АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Фильтры непрерывного действия
В производстве кальцинированной соды для отделения бикарбоната натрия от раствора были применены непрерывно действующие фильтры. Эти фильтры широко используются также в других отраслях химической технологии.
Фильтры непрерывного действия работали только под вакуумом. В последнее время появились конструкции таких фильтров, работающих под давлением.
Непрерывно действующие вакуум-фильтры представляют собой вращающиеся барабаны или диски, внутри которых при помощи вакуум - насоса создано разрежение; поверхность барабанов (или дисков) покрыта фильтрующей перегородкой. При вращении барабана часть его поверхности погружается в фильтруемую суспензию, фильтрат проходит через фильтрующую перегородку внутрь барабана, а осадок остается на ней. По мере вращения барабана осадок промывается и снимается с поверхности. Таким образом, за один оборот барабана происходит непрерывное автоматическое чередование всех циклов работы фильтра—фильтрование, промывка, сушка и разгрузка.
$ Барабанные вакуум-фильтры с наружной фильтрующей поверхностью. Барабанный непрерывно действующий вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью (рис. 145) представляет собой полый барабан /, погруженный в резервуар с фильтруемой суспензией и вращающийся в ней. Барабан имеет перфорированную или рифленую поверхность и покрыт металлической сеткой, на которую натянута фильтрующая ткань. Барабан разделен на несколько разобщенных секторов (ячеек), сообщающихся через каналы в полых цапфах с неподвижной распределительной головкой 2, состоящей из нескольких камер. В отдельные камеры головки подведены трубопроводы вакуума или сжатого воздуха. На схеме патрубки 3 и 4 соединены с линией вакуума, а 5 и 6—с линией сжатого воздуха. Таким образом, весь барабан разделен на зоны, размещение и величина которых зависят от устройства камер головки.
Погружаясь при вращении в фильтруемую смесь, соответствующий сектор барабана сообщается с зоной фильтрации 1, ив этом секторе устанавливается
Вакуум. При этом фильтрат отсасывается через фильтрующую ткань внутрь сектора и отводится через распределительную головку и патрубок 3. На фильтрующей поверхности образуется постоянно увеличивающийся слой осадка. ^
После выхода сектора из фильтруемой жидкости в него засасывается воздух, который просушивает осадок и вытесняет остаток фильтрата из
Пор осадка внутрь сектора (зона II—просушивание). Затем, если осадок требует промывки, по трубам 7 подводится вода, которая также просасывается через слой осадка внутрь сектора (зона IV—промывки). Промывная вода может быть отведена либо вместе с фильтратом через патрубок 3, либо отдельно от него через патрубок 4. Далее, промытый и вновь подсушенный осадок отдувается от фильтрующей поверхности сжатым воздухом, поступающим изнутри сектора (зона VI— отдувки).
^Для повышения плотности прилегания фильтрующей ткани к подкладочной сетке при отдувании осадка, ткань обматывают проволокой с шагом между витками 40—50 мм\ концы проволоки укрепляют в боковых стенках барабана.
Осадок, отделившийся от ткани, легко снимается ножом, подведенным к фильтрующей поверхности. После съема осадка ткань для ее регенерации вторично продувается воздухом (паром) или промывается водой, поступающими в сектор в зоне VIII—регенерации. После этого процесс начинается сначала.
|
Рис. 145. Схема работы вакуум - фильтра: 1—барабан; 2—распределительная головка; 3, 4—патрубки для вакуума; 5, 6—патрубки для сжатого воздуха; 7—труба для воды. |
|
Рис. 146. Распределительная головка вакуум-фильтра: /—вращающийся диск; 2—неподвижный диск; 3—щель для соединения с линией ва" куума; 4, 5—щели для промывных вод; Щели для соединения с линией сжатого воздуха; 8—отверстия для соединительных трубок. |
«Мертвые» зоны III, V, VII и IX, расположенные между рабочими зонами I, II, IV, VI и VIII, препятствуют сообщению последних между собой в момент перехода сектора из одной зоны в другую.
Рис. 147. Барабанный вакуум-фильтр:
/—барабан; 2—цапфа; 3—распределительная „головка; 4—подшипники; 5—корыто; б—мешалка; 7—устройство для затирания трещин
*в осадке; 8—редуктор; 9—электродвигатель.
Важной деталью фильтра является распределительный золотниковый механизм, называемый распределительной головкой (рис. 146), при помощи которой осуществляется чередование циклов процесса фильтрации. Головка состоит из двух дисков—вращающегося 1 и неподвижного 2. Когда отверстия вращающегося диска находятся против большой щели 3 неподвижного диска, секторы барабана соединяются с вакуум-насосом и отфильтрованная жидкость поступает в сборник фильтрата. При повороте барабана на некоторый угол отверстия подвижного диска совмещаются последовательно со щелями 4 и 5, соединенными со сборниками промывных вод, а затем отверстия 6 и 7 соединяют секторы барабана с трубопроводом сжатого воздуха для осушки осадка и очистки фильтрующей поверхности.
На рис. 147 показан барабанный вакуум-фильтр, основной частью которого является барабан 1 с полой цапфой 2. К цапфе прилегает распределительная головка 3, отверстия которой против ячеек в цапфе открывают доступ из секторов барабана в камеры головок. В корыте 5 фильтра установлена мешалка 6 для размешивания суспензии. Специальное устройство 7 служит для затирания трещин, образующихся в слое осадка.
Поверхность фильтрации барабанных вакуум-фильтров обычно равна 5—40 м2.
|
Рис. 148. Схема установки вакуум-фильтра: /—вакуум-фильтр; 2—сборник для основного фильтрата; 3— сборник для промывных вод; 4—барометрический конденсатор; 5, б—центробежные насосы; 7—автоматический клапан; 8—поплавки. |
Схема установки непрерывно действующего барабанного вакуум - фильтра показана на рис. 148. Вакуум-фильтр 1 соединен со сборниками 2 и 3, из которых один служит для приема фильтрата, а другой для промывных вод. Сборники соединены с барометрическим конденсатором 4, орошаемым холодной водой и соединенным в свою очередь с воздушным вакуум-насосом. При работе вакуум-насоса во всей системе создается разрежение, вследствие чего фильтрат проходит через фильтрующую перегородку и собирается в сборнике 2, из которого непрерывно или периодически перекачивается центробежным насосом 5 на дальнейшую переработку. Промывные воды откачираются из сборника 3 насосом 6. Пары и газы из верхней части сборника отводятся по трубе в барометрический конденсатор. Для того чтобы предупредить попадание фильтрата в конденсатор (в случае, когда центробежный насос не успевает перекачивать всей поступающей в сборник жидкости), на верху вакуум-сборника устанавливают автоматический клапан 7, связанный с поплавками 8. После того как жидкость в сборнике достигает определенного уровня, поднимающийся вместе с жидкостью поплавок открывает клапан и сборник сообщается с атмосферой; при этом в него поступает воздух, вакуум падает, фильтрация замедляется и насос откачивает из сборника избыток жидкости. Когда уровень жидкости понижается, поплавок опускается вниз, вследствие чего сборник разобщается с атмосферой и вновь соединяется с барометрическим конденсатором.
Толщина слоя осадка в непрерывно действующих барабанных вакуум-фильтрах составляет примерно 40 мм, а толщина слоя трудно фильтруемых осадков—всего 5—10 мм. Достигаемая толщина слоя осадка зависит от числа оборотов барабана (колеблется в пределах от 0,1 до 2,6 об /мин.).
Влажность получающегося осадка редко бывает ниже 10%, а чаще всего достигает 30% и более. Для вращения фильтра требуется привод мощностью 0,5—4 кет.
Осадок в вакуум-фильтрах отделяют (отдувают) сжатым воздухом и снимают при помощи ножа или валика, вращающегося в направлении, обратном вращению фильтра. Осадок отделяется от ткани под действием сжатого воздуха низкого давления, налипает на валик и снимается с него скребком.
Для работы при малой толщине осадка (до 3 мм) применяют фильтры со съемом осадка шнурами. При этом не требуется отдувки осадка, отпадает необходимость в компрессоре и уменьшается износ фильтрующей ткани.
В некоторых конструкциях фильтров осадок отлагается непосредственно на бесконечных толстых шнурах, заменяющих фильтрующую ткань; осадок удаляется при набегании шнуров на валик небольшого диаметра. Шнуры имеют более высокий срок службы, чем фильтрующая ткань.
Барабанные вакуум-фильтры с внутренней фильтрующей поверхностью. В описанных выше вакуум-фильтрах фильтруемая суспензия находится снаружи барабана, вследствие чего на фильтрующую ткань осаждаются в первую очередь наиболее мелкие частицы, так как крупные, обладающие большим весом, располагаются в нижних слоях жидкости в резервуаре. Образование первоначального слоя осадка из наиболее мелких частиц затрудняет фильтрацию и уменьшает производительность фильтра.
Этот недостаток устранен в конструкции непрерывно действующего вакуум-фильтра с внутренне^ фильтрующей поверхностью (рис. 149). Здесь ячейки расположены кольцом по окружности барабана и рабочей стороной, покрытой фильтрующей тканью, обращены во внутрь барабана.
Суспензия поступает внутрь барабана 1 по трубе 2 и располагается в его нижней части; при этом на фильтрующей поверхности в первую очередь осаждаются более тяжелые частицы, и таким образом устраняется возможность закрытия пор ткани мелкими частицами.
Циклы работы сменяются так же, как и в барабанных вакуум - фильтрах с наружной фильтрующей поверхностью. Осадок, снимаемый ножом 3, падает на помещенный внутри барабана ленточный транспортер или шнек 4 и удаляется через открытую торцовую часть барабана.
Дисковые вакуум-фильтры. Наряду с барабанными фильтрами широко распространены также дисковые вакуум-фильтры непрерывного действия. Основными преимуществами этих фильтров по сравнению с барабанными являются: 1) значительно меньший расход энергии;
2) простота смены фильтрующей ткани и меньший расход ее (при повреждении ткань может быть заменена на одном лишь секторе, составляющем от одной восьмой до одной двенадцатой части окружности диска);
3) компактность установки и более низкая стоимость аппарата.
|
5 Рис. 149. Барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью: /—барабан; 2—труба для подачи суспензии; 3—иож для съема осадка; 4—шнек; 5—трубы для фильтрата и промывных вод. |
Дисковые вакуум-фильтры обладают большой поверхностью фильтрации (до 85 м2).
Дисковый вакуу м-ф и л ь т р (рис. 150) имеет следующее устройство. На пустотелом валу 1 посажены диски 2, состоящие из от-
|
Рис. 150. Дисковый вакуум-фильтр: /—пустотелый вал; 2—диск; 3— резервуар; 4—редуктор; 5—электродвигатель. |
Дельных деревянных (иногда алюминиевых и из других материалов) секторов, обтянутых фильтрующей тканью. Вал с дисками медленно со скоростью до 3 об/мин.) вращается в резервуаре 3, в который подается фильтруемая суспензия. Вследствие разрежения внутри дисков, создаваемого вакуум-насосом (присоединенным к фильтру по той же схеме, что у барабанного вакуум-фильтра), жидкость проходит через ткань внутрь дисков и по полому валу удаляется в приемник фильтрата.
Осадок прилипает к фильтрующей поверхности каждого диска в виде лепешки, толщина которой зависит от свойств осадка.
Смена циклов работы в фильтре этой конструкции происходит так же, как и в барабанном вакуум-фильтре.
Основными частями тарельчатого вакуум-фильтра или план-фильтр а (рис. 151) является вертикальный вал 1 и го-
|
Рис. 151. Тарельчатый вакуум-фильтр (план-фильтр): /—вертикальный вал; 2—горизонтальный вращающийся диск (тарелка); 5—распределительная головка; 4—нож для съема осадка. |
Ризонтальный перфорированный диск 2 с невысоким наружным бортом, разделенный на секторы-ячейки. Каждая ячейка фильтра соединена с распределительной головкой 3. расположенной под диском. Фильтруемая суспензия подается сверху на ткань, покрывающую диск; осадокf снимается ножом 4 и сбрасывается в шнек или на ленточный транспортер. Фильтрация осуществляется за время почти полного оборота диска в горизонтальной плоскости, причем за время одного оборота секторы - ячейки последовательно соединяются со всеми секторами распределительной головки. Фильтр работает при разрежении 100—200 мм pm. ст.
Горизонтальные тарельчатые вакуум-фильтры применяют главным образом для обезвоживания крупнозернистых тяжелых суспензий.
Ленточные вакуум-фильтры. Непрерывно действующие ленточные фильтры находят все большее распространение в химической промышленности.
Ленточный вакуум-фильтр (рис. 152) собирается на длинном столе/, на котором закреплены ячейки или вакуум-камеры, соединяющиеся со сборником фильтрата и промывных вод. По поверхности стола скользит перфорированная резиновая лента 2 специального профиля, натянутая между приводным барабаном 3 и натяжным барабаном 4.
Рифленая поверхность ленты разделена поперечными ребрами на ряд секций, имеющих посредине вырезы удлиненной формы. По обе стороны ленты расположены высокие борта и желобы для резинового шнура, при помощи которого достигается плотное прилегание фильтрующей ткани к ленте. Ткань надевается поверх ленты в виде бесконечного полотна; по краям полотна вшиты резиновые шнуры, входящие в желобы резиновой ленты.
Суспензия подается по лотку 6\ позади лотка помещен козырек, лри помощи которого регулируется уровень жидкости на ленте (избыток суспензии переливается через козырек и стекает в сливную воронку). Отфильтрованный осадок промывают на ленте водой из форсунок 7.
6
|
Рис. 152. Ленточный вакуум-фильтр: I—стол с вакуум-камерами; 2—перфорированная резиновая лента; 3—приводной барабан; 4—натяжной барабан; s—фильтрующая ткань; б—лоток для подачи суспензии; 7—форсунки; S—коллектор для фильтрата; 9—валик для съема осадка; 10—редуктор; //—электродвигатель. |
Зоны фильтрации и промывки разделены заградительным козырьком, который предотвращает перетекание суспензии в зону промывки. Фильтрат удаляется через коллектор 8.
^Ткань отделяется от резиновой ленты в конце стола и огибает валик 9\ при этом с нее сбрасывается осадок. Иногда применяют секционный валик и подводят к нему пар или сжатый воздух для продувки ткани.
|
Рис. 153. Ленточный капиллярный^фильтр: —фильтрующая лента; 2—войлочные ленты; 3—отжимающие валики; 4—несущая решетка; 5—лоток; б—лента для съема осадка; 7—ролик; 8—нож; 9—форсунки |
В ленточных звеньевых фильтрах резиновая лента заменена ковшами с перфорированным ложным днищем, укрепленным на бесконечной? цепи. Днища ковшей покрыты фильтрующей тканью и соединены гибкими трубками с золотниковым башмаком, скользящим по зеркалу камер, находящихся под вакуумом.
Ленточные капиллярные фильтры. В фильтрах этой конструкции (рис. 153) используется бесконечная фильтрующая лента 1 (из ткани), натянутая на направляющие ролики.
Ткань движется вследствие трения о бесконечные ленты 2 из войлока или фетра. Эти ленты также натянуты на направляющие ролики и приводятся в движение посредством парных валиков 3, которые одновременно используются для удаления влаги из капилляров отсасывающей войлочной ленты. Нижний горизонтальный участок фильтрующей ткани 1 поддерживается несущей решеткой 4, движущейся в том же направлении, что и ткань.
Суспензия поступает на движущуюся ленту по наклонному лотку 5. Находящаяся в суспензии жидкость всасывается капиллярами войлочной ленты 2, а твердая фаза осаждается на фильтрующей ленте 1 и затем попадает в зону промывки. Промывная жидкость под действием капиллярных сил всасывается лентами 2, а промытый осадок прилипает к бесконечной ленте 6 при огибании фильтрующей тканью ролика 7; осадок, снимается с ленты 6 ножом 8. Жидкость из лент 2 удаляется продуванием через их поры горячего воздуха.
Таким образом, в капиллярных ленточных фильтрах действие вакуума заменено всасывающим эффектом капиллярных сил.
Ленточные фильтры пригодны для фильтрации суспензий с небольшим содержанием твердой фазы. Они отличаются от барабанных фильтров простотой конструкции и повышенной производительностью при фильтрации неоднородных осадков, так как на ленте в первую очередь осаждаются более крупные частицы. Недостатками этих фильтров являются небольшая поверхность фильтрации и неполное использование фильтрующей ткани.
Фильтры непрерывного действия, работающие под давлением. Непрерывная фильтрация хорошо фильтрующихся осадков, главным образом кристаллических, осуществляется на непрерывно действующих вакуум-фильтрах. Плохо фильтрующиеся аморфные осадки до последнего времени обычно отделяли при помощи фильтров периодического действия, фильтр-прессов и нутч-фильтров.
Создание фильтров непрерывного действия работающих под давлением, позволило проводить фильтрацию также вязких и легко испаряющихся жидкостей непрерывным методом, а фильтрацию суспензий вы - полнять со значительно большей производительностью, чем на вакуум - фильтрах, работающих при перепаде давлений, меньшем 1 am.
Барабани ы й непрерывно действующий фильтр, работающий под давлением. По своему устройству эгот фильтр (рис. 154) аналогичен обычному вакуум-фильтру. В отличие от последнего барабан 1 фильтра заключен в герметический кожух 2. Суспензия подается под действием сжатого воздуха или насосом через нижний патрубок 3 под давлением 2—5 am и заполняет фильтр до уровня переливного патрубка 4, через который избыток суспензии отводится обратно в сборник.
Через верхний патрубок 5 поступает сжатый воздух, давление которого соответствует давлению суспензии, нагнетаемой в резервуар фильтра; вследствие этого фильтрация и слив избытка суспензии происходят беспрепятственно.
Осадок остается на поверхности вращающегося барабана, а фильтрат, прошедший во внутреннюю полость барабана, отводится через цапфу 6 и распределительную головку 7. Осадок сбрасывается со сходящей с барабана ткани 9 при огибании ею ролика 8. Что^і облегчить съем осадка, через этот ролик, имеющий перфорированную поверхность, продувают сквозь ткань сжатый воздух. Освобожденная от осадка ткань проходит затем второй (ведущий) ролик 10 и вновь охватывает барабан фильтра.
Снятый осадок попадает в герметически закрытый^шнек 11, к! которому присоединен регулятор выгрузки (на рисунке не показан). Вал и цапфа барабана расположены на подшипниках 12, работающих под давлением.
|
По а вс |
|
Рис. 154. Барабанный непрерывно действующий фильтр, работающий под давлением: /—барабан; 2—герметический кожух; 3—патрубок для подачн суспензии; 1—переливной патрубок; 5— патрубок для подвода сжатого воздуха; б—цапфа; 7—распределительная головка; 8—ролики для съема осадка; 9—фильтрующая ткань; 10—ведущий ролик; //—шнек; 12— подшипники. |
При фильтрации под давлением 3—5 am достигается сравнительно большая производительность фильтра, и материал имеет низкую остаточную влажность.
Процесс фильтрации совершается при полной" герметичности аппарата, и давление не снижается. К недостаткам фильтра следует отнести трудность съема осадка.
Имеются также ленточные и дисковые фильтры непрерывного действия, работающие под давлением. По принципу действия они аналогичны описанным выше ленточным и дисковым фильтрам, работающим под вакуумом, но имеют герметически закрытый кожух. Необходимое давление в них создается сжатым воздухом или инертным газом.
Ленточный непрерывно действующий фильтр, работающий под давлением Для фильтрации суспензий, содержащих тяжелые твердые частицы, рекомендуется подавать суспензию на фильтрующую перегородку. К фильтрам этого рода относится ленточный фильтр, работающий под давлением (рис. 155). Он представляет собой закрытый прямоугольный кожух 5, внутри которого находится бесконечная фильтрующая лента 6, охватывающая два барабана У и 7; барабан 1 является ведущим.
Лента движется по опорным роликам 13, подшипники которых расположены внутри кожуха. Фильтрующая лента проходит вначале в верх
ней части кожуха, а затем возвращается обратно через нижнюю часть по направляющим роликам 10. На обратном пути лента с помощью щеток и вспрыскивающего устройства очищается от остатков осадка.
Фильтр работает следующим образом. Суспензия поступает через патрубок 2 на ленту, движущуюся внутри кожуха, в котором сжатым
|
Рис. 155. Ленточный непрерывно действующий фильтр, работающий под давлением: 1, 7—барабаны; 2—патрубок для подачи суспензии; ^—трубопровод для сжатого воздуха; 4—форсунки; 5—кожух; б—фильтрующая лента; S—сборник для осадка; 9—шнек; 10—направляющий ролик; //—камера для фильтрата; 12—патрубок для удаления фильтрата; 13—опорный ролик. |
Воздухом создается давление. Воздух подается по трубопроводу 3 и вводится в нескольких местах кожуха фильтра.
|
* |
Процесс фильтрации протекает при медленном движении ленты. Осадок остается на ленте, а фильтрат собирается в камере //и выводится из нее через патрубок 12. После фильтрации осадок на ленте может быть промыт* водой, подаваемой через форсунки 4. Обезвоженный осадок сваливается с ленты в сборник 8 при движении ее по барабану 7 и удаляется при помощи шнека 9.
