Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Фільтрування




Загальні відомості

Фільтрування — найпростіший метод розподілу неоднорідних систем з рідким і газовим дисперсійним середовищем. Фільтру­вання рідин і газів досягається за допомогою проникнення їх крізь шпарувату перегородку, яка затримує завислі частинки.

Перевага фільтрування перед процесом осідання полягає в тому, що рідини або гази майже цілком звільняються від завис­лих частинок. Широке застосування цього методу пов'язане не тільки з простотою його здійснення, а й легкою пристосованістю до різних умов.

Залежно від властивостей неоднорідної системи звичайно вдається підібрати такі умови фільтрування, за яких одержують 145

бажані результати. При цьому є велика можливість вибору тис­ку, швидкості фільтрування, фільтрувальної перегородки та інших умов виконання процесу. Чимале значення у цьому випад­ку має і конструктивне оформлення фільтрувальної установки.

У процесі розділення суспензій крізь фільтрувальні перего­родки є кілька випадків фільтрування: 1) фільтрування з утворен­ням осаду і 2) фільтрування без утворення осаду із закупорюван­ням шпар (закупорювальне фільтрування).

У практиці можливий одночасний перебіг процесів фільтру­вання з утворенням осаду і закупорюванням шпар. Процес фільтрування з утворенням осаду у практиці зустрічається частіше, ніж фільтрування із закупорювання шпар. Фільтрування з утворенням осаду застосовують головним чином для рідин, що містять значну кількість завислих частинок. У цьому випадку ча­стинки майже не проникають у середину фільтрувальної перего­родки, а утворюють склепіння над її шпарами. Ці склепіння пере­шкоджають проникненню частинок осаду в шпари перегородки і утримують основний шар осаду.

Фільтрування без утворення осаду, або закупорювальне, за­стосовують для рідин високої в'язкості, що містять незначну кількість завислих частинок. Ці частинки проникають у шпари фільтрувальної перегородки і затримуються у звивинах шпар,

поступово закупорюючи їх. В міру забруднення шпар фільтру-

вальної перегородки і утворення шару оса­ду умови фільтрування поліпшуються, але продуктивність або об'ємна кількість фільтрату процесу падає.

Схему фільтрувальної камери зображено на рис. 4.11. Фільтрувальна перегородка ді­лить камеру фільтра на дві порожнини І і II.

У першу порожнину під тиском , над­ходить суспензія. Під дією додатної різниці тисків в порожнинах проходить фільтрування крізь перегородку, причому на ній утворюється осад. Чистий фільтрат стікає з порожнини II, а осад періодично видаляють з фільтра. Необхідна для проце­су фільтрування додатна різниця тисків забезпечується різними способами, але за певних умов > .

Якщо тиск , більший від атмосферного і створюється насо­сом, то це буде фільтрування під тиском. Якщо тиск дорівнює атмосферному, а менший від атмосферного, то фільтрування відбувається під розрідженням і фільтри називають вакуум-фільтрами. Досить часто фільтрування відбувається під гідроста­тичним тиском стовпа рідини над фільтром.

Товщина осаду у процесі фільтрування збільшується, якщо на початку фільтрування відбувається лише крізь фільтрувальну пе­регородку, то з часом фільтрат повинен проходити і крізь шар осаду. Дрібні частинки твердої фази звичайно проникають крізь фільтрувальну перегородку і фільтрат спочатку виходить кала­мутний. У подальшому, коли на фільтрувальній перегородці на­ростає шар осаду, якість фільтрування залежить і від тиску. При значних тисках можливість проникнення дрібних твердих части­нок крізь фільтрувальну перегородку більша, ніж при низьких. Враховуючи цю обставину, процес фільтрування починають з меншого тиску, підвищуючи його в міру зростання товщини оса­ду, оскільки можливість проходження твердих частинок крізь то­встий шар осаду незначна. Іноді процес фільтрування проводять у дві стадії: спочатку під великим тиском для відокремлення ос­новної маси осаду (при цьому одержують каламутний фільтрат), а потім під невеликим тиском на іншому фільтрі вже одержують з каламутного чистий фільтрат: проходячи крізь отвори в фільтрувальній перегородці і особливо крізь пори в шарі осаду, фільтрат спричиняє на гідравлічний опір, на подолання якого ви­трачається діюча різниця тисків. Осад в міру потовщення його шару чинить дедалі більший опір проходженню рідин, і продук­тивність фільтра поступово зменшується.

Величина гідравлічних опорів залежить від ряду обставин, го­ловними з яких є: структура осаду, в'язкість фільтрату, будова фільтрувальної перегородки.

Як фільтрувальні перегородки використовують: сітки з мета­левого дроту; бавовняні, синтетичні і шерстяні тканини; шпару­вату кераміку; кізельгур; сипкі матеріали (пісок, дрібне вугілля, кісткова крупка). Найчастіше застосовують фільтрувальні ткани­ни. Головною характеристикою будь-якої тканини є густість плетіння, що вимірюється кількістю ниток на сторонах квадрата розміром 100-100 лш. Так, наприклад, густість фільтрувального полотна незначна і тому його не можна застосовувати у тих ви­падках, коли основним затримувальним фактором частинок сус-

пензії є шар осаду. Густіша тканина дає кращі результати при фільтруванні без утворення істотного шару осаду (механічні фільтри) або коли осад безперервно видаляють (вакуум-фільтри). Швидкість фільтрування. Кількісна сторона фільтрування визначається швидкістю фільтрування, під якою розуміють об'ємну кількість фільтрату, яку одержують за одиницю часу з одного квадратного метра фільтрувальної перегородки. Якщо позначити через Q кількість фільтрату в кубічних метрах, яку одержують під час фільтрування крізь площу F протягом часу , то швидкість фільтрування буде

(4.14)

Розмір швидкості фільтрування, м/с, відповідає розміру швидкості руху.

Режим фільтрування. Процес фільтрування може відбуватися в таких варіантах змін тиску і швидкості:

при сталій швидкості і змінному тиску;

при сталому тиску і змінній швидкості;

при змінних тиску і швидкості.

Якщо фільтрування відбувається під сталим тиском, то з ча­сом, в міру нагромадження осаду на фільтрувальній перегородці, швидкість фільтрування зменшиться. Якщо фільтрування відбу­вається з сталою швидкістю, то з часом, в міру нашарування оса­ду, треба для підтримання однакової швидкості підвищувати тиск. Отже, у цьому випадку тиск з часом зростає. Залежність між тиском і часом зображується графічно прямою лінією, нахил якої до горизонту залежить (за інших однакових умов) від величини швидкості. В обох випадках потрібне очищення фільтра через певні проміжки часу: у першому випадку, щоб уникнути знижен­ня пропускної спроможності фільтра, а у другому — щоб за­побігти підвищенню тиску понад встановлену межу.

Класифікація фільтрів. За технологічною ознакою розрізня­ють фільтри газові і рідинні. Залежно від режиму роботи промис­лові фільтри поділяють на фільтри періодичної і безперервної дії. Залежно від способу створення перепаду тиску розрізняють фільтри, що працюють під тиском, розрідженням і під дією гідро­статичного тиску стовпа поділямої суспензії.

Залежно від характеру фільтрувальної перегородки розрізня­ють фільтри: з незв'язаною зернистою перегородкою, з ткани-

ною і нерухомою жорсткою. За конструктивними особливостями розрізняють: рамні, камерні фільтрпреси, мішкові, барабанні, дискові, стрічкові фільтри, патронні та ін.

Піщаний фільтр. Належить до групи фільтрів з зернистим ша­ром, що працюють під тиском стовпа рідин, яку фільтрують. Піщаний фільтр застосовують у промисловості для фільтрування води та інших рідин коли вміст твердої фази в рідині відносно не­значний.

Піщаний фільтр (рис. 4.12) має циліндричний корпус 1, всере­дині якого є знімні ґратчасті диски 5, які розділяють фільтр на три частини: верхню приймальну, середню фільтрувальну і ниж­ню збірну. Зернистим матеріалом служить кварцовий пісок. Між нижнім і верхнім дисками вкладають шар дрібного і шар крупно­го піску 6, розділений тканиною 4. Нижні і верхні грати накрива­ють фільтрувальною тканиною 4, а на верхні грати кладуть ще шар вати 3. Рідина, яку фільтрують, надходить у фільтр через трубу 2 і відводиться через трубу 7. До патрубка прикріплюють повітряний краник. Фільтрують рідину під тиском (0,02...0,03) МПа. Перші порції фільтрату каламутні і їх повертають на по­вторне фільтрування. В міру забруднення фільтра швидкість фільтрування зменшується, а коли вона вже дуже зменшиться, фільтр перезаряджають: виймають фільтрувальні матеріали і за­бруднений пісок, промивають їх і знову вкладають у фільтр.

Перевага такого фільтра — простота конструкції, висока якість фільтрування. Але продуктивність його низька внаслідок малої швидкості фільтрування (0,00007...0,0002) пов'яза­ний із значними витратами праці і часу на його перезарядження.

Патронний фільтр (рис. 4.13) належить до фільтрів періодич­ної дії, що працюють під тиском; швидкість фільтрування (0,16... 1,7) .Він складається з циліндричного корпуса З (з конічним дном), трубних ґрат 2, в яких закріплено патрони 1 з дротяною, керамічною або тканинною фільтрувальною поверх­нею. Принцип дії всіх фільтрів однаковий. У простір між патро­нами нагнітають суспензію, яка проходить крізь фільтрувальні елементи (патрони). З верхньої частини фільтра по трубі 5 відво­дять фільтрат і промивні води. Промитий осад видаляють через патрубок 4. Ці фільтри застосовують у цукровому виробництві для контрольного фільтрування. У патронних фільтрах значна фільтрувальна площа на одиницю об'єму апарата і незначний гідравлічний опір.

Мішковий фільтр застосовують для фільтрування рідини, що містить тонку каламуть. Фільтрування відбувається при незнач­ному напорі, створюваному стовпом рідини (2...3) м над фільтром. Фільтрувальна поверхня цих апаратів складається з рамок, на які надівають мішки з полотна.

Рамний фільтрпрес (рис. 4.14) працює під надлишковим тиском (0,3...0,4) МПа. Його станина складається з двох стояків 1 і 5, між якими закріплені гайками дві округлі балки 4. На цих балках по­чергово вкладені рами 2 і плити 3, між якими знаходиться фільтру­вальна тканина. Рами і плати можуть бути квадратної, прямокут­ної або круглої форми. Для стиснення рам і плит застосовують за­тискачі 6: ручний (гвинтовий), електричний і гідравлічний. З боків рам і плит є ручки, а внизу з одного боку — приливок 2 з круглим наскрізним отвором 3. Цей отвір крізь щілину 4 в стінці сполучений з внутрішньою порожниною рами. У плиті з другого боку внизу є косий приливок 5, крізь який проходить наскрізна щілина всереди-

Рис. 4.14. Рамний фільтрпрес:

а — загальний вигляд; б — рама і плита;

в — схема фільтрування; г — схема промивання

ну плити 6. Внутрішня поверхня плити рифлена. Передки преса та­кож рифлені і виконують роль крайніх плит.

У складеному і стиснутому пресі в нижніх приливках утво­рюється суцільний канал, в який під тиском подають суспензію. З цього каналу крізь отвори вона потрапляє всередину рам, фільтрується крізь полотно, стікає по рифленій поверхні плит вниз і виходить крізь отвір у косому приливку в приймач. Змен­шення швидкості витікання фільтрату є ознакою заповнення рам осадом. Після закінчення процесу фільтрування осад промива­ють. Промивна вода входить у канал, з якого крізь похилі отвори в плитах потрапляє у простір між плитою і фільтрувальною тка­ниною. Проходить крізь шар осаду і виливається через краники.

У рамних фільтрах високорозвинена поверхня фільтрування, досить високий тиск цього процесу, вони прості конструктивно і надійні в роботі. їх недолік — значна витрата фільтрувальної тканини. Процес фільтрування на фільтрпресах пов'язаний із значними витратами праці і часу (до 30%) на допоміжні операції.

Фільтри з дисковими фільтрувальними елементами, з яких осад навантажується під дією відцентрової сили, поширились не­давно.

В СРСР створена конструкція автоматичного камерного фільтрпреса ФПАКМ (рис. 4.15), який працює під тиском 0,6 МПа. Цей фільтр призначений для фільтрування тонкодисперс-них суспензій при температурі (5... 80) °С. ФПАКМ складається з горизонтально розміщених одна над одною на відстані 25 мм фільтрувальних плит 2. Верхня частина плит вкрита перфорова­ним листом і фільтрувальною тканиною 3, виконано у вигляді нескінченної стрічки, переміщуваною системою роликів. У нижній частині кожної плити є конічне дно для фільтрату. Для ущільнення зазорів між плитами служать гумові шланги 1. Коли в них подають під тиском (8... 10) атм воду, шланги роздувають і утворюють камери, куди подають суспензію. Після закінчення фільтрування і віджимання осаду зменшують тиск у шлангу. При цьому утворюється щілина для виходу тканини з осадом завтов­шки (5... 20) мм. Осад знімають з тканини ножами 4, а інші ножі 5 підчищають тканину від залишків осаду. Тканину промивають водою в камері регенерації 6.

Робочий процес фільтра складається з таких операцій: стис­нення плит, фільтрування, промивання осаду, його сушіння, роз­сування плит, зняття осаду з фільтрувальної тканини. Усі ці опе-

Рис. 4.15. Схема автоматичного камерного фільтрпреса

рації автоматизовані, завдяки чому продуктивність ФПАКМ в (6...20) разів вища порівняно з іншими фільтрами. У них розви­нена фільтрувальна поверхня (відносно одиниці площі).

Перевагою фільтрів безперервної дії, крім полегшення їх обслу­говування і економії робочої сили, є: автоматизація всього робочо­го циклу при одночасному значному підвищенні продуктивності.

Відцентрові методи розділення полягають у тому, що неод­норідні системи піддають дії поля відцентрових сил, використо­вуючи при цьому суцільні і проникні для рідини перегородки. Для створення поля відцентрових сил у техніці використовують два прийоми: забезпечують обертальний рух потоку рідини (га­зу) в нерухомому робочому органі апарата (циклони, гідроцик­лони); потік оброблюваного матеріалу спрямовують в робочий орган, що обертається, в якому відбувається їх спільне обертання (центрифуги, надцентрифуги, сепаратори).







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 4081. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.004 сек.) русская версия | украинская версия