Ильясов С.Г. Процессы и аппараты упаковочного производства

Подождите немного. Документ загружается.

а - плита; б - рама; в - сборка; 1 - отверстия в плитах и рамах, образующие при сборке

канал для подачи суспензии; 2 - отверстия в плитах и рамах, образующие канал для подачи

промывной жидкости; 3 - отводы для прохода суспензии внутрь рам; 4 - внутренние

пространства рам; 5 - фильтровальные перегородки; 6 - рифления плит; 7 - каналы в

плитах для выхода фильтрата на стадии фильтрования или промывной жидкости - на

стадии промывки осадка; 8 -центральные каналы в плитах для сбора фильтрата или

промывной жидкости; 9 - краны на линиях вывода фильтрата или промывной жидкости

На стадии фильтрования суспензия по каналу 1 и отводам 3

поступает в. полое пространство (камеру) 4 внутри рам. Жидкость проходит

через фильтровальные перегородки 5, по желобкам рифлений 6 движется к

каналам 7 и далее в каналы 8. Отсюда фильтрат выводится через краны 9,

открытые на стадии фильтрования.

После заполнения пространства (камеры) 4 осадком подачу суспензии

прекращают. Затем начинается стадия промывки осадка. Промывная

жидкость проходит по каналам 2, омывает осадок и фильтровальные

перегородки и выводится через краны 9. По окончании промывки осадок

обычно продувают сжатым воздухом для удаления остатков промывной

жидкости. После этого плиты и рамы раздвигают, и осадок частично падает

под действием силы тяжести в сборник, установленный под фильтром.

Оставшуюся часть осадка выгружают вручную.

К достоинствам фильтр-прессов относятся большая удельная

поверхность фильтрования, возможность проведения процесса при высоких

давлениях (до 1,5 МПа), простота конструкции, отсутствие частей,

движущихся в процессе эксплуатации, возможность отключения отдельных

неисправных плит закрытием выходного крана.

Недостатками являются ручное обслуживание, невозможность полной

промывки осадка, быстрый износ фильтровальных салфеток из-за частой

разборки фильтра и работы его при повышенных давлениях.

Среди фильтров непрерывного действия наиболее распространены

барабанные вакуум-фильтры. Схема такого фильтра представлена на рис.

101

10-18. Фильтр имеет вращающийся цилиндрический и перфорированный

барабан 1, покрытый металлической волнистой сеткой 2, на которой

располагается тканевая фильтрующая перегородка 3. Барабан на 30-40%

своей поверхности погружен в суспензию. Поскольку в данном фильтре

направление осаждения твердых частиц противоположно направлению

движения фильтрата, в корыте 6 для суспензии установлена качающаяся

мешалка 7, поддерживающая ее однородность.

Рис 10-18. барабанный вакуум-фильтр:

1 – перфорированный барабан; 2 – волнистая сетка; 3 – фильтровальная

перегородка; 4 – осадок; 5 – нож для съема осадка; 6 – корыто для суспензии; 7 –

касающаяся мешалка; 8 – устройство для подвода промывной жидкости; 9 – камеры

(ячейки) барабана; 10 – соединительные трубки; 11 – вращающаяся часть

распределительной головки; 12 – неподвижная часть распределительной головки; I – зона

фильтрования и отсоса фильтрата; II – зона промывки осадка и отсоса промывных вод; III –

зона съема осадка; IV – зона очистки фильтровальной ткани

Барабан разделен радиальными перегородками на ряд изолированных

друг от друга ячеек (камер) 9. Каждая камера соединяется трубой 10 с

различными полостями неподвижной части 12 распределительной головки.

Трубы объединяются во вращающуюся часть 11 распределительной

головки. Благодаря этому при вращении барабана 1 камеры 9 в

определенной последовательности присоединяются к источникам вакуума и

сжатого воздуха. В результате при полном обороте барабана каждая камера

проходит несколько зон, в которых осуществляются процессы

фильтрования, промывки осадка и другие.

Зона I - фильтрования и отсоса фильтрата. Здесь камера сопри касается с

суспензией. В это время камера соединена с источником вакуума. Под

действием вакуума фильтрат проходит через фильтровальную ткань, сетку

и перфорацию барабана внутрь камеры и через трубу выводится из

102

аппарата. На наружной поверхности барабана, покрытой фильтровальной

тканью, образуется осадок 4.

Зона II - промывки осадка и отсоса промывных вод. Здесь камера,

вышедшая из корыта с суспензией, также сообщена с источником вакуума, а

на осадок с помощью устройства 8 подается промывная жидкость. Она

проходит через осадок и по трубе выводится из аппарата.

Зона III - съема осадка. Попав в эту зону, осадок сначала

подсушивается вакуумом, а затем камера соединяется с источником сжатого

воздуха. Воздух не только сушит, но и разрыхляет осадок, что облегчает его

последующее удаление. При подходе камеры с просушенным осадком к

ножу 5 подача сжатого воздуха прекращается. Осадок падает с поверхности

ткани под действием силы тяжести. Нож служит в основном направляющей

плоскостью для слоя осадка, отделяющегося от ткани.

Зона IV - очистки фильтровальной перегородки. В этой зоне

фильтровальная ткань продувается сжатым воздухом или водяным паром и

освобождается от оставшихся на ней твердых частиц.

После этого ячейки с регенерированной тканью вновь входят в

корыто с суспензией, и весь цикл операций повторяется.

Таким образом, на каждом участке поверхности фильтра все операции

проводятся последовательно одна за другой, но участки работают

независимо, и поэтому в целом все операции проводятся одновременно, т. е.

процесс протекает непрерывно. Это одно из достоинств данного фильтра.

Среди других следует отметить простоту обслуживания, возможность

фильтрования суспензий с большим содержанием твердой фазы, хорошие

условия для промывки осадка.

К недостаткам фильтра относятся сравнительно небольшая удельная

поверхность фильтрования, относительно высокая стоимость, сложность

герметизации, необходимость перемешивания суспензии в корыте 6 из-за

противоположного направления движений частиц под действием силы

тяжести и фильтрата.

103

Рис. 10-19. Ленточный вакуум-фильтр:

1 - вакуум-камеры; 2 - перфорированная лента; 3 - натяжной барабан; 4 - лоток

для подачи суспензии; 5 -фильтровальная ткань; 6 - натяжные ролики; 7 - валик для

перегиба ленты; 8 - приводной барабан; 9 - форсунки для подачи промывной жидкости

Ленточный вакуум-фильтр. Фильтр представляет собой работающий

под вакуумом аппарат непрерывного действия, в котором направления силы

тяжести и движения фильтрата совпадают. Схематически фильтр изображен

на рис. 10-19.

Перфорированная резиновая лента 2 перемещается по замкнутому пути

с помощью приводного 8 и натяжного 3 барабанов. Фильтрующая ткань 5

прижимается к ленте при натяжении роликами 6. Из лотка 4 на

фильтрующую ткань подается суспензия. Фильтрат отсасывается в вакуум-

камеры 1, находящиеся под лентой, и выводится из аппарата.

Отложившийся на ткани осадок промывается жидкостью, подаваемой из

форсунок 9. Промывная жидкость отсасывается в другие вакуум-камеры и

также отводится из аппарата.

Осадок благодаря вакууму подсушивается и при перегибе ленты через

валик 7 отделяется от ткани и сбрасывается в бункер. На обратном пути

между роликами 6 фильтровальная ткань обычно регенерируется: очищается

с помощью механических щеток, пропаривается или промывается

жидкостью.

К достоинствам ленточных фильтров, помимо упомянутого выше

совпадения направлений фильтрования и осаждения, относятся простота

устройства (отсутствие специальной распределительной головки), хорошие

условия промывки и обезвоживания осадка. Благодаря простоте съема

осадка и регенерации ткани возможна обработка труднофильтруемых

материалов.

104

Недостатками являются небольшая удельная поверхность и довольно

быстрый износ фильтрующей ленты, громоздкость аппарата, сложность

герметизации.

Рис. 10-20. Дисковый вакуум-фильтр:

1 - привод; 2 - полый барабан; 3 - диски с фильтрующими боковыми поверхностями; 4 -

корыто для суспензии; 5 - распределительная головка

Дисковый вакуум-фильтр. Фильтр представляет собой аналог

барабанного фильтра, в котором для увеличения поверхности фильтрования

установлены диски с фильтрующими боковыми поверхностями (рис. 10-20).

Вертикальные диски 3 насажены на полый горизонтальный вращающийся вал

2. Каждый диск имеет с обеих сторон рифленую поверхность, покрытую

фильтровальной тканью. Диски примерно наполовину погружены в корыто с

суспензией 4. Фильтрат под действием вакуума проходит внутрь дисков и

по желобам их рифленой поверхности поступает в полость вала. На одном

конце вала имеется распределительное устройство 5 (как и в барабанном

вакуум-фильтре), на другом - привод 1. Осадок, образовавшийся по

поверхности ткани, удаляется с помощью ножей (на рис. 10-20 не показаны).

В таких фильтрах промывка осадка не производится, а за зоной

фильтрования сразу следуют зоны просушки и отдувки осадка воздухом.

Основными достоинствами фильтра являются большая удельная

поверхность фильтрования и возможность замены вышедших из строя

дисков. К недостаткам следует отнести трудность герметизации и

применимость только в тех случаях, когда осадок не требует промывки.

Карусельный вакуум-фильтр. Такой фильтр обладает достоинствами

путчей, являясь аппаратом непрерывного действия. Схема работы фильтра

показана на рис. 10-21. Фильтр состоит из ряда горизонтальных нутчей,

размещенных по кругу и соединенных гибкими шлангами с

распределительным устройством, аналогичным применяемому в

105

барабанных и дисковых вакуум-фильтрах. При вращении рамы, на которую

опираются нутчи, каждый из них последовательно проходит стадии

заполнения суспензий, фильтрования, промывки осадка, его сушки,

удаления осадка, промывки и сушки фильтрующей ткани. При удалении

осадка нутч опрокидывается, а после промывки фильтрующей ткани

переводится в нормальное положение.

Рис. 10-21. Схема работы карусельного вакуум-фильтра

Достоинствами фильтра являются возможность тщательной промывки

осадка, длительный срок службы фильтрующей ткани (нет ножа, натяга),

совпадение направлений фильтрования и осаждения.

К недостаткам относятся громоздкость, большая металлоемкость,

трудность герметизации.

Расчет фильтров. Расчет периодических фильтров для разделения

суспензий сводится к определению производительности фильтра с

известной поверхностью фильтрования либо к определению числа фильтров с

выбранной поверхностью фильтрования, обеспечивающих заданную

производительность.

Производительность одного фильтра, работающего при ∆р = const,

может быть найдена следующим образом. Решим уравнение (10.45)

относительно τ:

τ =

















пф





(10.60)

Перепишем это уравнение, учитывая, что в соответствии с (10.41) V/S =

τ =













ос





ос

пф





(10.61)

106

В большинстве случаев время (продолжительность) фильтрования

обусловлено необходимостью получения слоя осадка определенной

толщины, зависящей от конструкции фильтра и других факторов. Она

должна быть задана при расчете. Кроме того, из эксперимента на

модельном фильтре должны быть найдены константы фильтрования.

Тогда по уравнению (10.61) определяют продолжительность

фильтрования.

Для определения времени (продолжительности) промывки τ

пр

можно использовать уравнение (10.47). Для этого перепишем его в

следующем виде:

пр

= V

пр

ос

ф.п

)/(∆pS) (10.62)

где V

пр

- объемный расход промывной жидкости; μ

пр

— вязкость промывной жид-

кости; ∆p -перепад давлений, при котором проводится промывка.

Для расчета по уравнению (10.62) необходимо знать объем промывной

жидкости. Он может быть определен по соотношению

пр

= υ

пр

ос

= υ

пр

ос

(10.63)

где υ

пр

- удельный объем промывной жидкости (на 1 м

осадка), обеспечивающий

необходимое качество промывки; определяется экспериментально.

По эксплуатационным данным определяют продолжительность других

вспомогательных операций (τ

в.о

), к которым относятся сушка осадка,

загрузка фильтра, выгрузка осадка и др. Общая продолжительность работы

составит

об

= τ + τ

пр

+ τ

в.о

(10.64)

За это время будет получено следующее количество фильтрата:

V=Sh

ос

(10.65)

Средняя производительность фильтра

107

СР

= V/ τ

об

(10.66)

При заданной суточной производительности фильтрующей установки

уст

расчеты ведут в следующем порядке. Выбирают по нормалям

фильтрующую поверхность одного фильтра S и допустимую толщину слоя

осадка h

. Рассчитывают так же, как было сделано выше, τ

о6

. Определяют

число циклов фильтрования на одном фильтре а, которое необходимо

осуществить для обеспечения заданной производительности V

уст

a=V

уст

(10.67)

где V находят по формуле (10.65).

Определяют число циклов фильтрования b, которое можно провести

на одном фильтре в сутки:

b = τ

/τ

об

, (10.68)

где τ

- рабочая продолжительность суток.

В заключение определяют требуемое число фильтров N:

N = a/b. (10.69)

Рассмотрим последовательность расчета непрерывнодействующих

фильтров для разделения суспензий на примере барабанного вакуум-

фильтра. В начале расчета на основании стандартной разбивки

поверхности фильтра на технологические зоны задаются значения:

углов сектора (зоны) предварительной сушки осадка, осуществляемой

на выходе из зоны фильтрования (φ

); зоны съема осадка φ

; зоны

регенерации фильтровальной перегородки φ

и мертвых зон φ

м1

, φ

м2

, φ

м3

и φ

м4

(находящихся между технологическими зонами), в которых ячейки

отключены от источника вакуума и сжатого газа.

Ориентировочную частоту вращения барабана, обеспечивающую

образование осадка заданной толщины, его промывку и сушку, можно

определить по уравнению

108

n =

 

360

спр

мiрoc





















(10.70)

где τ, τ

пр

и τ

с2

- продолжительность соответственно фильтрования, промывки и сушки

осадка после промывки.

Время (продолжительность) фильтрования рассчитывают по уравнению

(10.61). Необходимые для расчета по этому уравнению константы

фильтрования определяют из эксперимента на модельном фильтре.

Продолжительность промывки может быть найдена по уравнению (10.62).

При этом из экспериментальных данных должен быть известен удельный

объем промывной жидкости. Продолжительность сушки осадка после

промывки задается на основании экспериментальных данных.

Время (продолжительность) полного цикла работы фильтра τ

представляет собой величину, обратную частоте вращения барабана: τ

= 1/n.

Требуемую общую поверхность фильтрования F

находят по

выражению

= V

об

/(υ

ф.уд

), (10.72)

где V

о6

- заданная производительность по фильтрату, м

/с; k

- поправочный коэф-

фициент, учитывающий необходимость увеличения поверхности из-за повышения

сопротивления фильтровальной перегородки при многократном ее использовании (можно

принимать k

= 0,8); υ

ф.уд

-удельный объем фильтрата, получаемый с 1 м

фильтровальной

перегородки за время фильтрования:

ф.уд

= V/S = h

ос

. (10.73)

По найденному значению F

из каталога выбирают типоразмер фильтра

и определяют число фильтров. Затем проверяют пригодность выбранного

фильтра. Для этого необходимо установить соответствие рассчитанной

частоты вращения барабана диапазону частот, указанному в каталоге, и

сравнить рассчитанный и стандартный углы сектора (зоны) фильтрования.

Если частота выходит за рамки указанного диапазона или рассчитанный угол

109

фильтрования больше стандартного, следует повторно выполнить расчеты,

задавшись другой высотой слоя осадка.

После этого проводят уточненный расчет фильтра. При этом

принимают по каталогу данные распределения технологических зон.

Частоту вращения барабана выбирают наименьшую из рассчитанных по

следующим зависимостям:

= φ

/(360τ); (10.74)

= (φ

пр

+ φ

с2

)/[360(φ

пр

+ φ

с2

)], (10.75)

где φ

- угол зоны (сектора) фильтрования; φ

пр

- угол сектора промывки; φ

с2

- угол

сектора сушки осадка после промывки.

Рис. 10-22. Фильтрующая центрифуга периодического действия:

1 - вертикальный вал; 2 - перфорированный барабан; 3 - кожух; 4 - фильтровальная

ткань

Фильтрующие центрифуги. Схема простейшей фильтрующей центрифуги

периодического действия показана на рис. 10-22. Основной частью

центрифуги является перфорированный барабан 2, насаженный на

вращающийся вал 1. На барабане располагается фильтровальная ткань 4

(как правило, между барабаном и тканью помещают дренажную сетку).

Суспензию загружают в барабан сверху, после чего он приводится во

вращение. Фильтрат (фугат) под действием центробежной силы проходит

через осадок, фильтровальную перегородку и перфорацию барабана и

попадает в кожух 3, откуда выводится. По окончании фильтрования осадок

из барабана выгружают вручную.

Примером фильтрующей центрифуги непрерывного действия является

центрифуга с пульсирующим поршнем для выгрузки осадка (рис. 10-23).

Суспензия поступает в коническую воронку 8, вращающуюся с той же

частотой, что и перфорированный барабан 2. Суспензия приобретает

вращательное движение и отбрасывается через отверстие в воронке на

110