним збільшенням її опору майже не відбувається. Такий вид фільтрування спостерігається при достатньо високій концентрації твердої фази в суспензії, причому цю концентрацію умовно можна прийняти більше 1 об’ємн. %. При вказаній концентрації над входами в пори фільтрувальної перегородки швидко утворюються частинки, які складаються з твердих частинок, що пропускають рідку фазу суспензії, але затримують інші тверді частинки.

Для запобігання закупорюванню пор фільтруючої перегородки при розділенні суспензії з відносно невеликою концентрацією твердої фази, наприклад у межах 0,1-1 об’ємн. %, таку суспензію перед розділенням на фільтрі доцільно згустити у відстійниках.

Підвищення концентрації твердої фази здійснюють у ряді випадків також у фільтрах-згущувачах, з яких тверда фаза видаляється не у вигляді вологого осаду, а у вигляді згущеної суспензії.

Найбільш бажане фільтрування з закупорюванням пор фільтруючої перегородки, оскільки регенерація її у даному випадку дуже ускладнюється, а деколи стає неможливою внаслідок важкості вилучення твердих частинок з пор. Такий вид фільтрування називають також освітленням, причому орієнтовно можна прийняти, що воно відбувається за концентрації твердих частинок у суспензії менше 0,1 об’ємн. %.

При розділенні суспензій з невеликою концентрацією тонкодисперсної твердої фази часто застосовують фільтрувальні допоміжні речовини, що перешкоджають проникненню твердих частинок у пори фільтрувальної перегородки. У якості тонкодисперсних або тонковолокнистих матеріалів, використовують діатоміт, перліт, азбест, целюлозу, активоване вугілля, деревинну муку.

Для отримання допоміжної речовини природні діатоміт і перліт піддаються особливій обробці, зокрема нагріванню, подрібненню і класифікації.

Допоміжні речовини наносять заздалегідь на фільтрувальну перегородку у вигляді шару завтовшки не більше 50 мм або в кількості близько 1% ваги суспензії додають до неї перед розділенням на фільтрі.

Шар допоміжної речовини наносять на фільтрувальну перегородку у результаті розділення на фільтрі суспензії цієї речовини в рідині, наприклад воді або заздалегідь отриманому фільтраті. Якщо шар допоміжної речовини товщиною 50 мм нанесений на фільтрувальну перегородку барабанного фільтра безперервної дії, що обертається, то зовнішні частини шару завтовшки приблизно 0,1 мм безперервно зрізають ножовим пристроєм, який поступово з дуже невеликою швидкістю наближається до фільтрувальної перегородки. Внаслідок цього суспензія весь час стикається з свіжою поверхнею шару допоміжної речовини.

При додаванні допоміжної речовини до суспензії, що розділяється, концентрація твердих частинок в ній збільшується, що сприяє утворенню зведень (сводиков) над входами в пори фільтрувальної перегородки і запобігає, таким чином, закупорюванню цих пор.

Активоване вугілля, окрім затримуючої здатності по відношенню до твердих частинок, володіє і адсорбційною дією; воно адсорбує розчинні в рідині речовини, наприклад речовини, що фарбуюють рідину.

Промиванняосаду виконують способами витіснення і розбавлення.

Спосіб витіснення полягає в тому, що промивну рідину заливають на поверхню осаду у вигляді шару або подають в диспергованому стані із розбризкуючих пристроїв, причому промивна рідина під дією різниці тисків проходить крізь пори осаду, витісняє з них рідку фазу і змішується з нею. Цей спосіб застосовують, коли осад промивається легко і не містить пор, недоступних для промиваючої рідини.

Спосіб розбавлення характеризується тим, що осад знімається з фільтрувальної перегородки і перемішується в посудині, яка містить мішалку, з промивною рідиною, після чого суспензія, що утворилася, розділяється на фільтрі. Такий спосіб застосовують, якщо осад промивається важко.

У результаті промивання отримують достатньо розбавлену суміш рідкої фази суспензії і промивної рідини. Якщо рідка фаза містить цінні речовини, їх витягують з отриманої суміші кристалізацією, випаровуванням або ректифікацією. Тому бажано, щоб витрата промивної рідини була по можливості невелика, а концентрація розчинених у ній цінних речовин була як можна більшою. Під час одноразового (одноступінчатого) промивання об'єм промивної рідини в 1,5—2 рази перевищує об'єм рідкої фази, що залишилася в порах осаду після розділення суспензії. Під час багатократного (багатоступінчатого) промивання, яке можна виконувати способами витіснення і розбавлення, осад послідовно промивають, використовуючи промивну рідину зі все зростаючою концентрацією розчинених у ній цінних речовин. При цьому свіжа промивна рідина поступає на майже промитий осад, а найбільш концентрована — на той, що ще не промивався. Так здійснюють багатоступінчате протитечійне промивання осаду.

Продування осаду проводять з метою витіснення з його пор промивної рідини, що залишилася. Для продування зазвичай використовують повітря, а також інертні гази (азот, двоокис вуглецю), якщо в осаді присутня речовина, що створює з повітрям вибухову суміш. Продуванням можна видалити тільки частину рідини з пор осаду до досягнення рівноважної вологості.

Сушку осаду на фільтрі нагрітим або заздалегідь осушеним повітрям застосовують, коли бажано отримати на фільтрі осад з остаточною вологістю меншою рівноважної.

 

Види фільтрів

Однієї з основних характеристик, які використовуються для класифікації фільтрів, є періодичність чи безперервність їхньої дії, у зв'язку з чим вони поділяються на: фільтри періодичної і безперервної дії. Для здійснення процесів фільтрування з утворенням осаду застосовують як періодичні, так і безперервнодіючі фільтри. Для проведення процесів фільтрування з закупорюванням пор використовують фільтри періодичної дії. На фільтрах періодичної дії здійснюють будь-які режими фільтрування, на фільтрах безперервної дії практично — лише режим фільтрування при постійній різниці тисків. Для виробництв малої потужності при великому асортименті продуктів, що випускаються, можуть бути рекомендовані фільтри періодичної дії. Для виробництв великої потужності і виробництв із безперервним технологічним процесом необхідні фільтри безперервної дії.

За способом створення різниці тисків фільтрувальне устаткування може бути поділене на фільтри, що працюють під вакуумом, і фільтри, що працюють під тиском. У ряді випадків фільтр, в основі дії якого лежить певний принцип, може працювати і під вакуумом, і під тиском при відповідній зміні його конструкції. За конструктивним розумінням доцільно використовувати, де це можливо, фільтри, що працюють під вакуумом, оскільки фільтри, що працюють під тиском, повинні бути механічно більш міцними. Однак у тих випадках, коли осад володіє істотним гідравлічним опором, але не занадто великим стисканням, доцільно застосовувати фільтри, що працюють під тиском.

Прийнята також класифікація за взаємним напрямом сили ваги і руху фільтрату. Така класифікація базується на тому, що для проведення процесів фільтрування і створення оптимальних умов для роботи фільтрів велике значення мають процеси осадження твердих часток суспензії під дією сили ваги. Відповідно до цієї класифікації розрізняють фільтри з протилежними (кут 180°), співпадаючими (кут 0°) і перпендикулярними (кут 90°) напрямками сили ваги і руху фільтрату.

Кількість конструкцій фільтрувального устаткування дуже велика.

Нутч-фільтри

Нутч являє собою найбільш простий фільтр періодичної дії, що працює під вакуумом або тиском, у якому напрямок сили ваги і руху фільтрату збігаються.

Нутч, що працює під вакуумом, виготовляється у вигляді прямокутного чи круглого відкритого резервуара з плоским або опуклим дном, над яким на деякій відстані знаходиться обманне дно, призначене для підтримки горизонтальної фільтрувальної перегородки. Суспензія заливається у нутч зверху і у просторі під обманнимдномстворюється вакуум, у результаті чого рідка фаза суспензії проходить у вигляді фільтрату крізь фільтрувальну перегородку і видаляється з нутча, а тверда фаза суспензії у вигляді осаду накопичується на цій перегородці. Перевагою такого нутча є простота конструкції, а недоліком — необхідність видалення осаду вручну.

Існують трохи більш складні конструктивні модифікації описаного нутча, розроблені з метою виключити видалення осаду з нутча вручну. До них відносяться: перекидний нутч, нутч із відкидним дном і нутч із мішалкою, що піднімається, за допомогою якої осад збовтується і видаляється з фільтра у вигляді суспензії.

Однак ці зміни не вирішили цілком питання про раціональний спосіб видалення осаду з нутча: ручна праця частково збереглася; збільшилася висота приміщення в зв'язку з конструкцією бункерів (для прийому осаду з перекидного нутча) і мішалок, що піднімаються; можливість видалення осаду у вигляді суспензії обмежена.

Одна з конструкцій нутча, що працює під тиском не більш 3 ат, показана на рис. 2.2. Нутч складається з корпуса 1 із сорочкою 2, знімної кришки 3 і дна, що переміщується, 4; фільтрувальна перегородка 5, розташована на опорній перегородці 6, являє собою тканину чи шар волокон (в останньому випадку над перегородкою 5 встановлюють захисну сітку 7). Над фільтрувальною перегородкою знаходиться кільцева перегородка 8 висотою 150 мм, що підтримує осад під час його вивантаження. Обидві перегородки закріплені на дні нутча, що для видалення осаду опускається на 200 мм і повертається на такий кут, щоб осад можна було зняти з фільтрувальної перегородки вручну. Для подачі суспензії і стиснутого повітря слугують штуцери 9 і 10, для видалення фільтрату — штуцер 11; фільтр оснащений також запобіжним клапаном 12.

У найпростішому випадку цикл роботи на описаному нутчі складається з наступних операцій: наповнення нутча суспензією, поділ суспензії під тиском стиснутого газу, видалення осаду з фільтрувальної перегородки і регенерація останньої. Такі нутчі мають діаметр до 1 м і ємність до 0,5 м3.

Перевагою всіх нутчів є можливість рівномірного і повного промивання осаду, оскільки промивна рідина може бути рівномірно розподілена по всій його поверхні в необхідній кількості. Загальний недолік нутчів — відносно велика займаюча ними площа приміщення, що припадає на 1 м2 поверхні фільтрування.

У даний час застосовуються лише порівняно невеликі нутчі, що використовуються для лабораторних і напівзаводських робіт, а також для поділу суспензій у виробництвах малої потужності.

2.2. Фільтропреси

Фільтром періодичної дії, що працює під тиском, є фільтропрес із вертикальними рамами (плитково-рамний фільтропрес), у якому напрямок сили ваги і рух фільтрату перпендикулярні. Цей фільтр можна розглядати як ряд нутчів невеликої висоти і особливої конструкції, розміщених вертикально впритул один до іншого, у результаті чого досягається велика поверхня фільтрування, що відноситься до одиниці виробничої площі, займаної фільтром.

Фільтропрес із вертикальними рамами (рис. 2.3) складається з плит, що чергуються 1 і рам 2 однакових розмірів. Плити і рами спираються бічними ручками на два паралельних бруси 3. Між соприкасающимися поверхнями плит і рам є тканинні фільтрувальні перегородки. Рами і плити, ущільнені по периметру краями цих перегородок, притискаються до нерухомої плити 4 за допомогою переміщуючої на роликах плити 5, на яку діє тиск рідини, що створюється гідравлічною системою 6. Суспензія надходить по штуцеру 7, а промивна рідина — по штуцерах 8. Штуцери 7 і 8 розташовані на нерухомій плиті і з’єднуються з каналами, що утворені співпадаючими отворами в плитах і рамах. Фільтрат і промивна рідина видаляються через крани 9.

Плити (рис. 2.4) мають по краях гладку поверхню 1, а всередині — рифлену з жолобками 2. Плити покриті фільтрувальною перегородкою 3 і оснащені кранами для видалення фільтрату і промивної рідини. Крани через канали 4 і два інших, майже перпендикулярних їм канали (на рисунку не показані), що закінчуються біля жолобків, з'єднані з просторами усередині двох рам, суміжних із даною плитою. У плитах і рамах виконані отвори 5 і 6, що утворюють канали для проходу суспензії і промивної рідини. У фільтрувальних перегородках зроблені отвори, що точно збігаються з отворами в рамах і плитах.

Фільтропрес із гідравлічним вивантаженням осаду відрізняється тим, що видалення осаду може виконуватися без розсовування рам і плит. Замість цього осад взмучують (каламутять) у рамах потоком води і видаляють з фільтра у вигляді суспензії.

Фільтропрес із механічним вивантаженням осаду має круглі вертикальні рами, що відкидаються при повороті навколо вала, після чого з них легко видаляється осад.

 

 

Рисунок. 2.2. Нутч, який працює під тиском до 3 ат: 1 – корпус; 2 – сорочка; 3 – знімна кришка; 4 – дно, яке переміщується; 5 – фільтрувальна перегородка; 6 – опорна перегородка; 7 – захисна сітка; 8 – кільцева перегородка; 9 – штуцер для подачі суспензії; 10 – штуцер для подачі стиснутого повітря; 11 – штуцер для видалення фільтрату; 12 – запобіжний клапан.  
Рисунок. 2.3. Фільтропрес із вертикальними рамами (плитково-рамний фільтропрес): 1 — плити; 2 — рами; 3 — опорний брус; 4 — нерухома плита; 5 — рухома плита; 6 — гідравлічна система; 7 — штуцер для подачі суспензії; 8 — штуцера для подачі промивної рідини; 9 — кран для видалення фільтрату.    
  Рисунок. 2.4. Плити і рами фільтропреса: а — плита; б — рама;   1 - гладка поверхня плити; 2 - жолобок; 3 – фільтрувальна перегородка 4 — канал для видалення фільтрату і промивної рідини; 5 — отвір для проходу суспензії; 6 — отвір для проходу промивної рідини.  

2.3. Листові фільтри

Ці фільтри відносяться до працюючих під тиском апаратів періодичної дії, у яких напрямок сили ваги і руху фільтрату перпендикулярні. Особливістю листового фільтра, як і плитково-рамного фільтропреса, є велика поверхня фільтрування, що відноситься до одиниці займаючої ним площі приміщення. Це досягається розміщенням вертикальних фільтрувальних аркушів на невеликій відстані один від одного.

Існують кілька конструкцій листових фільтрів. Розглянемо вертикальний фільтр із прямокутними листами (рис. 2.5), який застосовується, зокрема, на хлорних заводах для фільтрування розсолу, що надходить у електролізери. Фільтр складається з циліндричного резервуара 1 з конічним дном 2, знімаючої кришки 3, плоских фільтрувальних листів 4, що спираються на планку 5 і колектора для фільтрату 6. Суспензія надходить у фільтр по штуцеру 7; рідка фаза її проходить всередину фільтрувальних листів, збирається в колекторі і у вигляді фільтрату виходить з апарата через штуцер 8; тверда фаза накопичується у вигляді осаду на зовнішній поверхні фільтрувальних листів, скидається з неї зворотним поштовхом стиснутого повітря чи води і видаляється з апарата по штуцеру 9.

Фільтруючий аркуш являє собою сталеву гумовану раму, в яку вставлена рифлена з обох боків дошка з дерева твердої породи, причому рама і дошка обтягнуті тканиною, наприклад полівінілхлоридною.

У порівнянні з фільтропресом описаний фільтр забезпечує кращі умови промивання осаду, менше зношування фільтруючої тканини і більш легке обслуговування. До недоліків цих фільтрів відносяться: труднощі контролю товщини осаду, необхідність перемішування суспензії шляхом її рециркуляції (для запобігання осадження твердих частинок) і трохи складну заміну тканини.

2.4. Патронні фільтри

Ці фільтри подібно до листових відносяться до працюючих під тиском апаратів періодичної дії, в якому напрямок сили ваги і руху фільтрату перпендикулярні. За принципом дії аркушевий і патронний фільтри в основному аналогічні, але замість плоских фільтруючих аркушів у патронному фільтрі використовуються циліндричні фільтруючі патрони, які встановлюються у вертикальному положенні в циліндричному кожусі з конічним дном і знімаючою кришкою.

Фільтруючий патрон у поперечному розрізі показаний на рис. 2.6. Патрон складається з пористих кілець 1, нанизаних на закриту знизу центральну трубу 2 з радіальними отворами 3 і поздовжніми ребрами 4. У процесі поділу суспензії фільтрат послідовно проходить через шар 5 вже утвореного осаду, стінки кілець 1 і отвори 3, після чого по вертикальному каналу 6 іде з патрона в колектор і видаляється з фільтра. Для виготовлення патрона можуть бути використані різні пористі матеріали (зокрема, пористе скло чи кераміка), спресований діатоміт або вугілля. Застосовуються також патрони у вигляді перфорованого металевого циліндра, обтягнутого фільтруючою тканиною.

Процес розділення суспензії на патронних фільтрах нерідко здійснюють із застосуванням попередньо нанесеного шару допоміжної речовини чи адсорбенту (для знебарвлення розчинів). Ці фільтри використовують також для згущення суспензії; у даному випадку осад скидається з поверхні патронів зворотним поштовхом фільтрату й у вигляді згущеної суспензії видаляється з нижньої частини фільтра.

Перевага патронних фільтрів у порівнянні з аркушевими полягає в тому, що циліндрична поверхня фільтрування з малим радіусом кривизни володіє, за інших рівних умов, більшою продуктивністю по фільтрату чи осаду, ніж рівновелика їй плоска поверхня. При цьому відносна продуктивність циліндричної поверхні зростає зі збільшенням товщини осаду і зменшенням радіуса кривизни патрона.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; просмотров: 548; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.219.167.163 (0.033 с.)