Меню

Лекция 5 Аппаратура для фильтрации Общие сведения

Лекция №5 Аппаратура для фильтрации. Общие сведения

Фильтрация — это процесс отделения твердой фазы от раствора при помощи пористой перегородки. Эту опера­цию осуществляют на специальном аппарате, называемом фильт­ром (сосудом, разделенным пористой фильтровальной перегород­кой). В разделенных частях фильтра создается разность давлений, под влиянием которой жидкость проходит через пары фильтроваль­ной перегородки, а твердые частицы задерживаются этой перегородкой. Таким образом суспензия (пульпа) разделяется на чистый — фильтрат и влажный осадок. Сопротивление процессу фильтрации слагается из сопротивления фильтровальной перегородки и слоя осадка.

Фильтры обычно подразделяют на периодически и непрерывно действующие. В первых фильтровальная перегородка неподвиж­на, во вторых она непрерывно перемещается по замкнутому пути. В фильтрах периодического действия на всей площади перегород­ки осуществляются одни и те же процессы (например, поступление пульпы, образование осадка, его промывание или удаление). В фильтрах непрерывного действия на различных частях перегород­ки происходят разные процессы в зависимости от того, на каком участке замкнутого пути находится в данный момент рассматри­ваемая часть (элемент) перегородки (например, на один участок перегородки поступает пульпа, а на других в это время образуется, промывается и удаляется образовавшийся осадок).

Фильтровальная перегородка имеет сквозные поры, способные пропускать жидкость, но задерживать твердые частицы пульпы, размер которых не только больше, но и меньше размера попереч­ного сечения пор в их самых узких частях. Фильтровальные пере­городки изготовляют из различных материалов (зернистых слоев минеральных материалов, хлопчатобумажных и шерстяных тканей, металлических нитей и синтетических материалов). Средний раз­мер и форма пор также бывают весьма разнообразными и опреде­ляются размерами и формой элементов, из которых они изготов­лены.

Для некоторых фильтровальных перегородок (например, для тканей и в особенности для волокнистых слоев) характерна сжи­маемость под действием разности давлений, создаваемой при филь­трации. Перегородки в виде керамических плиток или из спечен­ного стеклянного или металлического порошка лишены этой спо­собности. При сжатии фильтровальной перегородки существеннее всего изменяются ее поры, что увеличивает сопротивление перего­родки. Существенно влияет на средний размер и форму пор, на уменьшение и увеличение сопротивления перегородки проникнове­ние твердых частиц разделяемой пульпы в поры фильтровальной перегородки. В некоторых случаях аналогичное действие вызывает набухание волокон органического происхождения. Увеличение со­противления фильтровальной перегородки при ее работе может быть очень значительным, причем промыванием почти никогда не удается восстановить первоначальное сопротивление. В некоторых случаях периодическое промывание предотвращает дальнейшее увеличение сопротивления.

Отделение твердых частиц пульпы от жидкости при помощи фильтровальной перегородки — процесс сложный. Особенно су­щественно то, что для такого отделения нет необходимости приме­нять перегородку с порами, средний размер которых меньше сред­него размера частиц. Твердые частицы задерживаются фильтро­вальными перегородками с порами, средний размер которых значительно превышает средний размер отделяемых твердых частиц. Твердые частицы, увлекаемые потоком жидкости к фильтроваль­ной перегородке, попадают в различные условия. Наиболее про­стой случай, когда твердая частица задерживается на поверхности фильтровальной перегородки и не проникает в пору вследствие того, что размер последней в начальном сечении меньше размера твердой частицы.

Если размер твердой частицы меньше размера поры в самом узком ее сечении, частица может пройти через перегородку вместе с фильтратом. Однако она может и задержаться внутри перего­родки в результате адсорбции на стенках поры или механического торможения на том участке поры, который имеет неправильную форму. Такая застрявшая частица уменьшает эффективное сече­ние поры и вероятность задерживания в ней последующих частиц увеличивается; возможны и полное забивание поры, и прекраще­ние прохождения через нее жидкости. Наконец, небольшая по срав­нению с порами твердая частица может тем не менее войти в пору и остаться на поверхности фильтровальной перегородки. Это про­исходит тогда, когда над входом в пору на поверхности фильтро­вальной перегородки образуется свод из нескольких относительно небольших твердых частиц, который пропускает жидкость и за­держивает другие твердые частицы.

Мутность фильтрата в начале процесса объясняется проникно­вением твердых частиц через поры фильтровальной перегородки. Фильтрат становится прозрачным, когда перегородка приобретает достаточную задерживающую способность. Это достигается ли­бо за счет уменьшения сечения пор при проникновении в них твер­дых частиц, либо за счет образования сводов над входами в поры. Взаимодействие между фильтровальной перегородкой и твердыми частицами пульпы очень существенно и в значительной степени определяет закономерности фильтрации.

Уменьшение эффективного сечения пор при проникновении в них твердых частиц (фильтрация с забиванием пор) на практике встречается реже, чем фильтрация с образованием осадка, когда осадок накапливается на поверхности фильтрующей перегородки. После достижения осадком установленной толщины его снимают с фильтровальной перегородки различными механическими уст­ройствами или обратным потоком промывной воды.

Структура образующегося осадка и, следовательно, его сопро­тивление потоку жидкости зависят от гидродинамических свойств твердых частиц и жидкой фазы пульпы, а также от условий фильт­рации. Структура осадка определяется его пористостью, размера­ми составляющих его частиц и удельной поверхностью или сте­пенью сферичности этих частиц. Кроме того, физико-химические свойства осадка зависят и от таких факторов, как степень коагу­ляции или пептизации твердых частиц пульпы, содержание в ней смолистых и коллоидных примесей, забивающих поры, электроки­нетический потенциал на границе раздела твердой и жидкой фаз, наличие сольватной оболочки на твердых частицах. Совместное влияние гидродинамических и физико-химических факторов край­не осложняет изучение структуры и сопротивления осадка, и вы­числение величины сопротивления как функции всех этих факторов практически невозможно. Влияние физико-химических факторов, тесно связанное с поверхностными явлениями на границе раздела твердой и жидкой фаз, особенно проявляется при небольших раз­мерах твердых частиц пульпы (10—20 мкм). По мере увеличения размера твердых частиц усиливается относительное влияние гид­родинамических факторов.

На ход фильтрации в значительной мере влияют разность дав­лений по обеим сторонам фильтровальной перегородки и темпера­тура пульпы. Температура влияет на вязкость жидкой фазы пуль­пы и соответственно на способность этой фазы проходить через по­ры осадка и фильтровальной ткани. Кроме рассмотренных факто­ров, процесс фильтрации осложняют, например, неравномерность размера твердых частиц пульпы, способность этих частиц деформи­роваться под действием разности давлений и оседать под давле­нием силы тяжести.

В процессе фильтрации твердые частицы относительно неболь­шого размера могут увлекаться потоком жидкости и перемещаться из слоев осадка, удаленных от фильтровальной перегородки, в слои, близкие к перегородке, и даже в ее поры. В результате увеличи­вается сопротивление образовавшихся слоев осадка и возра­стает сопротивление фильтровальной перегородки. Осаждение твердых частиц под действием силы тяжести по-разному сказы­вается на скорости образования осадка в зависимости от взаимно­го расположения направлений силы тяжести и движения жидкости при фильтрации. Если эти направления совпадают, то скорость образования осадка будет увеличиваться по мере возрастания спо­собности твердых частиц к осаждению. Если указанные направ­ления противоположны (как, например, при фильтрации на обыч­ном вращающемся барабанном вакуум-фильтре), то образование осадка может замедляться по мере увеличения способности твер­дых частиц к осаждению,

Наконец, следует указать на огромное влияние на ход процесса фильтрации условий образования пульпы и ее предварительной обработки, а также добавления к пульпе коагулирующих и пептилизирующих веществ. Эти факторы могут во много раз изменить ( сопротивление осадка, что вызывает изменение скорости фильт­рации.

Если концентрация твердых частиц в пульпе невелика, ее труд­но разделять на фильтрах непрерывного действия, где продолжи­тельность стадии образования осадка нужной толщины ограничена минимальной скоростью перемещения перегородки по замкнутому пути. Поэтому такие суспензии предварительно сгущают.

Разделение пульп не заканчивается образованием влажного осадка на фильтровальной перегородке и собиранием фильтрата и приемный резервуар. После фильтрации осадок часто промывают и продувают. Промывка необходима для более полного отделения фильтрата от осадка и в основном сводится к вытеснению жид­кости, оставшейся после фильтрации в порах осадка, другой про­мывной жидкостью, смешивающейся с первой. Назначение про­дувки — по возможности уменьшить количество жидкости, остав­шейся в осадке после фильтрации или промывки. Эта жидкость вытесняется из пор осадка воздухом. При продувке сквозь поры осадка проходит двухфазная смесь жидкости и газа, в результате возможно изменение структуры осадка, выражающееся в некото­ром уменьшении его толщины и образовании в нем трещин.

Читайте также:  Назначение и составление акта на дополнительные работы

На практике фильтрация пульп нередко вызывает затруднения, обусловленные главным образом большим сопротивлением осадка и соответственно малой скоростью фильтрации. Поэтому возникает необходимость увеличить размеры фильтровального оборудования и интенсифицировать процесс фильтрации. Однако увеличение размеров фильтровального оборудования допустимо лишь до изве­стных пределов, обусловленных конструктивными особенностями и условиями эксплуатации фильтров. Интенсифицировать процесс фильтрации можно снижением сопротивления осадка за счет до­бавки вспомогательных веществ (флокулянтов, электролитов) или таким проведением предыдущих стадий технологического про­цесса, при котором уменьшается образование шламов и коллоид­ных примесей.

Очень большое разнообразие свойств разделяемых пульп и ко­ренные различия в конструкциях фильтров делают выбор средств фильтрации довольно сложным. Существует ряд общих рекомен­даций для такого выбора. Например, целесообразно использовать для полидисперсных пульп совпадение направлений действия силы тяжести и движения фильтрата. При этом на фильтровальной пе­регородке в первую очередь осаждаются наиболее крупные твер­дые частицы, предотвращающие закупоривание пор более мелкими. Неэффективно чрезмерно повышать разность давлений при филь­трации сильно сжимающихся осадков, так как в этом случае их удельное сопротивление резко возрастает.

При выборе средств фильтрации выполняют сравнительные рас­четы по удельной производительности различных фильтров. Для расчетов можно использовать основные уравнения фильтрации, предварительно определив экспериментально некоторые постоян­ные (в частности, удельное сопротивление осадка и фильтровальной перегородки). Существует большое число способов определе­ния постоянных по уравнениям фильтрации, некоторые из которых основаны на проведении опытов по фильтрации в условиях посто­янно увеличивающейся толщины слоя осадка. Можно проводить опыты по фильтрации чистой жидкости через слой заранее полу­ченного осадка постоянной толщины. Можно использовать эмпи­рические уравнения, в которых дана зависимость удельного сопро­тивления осадка от ряда его свойств (пористости, удельной по­верхности). Наконец, есть метод измерения пористости и проница­емости осадка в условиях прерывистого увеличения производимого на него давления. Наиболее надежным следует признать метод фильтрации в условиях постоянно увеличивающейся толщины осадка, поскольку он воспроизводит действительные условия раз­деления пульпы.

В настоящее время промышленность изготавливает большое число фильтрующих аппаратов разнообразной конструкции. Эти аппараты условно можно разделить на следующие группы: 1) филь­тры, работающие под гидростатическим давлением столба пульпы; 2) вакуум-фильтры; 3) фильтры, работающие под избыточным дав­лением фильтруемой пульпы.

Фильтры, работающие под гидростатическим давлением стол­ба пульпы — аппараты для обезвоживания, обычно применяемые для окончательного осветления растворов. Наиболее просты по конструкции обыкновенные чаны с фильтрующим днищем, анало­гичные чанам для выщелачивания просачиванием. На фильтрую­щее днище насыпают слой крупнозернистого, хорошо фильтрую­щего песка. По мере засорения слоя песка его периодически заме­няют свежим. Конструкция такого фильтра проста, но обслужива­ние его требует затрат рабочей силы на выгрузку, промывку и за­грузку песка.

Более совершенен по конструкции аппарат, совмещающий дре­нирующий чан с фильтрующим дном и скребковый механизм сгу­стителя. Последний, служит для удаления осевшего мутного слоя вместе с тонким слоем загрязненного песка. Этот продукт выгру­жается через специальную воронку в центре песчаного слоя. Ра­створ удаляется через фильтрующее днище под давлением столба жидкости.

Литература:1осн. [149-154], 4 осн. [287-302], 1 доп.

1. В чем заключается сущность фильтрации?

2. Чем отличаются фильтры периодического действия, от непрерывно действующих?

3. Каков механизм отделение твердых частиц от жидкости при помощи фильтровальной перегородки?

4. Какие фильтрующие аппараты изготавливает промышленность в настоящее время?

Источник



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. 750дм 3 /(м 2 -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.

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.

Читайте также:  Какое оборудование используют для производства углепластика в России

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?

Источник

Промышленное оборудование и комплектующие

Фильтрация является одной из важнейших технологических стадий в производственных процессах, когда возникает необходимость в отделении твёрдых фаз от жидких или газообразных. Для этих целей НТЦ Бакор предлагает целый спектр фильтровального оборудования для различных областей применения, на основе высокоэффективных керамических фильтрующих элементов.

Основными направлениями работ в области производства фильтрующих элементов являются постоянные научные исследования и разработки принципиально новых технологий производства керамических материалов.

Являясь ведущей организацией в области разработок керамической фильтровальной продукции, более 11 лет «НТЦ «Бакор» занимается проблемой создания фильтрующих элементов, имеющих высокие и надежные эксплуатационные характеристики, способствующие совершенствованию фильтрации и снижению совокупных затрат на процессы фильтрации, для повышения конкурентоспособности и стабильности работы наших потребителей.

Для запроса пожалуйста, вышлите на info@ntcbakor.ru :

  • Техническое задание или опросный лист
  • Реквизиты компании
  • ФИО и номер телефона для оперативной связи с Вами

Керамический дисковый фильтр КДФ (Вакуум-фильтр КДФ)

Вакуумный керамический дисковый фильтр КДФ для обезвоживания суспензий с высокой концентрацией твердых веществ (от 55 до 70%), когда требуется получение сухого кека при минимальных эксплуатационных затратах, и высокая производительность за счет большой площади фильтрации. Данный фильтр КДФ является наиболее оптимальным при ограниченных производственных площадях.

Источник

Механизированное оборудование для фильтрации

Фильтрование — это удаление примесей из жидкой или газообразной среды. Процедура может проводиться с целью очистки жидкости или газа, или же для сбора осадка, например, для анализа. В обоих случаях используется одно и то же оборудование.

Для фильтрования применяются:

  • воронки Бюхнера;
  • воронки Шотта;
  • фильтрующие тигли;
  • вакуумные системы фильтрации, укомплектованные вакуумным насосом;
  • нутч-фильтры;
  • фильтрующие пробирки;
  • шприцевые фильтры;
  • обычные воронки со вставленным в них фильтрующим материалом.

Механизированные системы фильтрации

Самыми производительными являются системы с вакуумным насосом и нутч-фильтры.

Системы с вакуумным насосом разработаны для лабораторий и позволяют максимально упростить процесс фильтрации, особенно, если фильтрование образцов нужно делать часто и большими объемами. К преимуществам следует отнести закрытую систему сосудов, благодаря чему она подходит для работы со стерильными и биологическими материалами, которые потом должны подвергаться анализу.

Такая система обычно состоит из набора посуды для фильтрования и вакуумного насоса. Набор посуды, в свою очередь, состоит из стеклянных или пластиковых емкостей для очищаемой жидкости и для сбора фильтрата. Между ними устанавливается подставка с фильтром. Это может быть фильтр из целлюлозы, пористого стекла или другого материала, который лучше всего подходит для выполнения конкретной задачи. Большой ассортимент систем фильтрации выпускает компания Rocker. На нашем сайте можно приобрести системы типа Rocker 300 — LF 30 с отдельно стоящим насосом Rocker 300 или компактные системы типа Lafil 400-LF 30 с уже встроенным насосом и сменным комплектом стекла.

Вакуумные насосы можно заказать и отдельно, выбрав насос с необходимыми параметрами. Например, мембранный насос Chemker 300 отличается химической устойчивостью и подходит для работы с агрессивными средами, создает разрежение среднего уровня. Немецкая компания KNF выпускает насосы для вакуумной фильтрации разной мощности и функциональности, включая насосы с химически стойкой тефлоновой мембраной. Так, двухступенчатый KNF LABOPORT N 838.3 KT.18 способен создавать глубокий вакуум до 15 мбар, а одноступенчатый KNF LABOPORT N 811 KN.18 предназначен для разрежения в 240 мбар.

Нутч-фильтры — это устройства для отделения крупнозернистых примесей, для промывания и сбора осадка или для очистки жидкости. Размеры и производительность аппаратов варьируются от лабораторных до полупромышленных и для небольших производств. Нутч-фильтр представляет собой бак, в который встроена перегородка с отверстиями. На перегородку укладывается фильтрующий материал; как правило, тканевый. В верхнюю часть наливается взвесь, а к нижней части для сбора фильтрата подключается электрический вакуумный насос.

Нутч-фильтры отличаются высокой производительностью за счет большой площади фильтрации. Разработано много их конструкций для разных задач. В частности, закрытые, для работы с опасными веществами; с мешалкой, с откидным дном, разной геометрии (круглые, квадратные); с нагревателем или охладителем. Нутч-фильтры подходят для работы с агрессивными средами; их можно размещать во взрывоопасных помещениях, они просты, относительно дешевы, долговечны.

Источник

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ

Цель работы: изучить устройство и принцип действия фильтровального оборудования.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство фильтров, фильтров-прессов, фильтровальной установки, фильтрующих центрифуг.

2. Изучить принцип действия машин и аппаратов для фильтрования и центрифугирования.

3. Составить отчет.

Фильтровальное оборудование классифицируется:

– по принципу действия: работающее при постоянном перепаде давления или при постоянной скорости фильтрования;

– по способу создания перепада давления на фильтровальной перегородке: работающее под вакуумом или под избыточным давлением;

– по организации процесса: непрерывного и периодического действия.

Избыточное давление может создаваться силами давления или центробежной силой. В зависимости от способа создания перепада давления фильтровальное оборудование может быть разделено на фильтры и центрифуги.

Фильтры, используемые для разделения суспензии, работают как периодически, так и непрерывно, под вакуумом и под избыточным давлением. К последним предъявляются повышенные требования к механической прочности. Они изготавливаются по специальным нормам Госгоркотлонадзора.

При разработке новых видов фильтровального оборудования следует ориентироваться на создание компактных аппаратов с развитой фильтровальной поверхностью, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки технологического процесса.

Нутч-фильтр (рис. 46), работающий как под вакуумом, так и под избыточным давлением, широко распространен в малотоннажных производствах. Выгрузка из него осадка механизирована. Для сброса осадка фильтр снабжен перемешивающим устройством в виде однолопастной мешалки. Для удаления осадка из фильтра на цилиндрической части корпуса предусмотрен люк. Суспензия и сжатый воздух подаются через разные штуцеры, фильтрат удаляется через штуцер 4. Фильтр снабжен предохранительным клапаном.

Цикл работы фильтра включает заполнение суспензией, фильтрование ее под давлением, удаление осадка с фильтровальной перегородки при вращающейся мешалке и регенерацию фильтровальной перегородки. В таких фильтрах одновременно может промываться осадок.

Рис. 46. Нутч-фильтр с перемешивающим устройством: 1 – привод; 2 – корпус фильтра; 3 – мешалка; 4 – спускной кран; 5 – фильтровальная перегородка; 6 – фильтровальная ткань

Для фильтрования суспензии применяются фильтровальные перегородки из картона, бельтинга и синтетических волокон. Преимущества последних в высокой механической прочности, термической и химической стойкости. Из них изготавливаются фильтровальные перегородки с постепенно изменяющейся плотностью, что обеспечивает глубинное фильтрование суспензий, содержащих малое количество твердой фазы. Меняющаяся плотность фильтровального материала позволяет захватывать частицы по всей глубине фильтра, при этом крупные задерживаются в наружных слоях фильтра, а мелкие – в глубинных. Селективное фильтрование обеспечивает высокую скорость фильтруемой среды, предотвращает закупоривание поверхностных пор и продлевает срок службы фильтров.

Рамный фильтр-пресс (рис. 47) используется для осветления виноматериалов, вина, молока, пива. Фильтрующий блок состоит из чередующихся рам и плит с зажатой между ними фильтровальной тканью (или картоном). Рамы и плиты (рис. 48) зажигаются в направляющей 6 зажимным винтом 7.

При фильтровании (рис. 49, а) суспензия под давлением подается через каналы и распределяется по всем рамам. Фильтрат стекает по дренажным и сборным каналам в плитах и удаляется через отводные. При промывке осадка (см. рис. 49, б) промывная жидкость под давлением вводится через соответствующие каналы, распределяется по рамам и проходит обратным током через фильтровальную перегородку, промывает осадок, а затем удаляется из фильтра через отводные каналы. (При промывке отводные каналы всех нечетных плит блока должны быть закрыты.)

Читайте также:  Coca Cola Freestyle устанавливает 50 000 торговых автоматов продолжая инновации в вендинге

Основным недостатком рамных фильтров-прессов является трудоемкость выгрузки осадка и замены фильтровальной перегородки, так как необходимо вручную разбирать фильтровальный блок и промывать плиты и рамы.

Фильтр-пресс автоматизированный камерный с механизированной выгрузкой осадка (ФПАКМ) используется для разделения тонкодисперсных суспензий концентрацией 10 – 500 кг/м 3 при температуре до 80 °С. Это фильтр периодического действия, он состоит из ряда прямоугольных фильтров (рис. 50), расположенных вплотную один под другим, благодаря чему возрастает удельная площадь поверхности фильтрования по отношению к площади, занимаемой фильтром.

В положении А в камеру из коллектора 8 последовательно поступают суспензия на разделение, жидкость для промывки и сжатый воздух для подсушки осадка. Фильтрат, промывная жидкость и воздух отводятся по каналам 12 в коллектор 10. В пространстве 11 по каналам 9 подается вода под давлением, которая с помощью водонепроницаемой диафрагмы 6 отжимает осадок (положение Б). Затем плиты раздвигаются, и осадок удаляется из фильтра через образовавшиеся щели (положение В).

Барабанные вакуум-фильтры (рис. 51) применяются для непрерывного разделения суспензий концентрацией 50 – 500 кг/м 3 . Твердые частицы могут иметь кристаллическую, волокнистую, аморфную, коллоидную структуру. Производительность фильтра зависит от структуры твердых частиц и снижается в указанной выше последовательности. Вакуум-фильтры выпускаются с внешней и внутренней фильтрующей поверхностью, которая обтягивается текстильной фильтровальной тканью. Вращающийся горизонтальный перфорированный барабан разделен перегородками на несколько секций одинаковой формы, которые за оборот проходят несколько рабочих зон: фильтрование, обезвоживание, промывка, удаление осадка и регенерация фильтровальной ткани. Работой фильтра управляет распределительная головка, через которую секции барабана в определенной последовательности подсоединяются к магистралям вакуума, сжатого воздуха и промывной жидкости.

Во время процесса зона фильтра под фильтрующей тканью соединяется с вакуумом и фильтрат, находящийся в корыте, про­ходит через ткань. Осадок откладывается на ее поверхности, после промывки и сушки он срезается йожом. Чтобы взвешенные частицы не отстаивались, корыто снабжено качающейся мешалкой.

Для извлечения пива и дрожжей из дрожжевой суспензии, образующейся при седиментации в бродильных чанах и танках, применяется вакуум-фильтр, изображенный на рис. 52.

Фильтровальный элемент состоит из крупноячеистой сетки, на которую накладывается мелкоячеистая сетка. Для улучшения условий фильтрования на последнюю намывается слой вспомогательного материала – картофельного крахмала. Пивная или дрожжевая суспензия, подаваемая из бака, при вращении барабана равномерно распределяется по фильтровальной поверхности, а дрожжевой осадок (лепешка) срезается ножом, установленным над баком. Содержание сухих веществ в дрожжевой лепешке достигает 25 – 28 %. Обрызгивание подсыхающей лепешки водой способствует увеличению выхода пива примерно на 20 %.

Детали фильтра, находящиеся в контакте с фильтрующей средой, выполнены из нержавеющей стали и легко очищаются.

Схема фильтровальной установки с барабанным вакуум-фильтром показана на рис. 53. Суспензия подается в корыто фильтра, где установлена качающаяся мешалка, препятствующая сепарации крупных твердых частиц большой плотности. При погружении 30 % поверхности барабана в суспензию он подключается к вакуум-насосу. Фильтрат и промывная жидкость скапливаются в сборниках 3, где от них отделяется воздух, поступивший в фильтр во время обезвоживания и промывки осадка, и затем откачиваются насосами.

Дисковые фильтры (рис. 54) применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и работают под давлением с намывным слоем вспомогательного вещества. Дисковый фильтр представляет собой вертикальную емкость с обогреваемой рубашкой. Внутри фильтра на полый вал 6 насажены дисковые металлические перфорированные фильтровальные элементы 7. На диски натягивается фильтровальная ткань, закрепляемая хомутами. Рабочее давление в фильтре достигает 0,5 МПа, в рубашке – 0,3 МПа.

В дисковых фильтрах предусмотрен центробежный сброс подсушенного осадка. Полый вал вместе с фильтровальными дисками приводится во вращение электро- и гидродвигателями. Частота вращения вала – 250 мин -1 . Вал имеет сальниковые тефлоновые уплотнения.

Перед фильтрованием на фильтровальные элементы намывают слой вспомогательного вещества, предварительно приготовленного в суспензаторе. Суспензия прокачивается насосом толщиной 15 – 30 мм. Из дисков через отверстия в полом валу фильтрат поступает внутрь его и выводится из фильтра в суспензатор. Аналогично проводится фильтрование суспензии. После его окончания осадок промывается обратным током фильтрата и подсушивается воздухом.

Ленточный фильтр (рис. 55) состоит из рамы, приводного и натяжного барабанов, между ними натянута замкнутая перфорированная резиновая лента, под которой расположены вакуум-камеры, соединенные в нижней части с коллекторами для отвода фильтрата и промывной жидкости. За счет вакуума лента плотно прилегает к верхней части вакуум-камер. К ленте натяжными роликами 7 прижимается фильтровальная ткань. Суспензия подается на фильтровальную ткань из лотка 5. Фильтрат под вакуумом отсасывается в камеры и отводится через коллектор в сборник. Промывная жидкость подается через форсунки 2 на образовавшийся осадок и отсасывается в камеры, из которых через коллектор 9 отводится в сборник. На приводном барабане фильтрующая ткань отделяется от резиновой ленты и огибает направляющий ролик. При этом осадок с фильтровальной ткани падает в специальный сборник. При прохождений фильтровальной ткани между роликами 7 она промывается, просушивается и очищается.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия разделяются по расположению вала на вертикальные и горизонтальные, по способу выгрузки осадка – с ручной, гравитационной, пульсирующей и центробежной выгрузкой. Главным отличием фильтрующих центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный барабан, обтянутый фильтровальной тканью.

В фильтрующей центрифуге периодического действия (рис. 56) суспензия загружается в барабан сверху. После ее загрузки барабан приводится во вращение. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается к внутренней стенке барабана.

Жидкая дисперсионная фаза проходит через фильтровальную перегородку, а осадок остается на ней. Фильтрат по сливному патрубку направляется в сборник. Осадок после окончания цикла фильтрования выгружается вручную через крышку 3.

Конструкция фильтрующей центрифуги с перфорированным барабаном аналогична конструкции автоматической отстойной центрифуги с непрерывным ножевым съемом осадка.

В саморазгружающихся центрифугах (рис. 57) осадок удаляется под действием гравитационной силы. Такие центрифуги выполняются с вертикальным валом, на котором крепится перфорированный барабан. Суспензия подается на загрузочный диск при вращении барабана с низкой частотой. Нижняя часть барабана имеет коническую форму, причем угол наклона делается большим, чем угол естественного откоса осадка. После окончания цикла фильтрования и остановки барабана осадок под действием гравитационной силы сползает со стенок и удаляется из центрифуги через нижнее отверстие.

В непрерывнодействующих фильтрующих центрифугах с пульсирующей выгрузкой осадка (рис. 58) фильтрат из центрифуги выводится непрерывно, а осадок периодически выгружается из барабана пульсирующим поршнем.

Поршень-толкатель перемещается в горизонтальном направлении в барабане с помощью штока, который находится внутри полого вала барабана. Шток вращается вместе с валом и совершает одновременно возвратно-поступательные движения (10 – 16 ходов в минуту, длина каждого хода составляет примерно 0,1 длины барабана). Сервомеханизм автоматически изменяет направление движения поршня.

Суспензия подводится по оси вала в приемный конус. В конусе имеются отверстия, по которым суспензия поступает в барабан. Внутренняя поверхность барабана покрыта фильтровальным ситом. Осадок, отложившийся на поверхности сита, промывается и перемещается поршнем к открытому концу барабана, откуда выгружается в специальную камеру.

Центрифуга непрерывного действия с центробежной выгрузкой осадка имеет конический перфорированный барабан, внутри которого вращается шнек со скоростью, несколько меньшей, чем скорость вращения барабана. При вращении витки шнека снимают с барабана отложившийся осадок и перемещают его в нижнюю часть, в специальную камеру. Выгрузка осадка происходит под действием центробежной силы. При этом он не измельчается, его структура не изменяется, как, например, в центрифугах с ножевым срезом и выгрузкой осадка пульсирующим поршнем.

1. Какое оборудование применяется для разделения неоднородных систем методом фильтрования?

2. Какие конструкции фильтров используются в пищевой промышленности?

3. Какие конструкции фильтрующих центрифуг применяются в пищевой промышленности?

Источник