Фільтрування під дією перепаду тисків.

З фільтрів періодичної дії широко застосовують пісочні, патронні, дискові, листові, тарілчасті, камерні та ін. Пісочний фільтр (мал. 3.17) застосовують для фільтрування води, водок і інших рідин з незначним змістом твердих і пластівчастих домішок, що утворюють осад, який не представляє цінності.

У циліндричному корпусі 1 пісочного фільтру між металевими сітками 2 і 3 знаходяться два шари піску (великого вгорі і дрібного внизу), розділених тканинним прокладенням 4, Тканину поміщають також на нижню сітку, щоб пісок не потрапляв у фільтрат, і на верхню сітку для відвертання швидкого забруднення піску. Фільтрування проводять під тиском близько 0,05 МПа. У міру забруднення піску його промивають водою, що подається від низу до верху.

Патронні фільтри (мал. 3.18) застосовують у виробництві безалкогольних напоїв для звільнення води від зважених часток і мікроорганізмів, очищення цукрових і інших розчинів, а також газів.

Елементи такого фільтру виготовляють у вигляді патрона з пористої кераміки, пресованого діатоміту або стальных перфорованих трубок, на поверхню яких навивається нержавіючий дріт так, щоб між витками її утворився проміжок близько 0,1 мм, через який і відбувається фільтрування після попереднього намивання шару діатоміту на поверхню патрона.

Патрони 2 закріплюють в отворах грат 3, встановленою в корпусі 1. Рідина, що розділяється, під тиском 0,2...0,4 МПа подається у бічну частину

Малюнок 3.17 Пісочний фільтр Малюнок 3.18 Патронний фільтр

 

корпуси, фільтрується через стінки патронів всередину їх, а потім фільтрат виливається у верхню камеру 4 фільтри і відводиться за межі його.

Для фільтрування тонких суспензій і газів представляють інтерес металокерамічні фільтри, патрони яких діаметром близько 60 мм, завдовжки 700 мм і завтовшки стінки до 3 мм отримують спіканням сталевих, титанових або мідних гранул розміром від 60 мкм до 0,5 мм. Пористість стінок патронів до 40% розмірі пір близько 6 мкм. Затримуюча здатність такого фільтру біля 99%. Регенерируют патронні фільтри зазвичай стислим повітрям.

Дисковий фільтр – що застосовується замість рамного фильтр-пресса, листовий саморозвантажний фільтр – широко застосовується замість відстійників для згущування цукрових соків, тарілчастий фільтр з відцентровим вивантаженням осаду – вживаний у виробництві рослинних олій, бурякоцукровому і інших виробництвах, вітчизняний фильтр-пресс автоматичний камерний (ФПАК) – широко вживаний для фільтрування суспензій в нашій країні і за кордоном

Багато фільтрів періодичної дії є високоефективними пристроями, проте на періодично виконувані операції по видаленню осаду, перезарядку і інші в них непродуктивно витрачається багато часу, а іноді і праці. Цих недоліків позбавлені фільтри безперервної дії, в яких осад віддаляється безперервно у міру його накопичення.

Барабанний вакуум-фільтр безперервної дії (рис; 3.19, а, б) широко застосовують у бурякоцукровому і дріжджовому виробництвах для фільтрування суспензій з концентрацією твердої фази не менше 16…18%, что дуже важливе для швидкого утворення шару осаду на фільтрувальній перегородці і отримання фільтрату високої якості.

Основною частиною цього фільтру є барабан 1, встановлений за допомогою порожнистих цапф в підшипниках 2 над коритом 3 з суспензією так, що приблизно на 35% поверхню занурена у фільтровану суспензію. Для відвертання осадження твердих часток корито обладнане мішалкою, що коливається, 4. Барабан фільтру складається з двох циліндрів – внутрішнього 5 суцільного і зовнішнього 6 перфорованого, обтягнутого фільтрувальною тканиною 7 за допомогою дроту з нержавіючої сталі. Частота обертання барабана 0,13...0,2 об/хв.

Кільцевий простір між циліндрами розділений подовжніми перегородками 8 на секції 9. Від кожної секції до шайби 10, полою цапфи, що знаходиться в торцевій частині, відходять труби 11, які закріплюються в шайбі урівень, утворюючи рухливу частину розподільної голівки. До рухливої частини голівки примикає нерухома частина 12, на робочій поверхні якої (див. мал. 3.19, в) розташовані вікна у вигляді дуг. Причому ці вікна розташовані проти отворів труб в частині голівки, що обертається. Рухлива і нерухома частині голівки в місці їх зіткнення ретельно пришабрены одна до іншої, що дуже важливо для підтримки потрібного розрідження в зонах фільтрування і промивання, а також тиску стислого повітря в зоні отдувки.

Малюнок 3.19. Барабанний вакуум-фільтр: а – схема фільтра; б – розподільна головка

На зовнішній поверхні нерухомої частини голівки є патрубки для відведення фільтрату, промивних вод, приєднання до вакуумної лінії і для подання стислого повітря в зону отдувки. При обертанні барабана кожен отвір рухливої частини голівки послідовно сполучається з вікнами нерухомій частині голівки. Тому в кожній секції за один оборот барабана здійснюються усі стадії процесу: в зоні І відбувається фільтрування через тканину на барабані з одночасним відкладенням осаду на ній завдяки вакууму, що створюється в секції, пов'язаній трубами 11 через розподільну голівку з вакуумною лінією; у зоні ІІ – просушування осаду завдяки тому, що засмоктуваний, в секцію повітря ззовні захоплює з собою вологу з осаду; у зоні ІІІ – промивання осаду шляхом зрошування його водою з форсунок 13 і в зоні IV – отдувка і розпушування осаду за рахунок стислого повітря, що поступає всередину секції.

Потім робиться зняття осаду ножем 14, після чого робота фільтру повторюється з дотриманням безперервності процесу.

В той же час у вакуум-фільтрах з ножовим зніманням осаду помітно зменшується продуктивність з пониженням концентрації початкової суспензії, а із-за малоефективної регенерації тканини втрати витягуваних цінних речовин з осадом, що йде, залишаються значними. Цих недоліків позбавлений вакуум-фільтр з тканиною (мал. 3.20), що сходить, на якому фільтрують суспензії без попереднього їх згущування. У них не потрібно розпушування осаду стислим повітрям в зоні отдувки і подальшого зняття його ножем.

Надіта на барабан 1 фільтрувальна тканина 2 після зони промивання осаду проходить по валах 3, 4, 5 і 6. Вал 3 служить для підтримки тканини і надлому осаду. Вал 4 є розвантажувальним; на нім фільтрувальна тканина повністю звільняється від осаду, який звалюється у бункер 10 і відводиться шнеком 11. Вал 5 під дією своєї маси натягує тканину, а на валу 6 відбувається розрівнювання її. Між валами встановлені форсунки 7, 8 і 9, через які подається вода для промивання тканини, а у разі потреби і розбавлений розчин НСl для регенерації її.

Малюнок 3.20. Схема барабанного вакуум-фільтра з фільтрувальною тканиною, що сходить

Продуктивність вакуум-фільтра, обладнаного таким пристроєм, збільшується в 1,5…2 разу завдяки кращій регенерації тканини, збільшується її термін служби, скорочуються втрати цінних речовин з осадом, виключається необхідність подання стислого повітря в зону отдувки.

 

Розрахунок фільтрів. Розрахунок фільтрів зводиться до визначення необхідної площі фільтрування. При розрахунку періодично діючих фільтрів потрібно знати тривалість робочого періоду циклу. Кожен цикл процесу фільтрування складається з власне фільтрування, промивання осаду і допоміжних операцій (вивантаження осаду, заміна тканини та ін.).

Тривалість Т (в с) циклу фільтрування

 

Т = τ + τ _пр + τ _в (3.35)

 

де τ, τ _пр и τ _в – відповідно тривалість властиво фільтрування, промивання осаду й допоміжних операцій.

Якщо позначити через F (в м²) площу фільтрування й через υ (в м³/м²), питому продуктивність фільтра, то кількість фільтрату, отриманого за один цикл; складе υF (в м³), а годинна продуктивність фільтра V (в м³/ч)

 

V = 3600 υ F / Т,

 

звідси необхідна площа фільтрування

 

F = V Т / (3600υ). (3.36)

 

Для безперервнодіючого барабанного вакуум-фільтра тривалість повного циклу фільтрування Т (в с)

 

Т = [(τ + τ _пр) т ] / (т _ф + т _пр), (3.37)

 

де т, т_ф и т_пр – відповідно загальне число секцій, число секцій в зоні фільтрування і зоні промивання.

Величинами т, т_ф і т _пр зазвичай задаються або їх приймають за досвідченими даними.

За тривалістю власне фільтрування τ (в с) визначають міру занурення φ барабана в суспензію

 

φ = τ / Т, (3.38)

 

а частота обертання п (в об/хв) барабана фільтра складе

 

п = 60 / Т. (3.39)