Аппараты для проведения процессов

ФИЛЬТРОВАНИЯ ЖИД­КОСТЕЙ И ГАЗОВ

Фильтрованием называется разделение суспензий, пылей и туманов, осуществляемое при их прохождении через пористые перегородки. Аппа­раты для проведения процессов фильтрования и сами пористые перегород­ки называются фильтрами. Осевшие на пористой перегородке частицы на­зываются осадком, а жидкость, отделенная от осадка, - фильтратом. В качестве фильтров используются насыпные материалы (гравий, песок), на­бивные материалы (вата хлопчатобумажная, шерстяная, шлаковая, асбе­стовое волокно и др.), керамические и металлокерамические материалы, различные ткани и сетки из металлов, полимерных материалов и компози­ций.

Простейшим аппаратом для фильтрования жидких суспензий под вакуумом яв­ляется нутч-фильтр (рис. 4.13) - открытый аппа­рат с горизонтальной фильт­рующей перегородкой. Объ­ем аппарата под опорной решеткой сообщается со сборником фильтрата и ва­куумной линией. Примене­ние вакуума интенсифици­рует процесс фильтрования. Нутч-фильтр работает пе­риодически, а образующий­ся осадок разгружается вручную.

Одним из представите­лей непрерывно действую­щих фильтров является

барабанный вакуум-фильтр (рис. 4.14). Ос­новной частью фильтра яв­ляется барабан 2 с перфори­рованной цилиндрической по-

верхностью, которая по­крывается слоем фильт­рующей ткани. Барабан ус­танавливается горизонталь но в подшипниках и приводится во вращение через редуктор с помощью электродвигателя. Нижняя часть барабана погружена в корыто 4 с суспен­зией, оборудованное мешалкой 7. Внутри барабан имеет радиальные пере­городки 3, к которым через распределительную головку 5 на торце бараба­на периодически подводится вакуум (зоны /-///) или воздух под давлением (зоны 1V-V). Переключение камер на вакуум или давление происходит ав­томатически при вращении барабана. При необходимости образующийся на барабане слой осадка может промываться промывочной жидкостью, по­ступающей через оросительное устройство 6. Промытый и просушенный слой осадка снимается ножом 7 с поверхности фильтровальной ткани. Ба­рабан вращается со скоростью 0,1-2,5 об/мин.

По сравнению с нутч-фильтром работа барабанного вакуум-фильтра полностью механизирована и автоматизирована, он имеет значительно бо­лее высокую производительность и легко обслуживается. В то же время барабанный фильтр значительно дороже нутч-фильтра, имеет (также как и нутч-фильтр) небольшую фильтрующую поверхность, его значительно труднее герметизировать при фильтрации огнеопасных жидкостей.

Обеспечить полную герметизацию процесса фильтрования позволяют патронные фильтры, которые применяются главным образом в качестве сгустителей. Суспензия подается в корпус 1 патронного фильтра под небольшим избыточным давле­нием. Фильтрат проходит через фильтровальные перегородки патронов 4 и удаляется из фильтра че­рез штуцер 2. Патрон обычно представляет со­бой ребристую металли­ческую трубу 3 сотвер­стиями, на которую наде­та гильза из пористого материала 6. По мере рос­та толщины осадка на по­верхности гильз происхо­дит медленный самопро­извольный рост давления процесса фильтрации. При достижении пре­дельного заданного зна­чения давления отключается подача суспензии и фильтрация прекращается. Затем включается по­дача промывочной жидкости, под действием потока которой осадок с по­верхности гильз сбрасывается на дно фильтра и в виде сгущенной суспен­зии удаляется из него.

Патронные фильтры состоят из нескольких десятков фильтровальных элементов, заключенных в общем корпусе. Указанные фильтры компактны и герметичны, работают в автоматическом режиме, не имеют движущихся элементов, достаточно просто устроены и удобны в эксплуатации, однако фильтровальные элементы подвержены забиванию мелкодисперсными осадками. В качестве пористого материала для изготовления гильз наибо­лее часто используются пористая керамика, металлокерамика и другие ма­териалы.

Для фильтрования жидкостей в промышленности используются и другие типы фильтров, работающих как под повышенным давлением, так и под вакуумом: фильтр-прессы - периодически действующие аппараты, состоящие из чередующихся плит и рам, обтянутых фильтровальной тка­нью; мешочные фильтры; дисковые и тарельчатые фильтры, принцип ра­боты которых напоминает барабанные фильтры; ленточные, карусельные и другие фильтры.

Высокая эффективность разделения суспензий достигается под дейст­-
вием центробежных сил. Такой способ разделения называется центрифу-­
гированием и осуществляется в машинах, называемых центрифугами.

Основной частью фильтрующей центрифуги является барабан с дырчатыми стенками (барабаны со сплош­ными стенками используются в центрифугах, предназначенных для отстаивания жидкостей), вращающийся с большой скоростью на вертикаль­ ном или горизонтальном валу (скорость вращения барабана достигает 500-3500 об/мин и более). На рис. 4.16 показана горизонтальная автоматическая центрифуга, в которой все опера­­ции полного цикла центрифугирования (загрузка материала, фугование, промывка и вы грузка осадка) выполняются автоматически без остановки вращения барабана. Суспензия загружается в барабан с ситчатыми стенками 1 через трубу 3 и равномерно распределяется в нем. После отделения жидкости оса­док на полном ходу снимается ножом б и падает в желоб 2. Управление ножа осуществляется с помощью гидравлического цилиндра 4. В нижней части кожуха 5 имеется штуцер для отвода фильтрата. Вал 8 барабана кре­пится в станине 9 с помощью двух подшипников качения 7. Несмотря на достоинства, автоматические центрифуги имеют недостатки: образование пыли при съеме осадка ножом, а также опасность соприкосновения дви­жущихся частей машины с неподвижными.

Для фильтрования газов в промышленности используются различные фильтры. В рукавном фильтре (рис. 4.17) фильтрующий элемент выполняется в виде тканевого чехла (рукава), надетого на каркас из метал­лической сетки или спиральной пружи­ны. Запыленный газовый поток вводится в корпус фильтра 2 снизу и распределяет­ся по фильтрующим элементам - рукавам 3. Взвешенная в газе пыль оседает на внутренней поверхности рукавов, а от­фильтрованный газ удаляется через верх­ний газоход. Для удаления осевшей пыли прекращают подачу газа и рукава встря­хивают с помощью специальных приспо­соблений (вибраторов) 1. Пыль собирает­ся в бункере 4 и периодически удаляется из него.

Непрерывность работы фильтров обеспечивается их секционированием (в каждой секции имеется 12-25 рукавов). Отдельные секции поочередно выключа­ют через равные промежутки времени для встряхивания пыли. Достоинства ру­кавных фильтров: высокая степень очи­стки газов от различных видов пылей, в том числе и мелкодисперсных. Недостат­ки: непригодность для очистки влажных газов с температурой близкой к точке ро­сы (температура газов должна быть не менее чем на 10°С выше точки росы, иначе ткань увлажняется и замазывается грязью); невозможность очистки горячих газов (максимальная температура газов определяется термостой­костью фильтровальной ткани); сравнительно быстрый износ ткани. В оп­ределенных случаях, связанных с повышенной взрывоопасностью пыле воздушных смесей, рукавные фильтры изготовляются без герметичного корпуса, а рукава крепятся на каркасе без ограждающих панелей.

Для очень тщательной очистки воздуха или других газов от мелко­дисперсной пыли применяются масляные (висциновые) и поролитовые фильтры, а также мокрые пылеуловители и электрофильтры. Масляный фильтр монтируется непосредственно в газоходе в виде металлической кассеты, закрытой с обеих сторон сетками. Кассета заполнена металличе­скими, керамическими кольцами или другой насадкой, смачиваемой высо­ковязким висциновым маслом. Улавливаемая пыль прилипает к насадке, в связи с чем кассету периодически вынимают, промывают от пыли и сма­чивают свежим маслом. Поролитовый фильтр устроен и работает также как и патронный фильтр-сгуститель (см. рис. 4.15).

Мокрая очистка газов осуществляется в полых скрубберах или скруб­берах с насадкой, орошаемых жидкостью (скруббер представляет собой вертикальный аппарат башенного типа круглого или прямоугольного сече­ния). Запыленный газ подается в скруббер снизу и движется вверх. Жид­кость в полых скрубберах распыляется форсунками, установленными на разных уровнях, а в скрубберах с насадкой поступает в верхнюю часть че­рез распределительное устройство. Для мокрой очистки применяются так­же центробежные скрубберы, принцип работы которых аналогичен работе циклонов, внутренние стенки которых орошаются водой (или другой сма­чивающей жидкостью). Степень очистки газов от пыли в поролитовых и мокрых фильтрах достигает 99 % и более. Скрубберы, в особенности цен­тробежные, просты по устройству, экономичны в эксплуатации, имеют низкое гидравлическое сопротивление. В мокрых фильтрах отсутствует угроза взрыва пылевоздушной смеси. Мокрые фильтры пенного, импеллерного или других типов устанавливаются в окрасочных камерах для очистки воздуха от уносимых частиц краски, образующихся при окраске изделий жидким распыленным или пылевидным лакокрасочным материа­лом.