ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

Фильтры

Разделение суспензий с применением фильтров является не­отъемлемой операцией многих катализаторных производств.. Раз­личные конструкции фильтров применяют для отделения от суспензий основной части влаги перед формовкой или сушкой по­лупродуктов и катализаторов, для промывки осадков, для сгу­щения разбавленных суспензий, для улавливания твердых ча­стиц из растворов.

Выбор фильтров обусловлен главным образом свойствами сус­пензий и осадков (наряду с требованиями технологии), важней­шими из которых являются: содержание твердой фазы в суспен­зии, средний размер частиц, агрессивность жидкой фазы, ее вяз­кость, удельное сопротивление, сжимаемость, консистенция и адгезионные свойства осадков. Из технологических факторов на выбор фильтров оказывают влияние качество промывки и влаго - содержание осадка, мощность производства, температура филь­трования.

Содержание твердой фазы в различных суспен­зиях, получаемых в катализаторных производствах, как правило, находится в пределах от 0,5 до 700 г/л и сказывается главным образом на толщине осадка, образующегося за определенное время на поверхности фильтрующей перегородки. В то же время толщина осадка, получаемого за время цикла фильтрования, во многом обусловливает возможность применения того или иного типа фильтра, так как для каждой конструкции фильтра осадок с фильтрующей поверхности снимается лишь при достижении опре­деленного минимально допустимого значения. Для различных конструкций наименьшая толщина слоя при снятии осадка ко­леблется от 3 до 20 мм.

Фракционный состав, дисперсностьсу - спензии и вязкость жидкойфазы при прочих равных условиях влияют на скорость осаждения твердых частиц и определяют возможность использования различных конструк­ций фильтров.

Совокупное влияние концентрации суспензии, фракционного состава и плотности частиц, вязкости, плотности жидкой фазы и ряда других факторов определяет фильтруемость су­спензии, измеряемую толщиной осадка, полученного за единицу времени при определенной движущей силе фильтрования и отсутствии заметного проскока частиц.

Фильтруемость определяют испытанием суспензии в лабора­торных условиях при движущей силе фильтрования 2-Ю4 Па [175]. Для оценки фильтруемости суспензий, используемых в ка-
тализаторных производствах, можно предложить условную пяти­балльную систему:

Толщина осадка за 1 мин, см 10 1—10 0,1—1 Балл 5 4 3

При работе с суспензиями, имеющими балл фильтруемости 5- (как правило, эти суспензии содержат более 25 % твердой фазы, имеют незначительную вязкость жидкой фазы и размер частиц, твердой фазы не менее 0,05 мм), целесообразно их предварительное сгущение методом отстаивания с последующим фильтрованием на различных вакуум-фильтрах. Для суспензий с фильтруемостью 4 и 3 балла (обычно они содержат 1—25 % твердой фазы с разме­ром частиц 0,01—0,05 мм) можно использовать фильтры, работа­ющие под вакуумом без предварительного сгущения. Однако для суспензий с баллом фильтруемости 3 удельная производитель­ность вакуум-фильтров низка и более рационально использовать фильтры, работающие под давлением. Для всех трех групп су­спензий могут быть применены как фильтры непрерывного дей­ствия, так и периодического. Конкурентоспособным оборудова­нием для разделения суспензий с баллом 4 являются центрифуги.

Для фильтрования суспензий с баллом фильтруемости 2 (ха­рактерная особенность: низкая концентрация твердой фазы — до 5 % при размерах частиц 5—10 мкм) можно рекомендовать фильтры периодического действия, так как скорость образова­ния осадка при использовании фильтров непрерывного действия мала для получения необходимой минимальной толщины за сравнительно короткий период фильтрования. С целью повышения удельной производительности часто используют фильтры, рабо­тающие под давлением.

Если разбавленная суспензия с концентрацией твердой фазы менее 1 % содержит гелеобразные коллоидные частицы, ее филь- труемость обычно соответствует баллу 1. Фильтровать такую суспензию необходимо на фильтрах с намывным слоем вспомога­тельного вещества.

Требования к влагосодержанию осадка определяются в основ­ном технологией его последующей переработки. Если осадок после промывки поступает на следующую операцию для смешения с дру­гим компонентом, находящимся в жидком состоянии, то целесооб­разно использовать фильтры с гидросъемом осадка. При этом влажность осадка перед съемом строго не лимитируют, а для гидроудаления используют жидкость, применяемую в последу­ющей операции. Если по технологическим условиям промывка не обязательна, то перед съемом осадка должна быть предусмо­трена возможность его отжима.

В работах [175, 176], посвященных процессам фильтрования,, приведены рекомендации по выбору филь­тров в зависимости от свойств суспензий и технологических

Требований, предъявляемых к фильтрату и осадку. Приводимая ниже таблица 4.2, составленная на основе обобщения литератур­ных данных и опыта применения фильтров в катализаторных и близких к ним производствах, предназначена для облегчения предварительного выбора фильтров отечественного производства. При этом окончательный вывод о рациональности использования конкретного типа фильтра делают после анализа совокупности свойств суспензии, осадка, полученных по данным лабораторных исследований, и технологических условий фильтрования.

Выбор фильтровальных перегородок часто оказывает решающее влияние на производительность и качество фильтрования. При этом необходимо соблюдать два противоречивых требования: перегородка должна обладать высокой задерживающей способ­ностью и иметь при этом минимальное гидравлическое сопротив-

М — — д — — д — — р — — р — — р — — — — —- — дд— дд— рр— рр— рр— р р — р д

Мддддддрррррррррр д р р д дддрддрддррдрддрд Д Р д Д

Пускается применение фильтра при определенных свойствах осадка (требуется предвари - но малоэффективно.

Маточного раствора простой промывкой: 2 — необходима качественная промывка осадка гой жидкости (гидросмыв); 2 — возможно получение суспензии без отжима; 3 — иеобхо-

Материалу, быть достаточно прочной и устойчивой к воздействию суспензии или промывной жидкости.

Стойкость синтетических фильтро­вальных тканей в различных агрес­сивных средах иллюстрируют данные табл. 4.3 и рис. 4.5.

Ниже приведены характеристики работы некоторых типичных фильтров, используемых в производстве катализаторов.

Нутч-фильтры в связи со сравнительно небольшими площадями поверхности фильтрования (до 4 м2) применяют лишь в малотон­нажных производствах для фильтрования крупнозернистых су­спензий, когда требуется тщательная отмывка осадка от примесей. Корпус, крышку и решетку фильтра изготавливают из различ­ных коррозионно-стойких в данной среде материалов. Эти эле­менты, а также мешалку несложно покрыть защитными материа­лами — эмалью, пластмассой или резиной, что выгодно отли­чает нутч-фильтры от других типов фильтров.

Барабанные вакуум-фильтры применяют для фильтрования и обезвоживания хорошо фильтрующихся суспензий с концентра­цией твердой фазы от 50 до 500 г/л и размером частиц 5—100 мкм, например для фильтрования суспензии карбоната железа, окри - сталлизованного гидроксида алюминия, хромата аммония и др. При работе с сильно разбавленными суспензиями, содержащими частицы с большой скоростью осаждения, эффективность исполь­зования барабанных фильтров низка. Также неэффективно их применять, когда требуется качественная промывка осадка. При­меняемые в катализаторных производствах вакуум-фильтры имеют площадь поверхности фильтрования от 1 до 30 м2. Описание кон­струкции приведено в работах [51, 175, 176].

Возможность применения барабанных фильтров определяется в основном отношением времени фильтрования, промывки и обез­воживания, которое сохраняется для каждой конструкции филь­тра при любой скорости фильтрования. Учитывая, что для филь­тров общего назначения угол фильтрования лежит в пределах 105—135°, угол промывки 50—90°, а вторую просушку осуществ­ляют на дуге с углом 15—30°, соотношения длительностей соот­ветствующих операций равны 1 : (0,6 — 0,8) : (0,1 — 0,25). При этом частота вращения барабана обычно находится в пределах 0,1—3 об/мин. Таким образом, если осадок требует тщательной промывки или обезвоживания, применение фильтров общего назначения неприемлемо без дополнительного оборудования для промывки и отжима осадка.

Из других факторов, ограничивающих целесообразность ис­пользования барабанных вакуум-фильтров, следует отметить вы­сокую скорость осаждения твердых частиц суспензии, при кото­рой происходит интенсивное ее сгущение на дне корыта, а также малую скорость образования осадка при работе с разбавленными суспензиями, не позволяющими получить осадок толщиной более 5 мм за цикл фильтрования, обеспечивающей съем осадка ноже­вым устройством. Фильтры небольшой мощности выпускаются и в коррозионно-стойком исполнении. При площади поверхности фильтрования 1—2 м2 производительность таких фильтров по фильтрату составляет 100—4000 л/(м2-ч), а по сухому веществу — 50—100 кг/(м2-ч); влажность осадка 40—80 %.

Рамные фильтр-прессы периодического действия широко при­меняют в малотоннажных катализаторных производствах для разделения труднофильтрующихся суспензий с высоким удель­ным сопротивлением осадка и при необходимости тщательной промывки осадка и последующего его отжима, а также тогда, когда нежелательны или недопустимы «мертвые» объемы суспен­зий, остающиеся, например, в листовых или патронных фильтрах. Рамные фильтр-прессы используют для фильтрования растворов нитрата и сульфата алюминия, силиката натрия, суспензий ги­дрооксида алюминия, карбоната никеля и др.

Недостатки фильтра, связанные с трудоемкостью операций его разборки, разгрузки и сборки, меньше проявляются при работе с малоконцентрированными труднофильтрующимися суспензиями. Возможность дополнительного обезвоживания осадка продувкой сжатым воздухом позволяет получать осадки с низкой (по сравне­нию с другими типами фильтров) влажностью. При фильтровании токсичных или агрессивных суспензий применение фильтр-прес­сов недопустимо. Конструкции фильтр-прессов описаны в рабо­тах [51, 175, 176]. Фильтр-прессы, применяемые в катализатор­ных производствах, имеют площадь поверхности фильтрования от 5 до 80 м2. Простота и большая компактность рамных фильтр - прессов делают их во многих случаях конкурентноспособными с другими механизированными фильтрами, как правило, значи­тельно более сложными и дорогими.

Автоматические камерные фильтр-прессы (ФПАКМ) пред­назначены для фильтрования суспензий, содержащих от 5 до 600 г/л твердых частиц с размером не более 3 мм, при 5—80 °С и условии, что суспензия может транспортироваться по трубам диаметром 25 мм. Высокое давление фильтрования (до 1,5 МПа) позволяет успешно использовать фильтр для разделения суспензий, образующих сжимаемые осадки с высоким гидра­влическим сопротивлением (например, аморфный гидроксид алю­миния).

Для работы в щелочных или нейтральных средах детали фильтр - прессов, соприкасающиеся с растворами, изготавливают из угле­родистой стали; для работы в кислых средах — из стали Х18Н10Т; для работы в других агрессивных средах — из титана. Устрой­ство фильтр-прессов ФПАКМ рассмотрено в работах [51, 175, 176]. Площадь поверхности фильтрования фильтров 2—30 м2. Продолжительность полного цикла фильтрования 3—20 мин. Управляется фильтр полуавтоматически или автоматически.

Рассмотренный фильтр имеет наиболее высокие технические показатели работы — развитую удельную площадь поверхности фильтрования, хорошее качество регенерации ткани, экономич­ную промывку, низкое конечное влагосодержание осадка и др. Недостатки — сложность, высокая стоимость изготовления и бы­стрый износ фильтрующей ленты, обусловливающий необходи­мость применения специальных тканей.