Оборудование для фильтрования

 

Фильтровальное оборудование в зависимости от организации процесса делится на оборудование непрерывного и периодического действия. По способу создания перепада давления на пористой перегородке различают оборудование, работающее под вакуумом либо под избыточным давлением.

Избыточное давление может создаваться силами давления либо центробежной силой. В зависимости от способа создания перепада давления фильтровальное оборудование разделяют на фильтровальные аппараты (фильтры) и центрифуги.

Фильтровальные аппараты. Классификация фильтровальных аппаратов приведена на рисунке 20.2.

 

В/фильтрах периодического действия фильтрующая перегородка неподвижна, а в фильтрах непрерывного действия она переме­щается, проходя через зону очистки, в которой регенерируется. Оба эти класса разделяются на фильтры, работающие под давлениемили под вакуумом. В классе фильтров периодического действия выделяют отдельнолтзуппы фильтров, работающих под давлением столба жидкости рад фильтрующей поверхностью или создаваемым насосом. Вакуумные фильтры называют также нутч-фильтрами.

Схема песочного фильтровального аппарата как аппарата подгруппы фильтров с зернистым cлoем представлена на рисунке 20.3. Такие фильтры применяют при относительно малом содержании твердой фазы в жидкости. Они работают и как шламовые, икак закупорочные. Такие фильтры очищают

 

воду на ли кероводочных заводах. На нижний диск фильтра, покрытый тканью,насыпают слой мелкого песка, далее через слой ткани — слой крупного песка и затем на верхний диск укладывают слой ткани. Суспензия подводится сверху под давлением 0,02...0,03 МПа, фильтрат отводится снизу. На верхней крышке аппарата предусмотрен кран для отвода воздуха. В начальный период фильтрования фильтрат получается мутным, и лишь по истечении периода «обдержки», составляющего 15...30 мин, он осветляется. Это объясняется тем, что в начальный период работы на поверхности песочного фильтра еще не отложился достаточно толстый слой шлама и он работает как аппарат закупорочного фильтрования. При этом через него проходит часть частиц дисперсной фазы суспензии, имеющих малые размеры. По мере накопления шлама фильтрование переходит в шламовое и проходившие ранее через фильтр частицы задерживаются шламом. В результате фильтрат осветляется.

Скорость фильтрования 250...750дм³/(м²-ч). Когда она существенно падает, аппарат перезаряжается.

В фильтрационном чане (рис. 20.4) установлена сетка с тканью, на которой накапливается слой осадка. Верхняя часть осадка периодически перемешивается мешалкой. При необходимости осадок удаляют через насадок большого поперечного сечения. Для интенсификации фильтрования можно повысить давление над осадком. Перепад давлений на фильтре удается увеличить также состоянием вакуума.

Барабанный вакуумный фильтр (рис. 20.6) — один из наиболее распространенных непрерывно работающих автоматических вакуумных фильтров.

Рис. 20.5. Автоматический камерный фильтр-пресс:

а — схема фильтра: 1 — шланг резиновый уплотняющий; 2 — опорная щелевидная плита; 3 — фильтрующая ткань; 4— нож для съема осадка; 5— нож подчистки; 6— камера регенерации; 7— поддон; 8— камера для чистого фильтрата; 9— камера для суспензии; б— уплотняющие шланги: 1 — опорная плита; 2 —шланг; 3 — ткань; 4 — опорная щелевидная плита.

Основные положения

1. Фильтрование — это разделение неоднородной системы с твердой дисперсной фазой (суспензии), основанное на задержании твердых частиц пористой перегородкой.

2. Различают шламовое и закупорочное фильтрование. Шламовое реализуется в случае маловязких жидкостей, содержащих большое количество взвешенных частиц. В этом случае слой шлама на поверхности фильтрующего материала быстро нарастает. Закупорочное фильтрование реализуется при малом размере частиц и их небольшом количестве. В связи с малым количеством частиц шлам наповерхности фильтрующего материала не образуется в течение длительного времени. В этом случае единственно эффективным является задерживание частиц внутри пор фильтрующего материала.

3. Закономерности фильтрования выявляются на основании анализа течения жидкости через фильтр. Эти закономерности, изучаемые рядом авторов (Стоке, Пуазейль, Дарси, Эргун и др.), несколько различаются.

4. Для осадков, сопротивление которых растет с увеличением перепада давлений Ар, т. е. для сжимаемых осадков, коэффициенты сопротивления Дарси зависят от Ар и увеличиваются с его ростом.

6. Для закупорочного фильтрования важен выбор фильтрующе­го материала. Материал должен иметь такие поперечные размеры пор, которые согласуются с размерами задерживаемых частиц. Важен также правильный выбор объемов фильтрующего материала, занятых соответствующими порами.

7. Повышение давления со стороны фильтруемой суспензии сжимает частицы осадка. В результате расход фильтрата уменьшается вплоть до нуля. При воздействии вакуума со стороны фильтрата деформация сжатия частиц заменяется деформацией растяжения. В результате поры осадка в процессе фильтрования не закрываются и расход фильтрата не уменьшается. Эта особенность сжимаемых осадков определяет большую производительность вакуумных фильтров.

8. В расчетах фильтрования используют эмпирические данные, связывающие количество осадка, отложившегося на фильтре G, с временем т.

9. Для фильтрования пищевых суспензий применяют большое число фильтров, классифицируемых по признакам: непрерывности действия; создания перепада давлений путем его повышения или посредством вакуумирования; использования насосов; конструктивным особенностям и др.

10. К фильтровальным аппаратам относятся песочные фильтры, фильтровальные чаны, фильтры-прессы, барабанные фильтры, работающие под давлением или под вакуумом, дисковые и ленточные вакуум-фильтры, ультрафильтрационные аппараты.

11. К аппаратам для центробежного фильтрования относятся фильтрующая центрифуга, центрифуги с центробежной разгрузкой и с выгрузкой осадка пульсирующим поршнем.

Контрольные вопросы и задания

 

1. Дайте определение процессу фильтрования. 2. Как следует относиться к тому, что теоретические исследования течений в пористых средах, выполненные разными учеными, дают не вполне идентичные результаты? 3. Чем различаются ньютоновское и пуазейлевское течения? Как соотносится с ними течение в сжимаемой среде? 4. Почему отрицательное влияние перепада давлений на производительность в вакуумных фильтрах менее сильное, чем в фильтрах, работающих под давлением? 5. Опишите устройство и работу: песочного фильтра; фильтрационного чана; ленточного фильтра-пресса; дискового вакуумного фильтра; фильтрующей центрифуги; фильтрующей центрифуги с центробежной разгрузкой, с пульсирующим поршнем. 6. Возможно ли регенерирование фильтра, отработавшего в закупорочном режиме?

 

Тесты для проверки знаний