Изучение фильтрации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Процесс фильтрования

2. Уравнения фильтрования

2.1 Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений

2.2 Уравнение фильтрования при постоянной скорости процесса

2.3 Уравнение фильтрования при постоянных разности давление и скорости

3. Фильтровальные перегородки

3.1 Классификация фильтров

3.2 Фильтр-пресс

4. Фильтр-пресс

5. Патронные фильтры

6. Дисковые фильтры

7. Вакуум-фильтры

8. Интенсификация работы фильтров

9. Расчет фильтров

Заключение

Список литературы



Введение

Сущность процесса, классификация фильтров по принципу действия.

В подавляющем большинстве технологических схем водоподготовки завершающим процессом является фильтрование, в ходе которого из воды извлекаются не только дисперсии, но и коллоиды. В этом состоит отличие метода фильтрования от всех методов предварительной очистки воды.

Сущность метода заключается в фильтровании обрабатываемой воды, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твердых частиц. При этом процесс сопровождается значительными затратами энергии. Однако, допускать большие потери напора в технике водоочистки можно лишь при обработке небольших количеств воды. Это определяет место фильтровальных сооружений в технологической схеме, т. е. в большинстве случаев фильтрование является завершающим этапом обработки воды и производится после ее предварительного осветления в отстойниках, флотаторах или осветлителях.



1. Процесс фильтрования

Процесс фильтрации основан на задержании твердых взвешенных частиц фильтрующими перегородками, способными пропускать только жидкость и задерживать частицы твердой фазы. При прохождении суспензии через пористую перегородку за счет разности давлений до и после перегородки жидкая фаза проходит через поры перегородки и собирается в виде освобожденного от твердых примесей фильтрата, а твердые частицы задерживаются на поверхности фильтрующей перегородки, образуя слой осадка.

Рисунок 1. - Схема процесса фильтрования:

1 - фильтр; 2 - фильтровальная перегородка; 3 - суспензия; 4 - фильтрат; 5 - осадок.

Движущей силой фильтрации является разность давлений на входе в фильтр, состоящий из филь`трующей перегородки и слоя осадка, и на выходе из него. Разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки создают разными способами, в результате чего различают процесс фильтрования при постоянной разности давлений и процесс фильтрования при постоянной скорости.

Процесс фильтрования при постоянной разности давлений происходит, если пространство над суспензией сообщается с источником сжатого газа или пространство под фильтровальной перегородкой присоединяют к источнику вакуума так, что давление поддерживается постоянным. В этом случае скорость процесса фильтрования уменьшается в связи с увеличением сопротивления слоя осадка возрастающей толщины.

Процесс фильтрования при постоянной скорости осуществляется при подаче суспензии на фильтр поршневым насосом, производительность которого при данном числе оборотов электродвигателя постоянна. В этом случае разность давлений увеличивается за счет повышения сопротивления слоя осадка возрастающей толщины.

Различают также процесс фильтрования при переменных разности давлений и скорости, когда суспензию транспортируют на фильтр центробежным насосом, производительность которого при данном числе оборотов электродвигателя уменьшается при возрастании сопротивления осадка, что обусловливает повышение разности давлений.

В процессе фильтрования твердые частицы могут отлагаться на фильтровальной перегородке в виде осадка - этот процесс разделения суспензии называют фильтрованием с образованием осадка.

Процесс, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и задерживаются там, не образуя осадка, называют фильтрованием с закупориванием пор.

Возможен также промежуточный вид фильтрования, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и образуют на ней слой осадка. Застрявшие частицы будут уменьшать эффективное сечение поры, и вероятность задерживания в ней последующих твердых частиц увеличится. Возможен случай, когда отдельная частица полностью закупоривает пору и делает ее непроходимой для других частиц. Наконец, небольшая по сравнению с порами твердая частица может, несмотря на это, не войти в пору и остаться на поверхности фильтровальной перегородки.

Наиболее предпочтительно фильтрование с образованием осадка, когда не происходит закупоривание пор фильтровальной перегородки твердыми частицами с соответствующим увеличением ее сопротивления.

Нежелательно фильтрование с закупориванием пор фильтровальной перегородки, т. к. регенерация ее в данном случае сильно осложняется, а иногда становится невозможной вследствие трудности извлечения твердых частиц из пор. Для уменьшения гидравлического сопротивления осадка необходимо периодически удалять его с фильтрующей перегородки. Характер и толщина слоя осадка, отлагающегося на поверхности фильтрующей перегородки, являются важными параметрами, определяющими эффективность фильтрации. Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке при разделении суспензий, подразделяют:

- на несжимаемые - получаемые из недеформируемых (кристаллических) частиц; в них пористость, т. е. отношение объема пор к объему осадка, не уменьшается при увеличении разности давлений. Скорость фильтрования суспензий, образующих несжимаемые осадки, растет с увеличением давления на жидкость, а при одном и том же давлении зависит только от толщины слоя осадка.

- сжимаемые - получаемые из деформируемых (аморфных) части, пористость сжимаемых осадков уменьшается, а их гидравлическое сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением разности давлений.

С повышением давления осадок сжимается, поры его уменьшаются и скорость фильтрации снижается. Следовательно, в этом случае скорость фильтрации растет непропорционально разности давлений, а имеет некоторое отставание. Более того, скорость фильтрации при некоторой разности давлений не только не увеличивается, а наоборот, уменьшается вследствие сжатия осадка.



2. Уравнения фильтрования

Ввиду небольшого размера пор в слое осадка и фильтровальной перегородке, а также малой скорости движения жидкой фазы в порах считают, что фильтрование протекает в ламинарной области. При таком условии скорость фильтрования в каждый данный момент прямо пропорциональна разности давлений, но обратно пропорциональна вязкости жидкости фазы и общему гидравлическому сопротивлению слоя осадка и фильтровальной перегородки.

Основное дифференциальное уравнение фильтрования имеет вид:

Где:

V объем фильтрата, м³;

S поверхность фильтрования, м²;

продолжительность фильтрования, с;

p разность давлений, Па;

вязкость жидкой фазы суспензии, Пас;

R_oc сопротивление слоя осадка;

R_фп сопротивление фильтровальной перегородки.

В данном уравнении разность давлений представляет собой движущую силу, а общее сопротивление складывается из сопротивлений осадка (R_oc) и фильтровальной перегородки (R_фп). Сопротивление осадка R_oc тем больше, чем меньше пористость осадка и больше удельная поверхность составляющих его твердых частиц; на величину R_oc влияют также размер и форма частиц. Сопротивление фильтровальной перегородки R_фп можно считать величиной постоянной, пренебрегая ее увеличением вследствие закупоривания пор перегородки твердыми частицами. Обозначим отношение объема осадка к объему фильтрата через x_o. Тогда объем осадка будет равен x_oV.

Вместе с тем объем осадка может быть выражен произведением h_oc S, где h_oc - высота слоя осадка, м. Следовательно, толщина слоя осадка на фильтровальной перегородке составит:

Сопротивление слоя осадка:

Где:

r_o удельное объемное сопротивление слоя осадка, м^-2.

Подставив значение R_oc из равенства в уравнение, получим:

2.1 Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений

Примем, что процесс фильтрования протекает при постоянной разности давлений (р = const) и постоянной температуре (t = const). Тогда все входящие в уравнение величины, за исключением V и , постоянны. Интегрируя это уравнение в пределах от 0 до V и от 0 до , получим:



Или:

Где:

r_o удельное объемное сопротивление слоя осадка, м^-2;

x_o - отношение объема осадка к объему фильтрата.

Разделив обе части уравнения, получим:

Уравнение показывает зависимость продолжительности фильтрования от объема фильтрата.

Решая его относительно V, получим зависимость объема фильтрата от продолжительности фильтрования. Это уравнение применимо к несжимаемым и сжимаемым осадкам, поскольку при р = const величины r_о и x_o также постоянны.

Из уравнения следует, что при р = const по мере увеличения объема фильтрата.

Следовательно, и продолжительности фильтрования скорость фильтрования уменьшается.

2.2 Уравнение фильтрования при постоянной скорости процесса

Для фильтрования при постоянной скорости производную dV/d можно заменить отношением конечных величин V/. Решая уравнение относительно р, находим:



Умножив и разделив первое слагаемое правой части этого уравнения на и приняв во внимание, постоянную скорость фильтрования, получим:

Уравнение показывает, что при постоянной скорости фильтрования (W = const) разность давлений возрастает по мере увеличения продолжительности фильтрования. Это уравнение применимо к несжимаемым осадкам; при использовании его для сжимаемых осадков следует иметь в виду зависимость удельного сопротивления осадка от разности давлений.

2.3 Уравнение фильтрования при постоянных разности давление и скорости

Такой вид фильтрования осуществим, если чистая жидкость фильтруется сквозь слой осадка неизменной толщины при постоянной разности давлений. Промывку осадка на фильтре способом вытеснения, когда над осадком находится слой промывной жидкости, можно рассматривать как фильтрование промывной жидкости сквозь слой осадка неизменной толщины при постоянной разности давления и скорости. Приняв в уравнении толщину слоя осадка на фильтре и заменив в нем dV/d на постоянное значение V/, при р = const найдем



Это уравнение дает зависимость объема фильтрата от продолжительности фильтрования, чистой жидкости.

Поскольку в рассматриваемом случае р = const, уравнение применимо для несжимаемых и сжимаемых осадков.

Из основного уравнения фильтрования следует, что при прочих равных условиях скорость фильтрования тем больше и производительность фильтра тем выше, чем меньше объем полученного фильтрата или пропорциональная этому объему толщина слоя осадка на фильтровальной перегородке. Поэтому для повышения производительности фильтра необходимо стремиться к возможно быстрому удалению осадка с фильтровальной перегородки.



3. Фильтровальные перегородки

Фильтровальная перегородка представляет собой основную часть фильтра. От правильного выбора ее зависят производительность фильтра и чистота получаемого фильтрата. Выбор перегородки основывается на сопоставлении свойств разделяемой суспензии и характеристик различный перегородок. Фильтровальная перегородка должна иметь минимальное гидравлическое сопротивление и обеспечивать хорошую задерживающую способность твердых частиц и получение чистого фильтрата.

Фильтровальные перегородки классифицируются на следующие группы:

- по принципу действия различают поверхностные и глубинные фильтровальные перегородки;

- по материалам, из которых они изготовлены, - хлопчатобумажные, шерстяные, синтетические, стеклянные, керамические и металлические;

- по структуре фильтровальные перегородки подразделяются на гибкие и негибкие.

Поверхностные перегородки отличаются тем, что твердые частицы суспензии при ее разделении в основном задерживаются на их поверхности, не проникая в поры. Глубинные перегородки, которые используются преимущественно для oсветления жидкостей, содержащих твердые частицы в небольшой концентрации, характеризуются тем, что частицы суспензии в процессе ее разделения проникают в их поры и задерживаются там.

Гибкие перегородки могут быть металлическими или неметаллическими, негибкие перегородки - жесткими, состоящими из связанных твердых частиц, или нежесткими, состоящими из несвязанных твердых частиц.

Гибкие металлические перегородки используются для работы с агрессивными жидкостями, при повышенной температуре и значительных механических напряжениях. Они изготавливаются в виде перфорированных листов, сеток и тканей из стали, алюминия, никеля, серебра и различных сплавов.

Гибкие неметаллические перегородки изготавливаются в виде тканей или слоев несвязанных волокон (нетканые перегородки), реже - в форме перфорированных листов. Используют асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные и шерстяные ткани, а также ткани из синтетических волокон.

Негибкие жесткие перегородки выполняют в виде дисков, плиток, патронов.

Они состоят из частиц твердого материала (металлические, керамические, стеклянные, угольные порошки, а также диатомит), жестко связанных между собой путем непосредственного спекания или спекания в присутствии связующего вещества так, что эти частицы образуют поры, проницаемые для жидкости.

Негибкие и нежесткие перегородки состоят из соприкасающихся жестко несвязанных твердых частиц, например каменного, древесного и животного углей, песка, некоторых неорганических солей.

3.1 Классификация фильтров

Фильтры классифицируются на фильтры периодического и непрерывного действия.

На первых осуществляют любой режим фильтрования, на вторых практически лишь режим фильтрования при постоянной разности давлений.

Для проведения процессов фильтрования с закупориванием пор используют фильтры периодического действия.

По способу создания разности давлений фильтровальное оборудование может быть подразделено на фильтры, работающие под вакуумом, под давлением, и комбинированные фильтры.

По взаимному направлению силы тяжести и движения фильтрата фильтры могут быть с противоположными, совпадающими и перпендикулярными направлениями силы тяжести и движения фильтрата.



4. Фильтр-пресс

Фильтр-пресс с вертикальными рамами (плиточно-рамный фильтр-пресс), является фильтром периодического действия, работающим под давлением, в нем направления силы тяжести и движения фильтрата перпендикулярны.

Фильтр-пресс состоит из станины 1, на которой смонтированы задняя упорная плита 5, передняя нажимная плита 9 и плиты 6, 8, установленные на два горизонтальных стержня 7.

Насос 2, нагнетающий суспензию в канал 4, приводится в движение электродвигателем 3.

Нажимная плита 9 перемещается винтом 10 при помощи маховика 11. Уплотнение плит 8 производится винтом 10 с помощью рычага 12 или механическим приводом. Собранные в пакет плиты с размещенными между ними фильтрующими пластинами плотно сжимаются. При этом фильтрующие пластины делят зазор между двумя плитами на две части, что достигается благодаря ребристой поверхности плит. Поэтому различают четные и нечетные отсеки. Если исходная суспензия поступает в четный отсек, осветленный сок будет выходить из нечетного отсека. Каждая плита имеет по два фасонных прилива с отверстиями. Эти приливы расположены в двух углах четных плит с одной стороны, в нечетных плитах - с противоположной стороны. Таким образом, при сборе плит в пакет создаются два канала в четных и два канала в нечетных плитах, соединенных с полостями, образуемыми каждой парой плит с разделяющей их фильтрующей пластиной.



Рисунок 2 - Фильтр-пресс:

1 - станина; 2 - насос; 3 - электродвигатель; 4 - канал; 5 - упор ная плита; 6, 8 - плиты; 7 - горизонтальный стержень; 9 - передняя нажимная плита; 10 - винт; 11 - маховик; 12 - рычаг.

При работе фильтра фильтруемая суспензия нагнетается в каналы четных плит, затем через отверстия в них поступает в отсеки для исходной суспензии и под давлением проходит через фильтрующие пластины, при этом частицы взвесей задерживаются.

Осветленная жидкость попадает в отсеки, затем по двум каналам нечетных пластин выходит из фильтра.

Фильтр-пресс используется в промышленности для разделения суспензий с небольшой концентрацией твердых частиц, когда трудоемкие операции разборки, разгрузки и сборки производятся относительно редко.

К достоинствам фильтр-прессов относится большая поверхность фильтрования на единицу занимаемой ими площади помещения и отсутствие движущихся частей в процессе эксплуатации. К недостаткам относится необходимость в ручном обслуживании, несовершенная промывка осадка и быстрое изнашивание фильтровальной ткани.



5. Патронные фильтры

Патронные фильтры причисляются к работающим под давлением аппаратам периодического действия, в которых направления силы тяжести и движения фильтрата перпендикулярны. Они применяются для контрольной фильтрации сока I сатурации, фильтрации сока II сатурации, фильтрации сиропа с клеровкой в сахарной промышленности.

Известны конструкции патронных фильтров с тканевой, проволочной опорной поверхностью фильтрующих элементов. Принцип действия патронных фильтров одинаков. Отличаются они друг от друга конструкцией фильтрующих патронов и установкой их в корпусе фильтра.

Патронный фильтр состоит из цилиндрического корпуса, конического днища, выпуклой крышки, на которой установлены рым-болты, и плиты, в которой закрепляются патроны прижимами. В нижней части патроны устанавливаются в отверстия решетки.

Полный цикл работы фильтров включает в себя следующие стадии: намыв кизельгура, возврат первых мутных порций фильтруемого продукта, фильтрация, вытеснение нефильтрованного продукта, промывка осадка и удаление осадка.

Фильтрующий патрон состоит из трех фильтрующих элементов и опорного патрубка, которые при помощи стяжки, шайбы, планки и гаек скрепляются жестко.

Для того чтобы патроны не отклонялись от вертикальной оси, нижняя часть стяжки каждого патрона устанавливается в отверстие проволочного каркаса, расположенного внизу цилиндрического корпуса фильтра.

В процессе разделения суспензии фильтрат последовательно проходит через слой уже образовавшегося осадка, стенки фильтрующих элементов, после чего по вертикальному каналу уходит из патрона в коллектор и удаляется из фильтра. Патроны с проволочной опорной поверхностью просты по устройству, но имеют существенные недостатки. Так как щели, образованные смежными витками проволоки, вначале имеют расширение, а затем к центру проволок сужаются, то не исключена возможность застревания мелких частиц кизельгура и осадка в щелях. Это приводит к уменьшению живого сечения опорного слоя и скорости фильтрации.

Патрон фильтра с тканевой опорной поверхностью. Он представляет собой перфорированный корпус, к нижней части которого приварено донышко с хвостовиком, имеющим резьбу.

На корпус патрона надевается тканевый чулок, который снизу имеет загиб и закрепляется при помощи шайбы и гайки. Перед установкой патронов в отверстия плиты на них надевают резиновые уплотняющие кольца. К плите патроны прижимаются шайбами, которые надеваются на шпильки.

Для сохранения параллельности и вертикальности труб хвостовики патронов устанавливаются в отверстия решетки, изготовленной из нержавеющей проволоки. Решетка крепится к хвостовикам патронов при помощи дополнительных гаек.

Плита зажимается между фланцами и корпуса фильтра и крышки при помощи болтов. Уплотнение между верхней и нижней частью фильтра создается прокладками. Фильтрованный сок направляется внутрь патрона и выходит из верхней его части.

Для изготовления патрона могут быть использованы различные пористые материалы (пористое стекло, керамика, спрессованный диатомит, уголь и т. п.). Применяются также патроны в виде перфорированного металлического цилиндра, обтянутого фильтровальной тканью.

Патронные фильтры имеют значительные недостатки: требуют постоянного давления в период нанесения вспомогательного фильтрующего слоя, применения сжатого воздуха для поддержания осадка в период спуска нефильтрованного сока перед промывкой осадка, подачи воздуха внутрь фильтрующих элементов при удалении осадка.



6. Дисковые фильтры

Дисковые фильтры являются фильтрами периодического действия, в которых фильтрация производится под давлением.

Дисковый фильтр состоит из нескольких вертикальных дисков, насаженных по центру на полый горизонтальный вращающийся вал на некотором расстоянии один от другого. Каждый диск имеет с обеих сторон рифленую поверхность и с обеих сторон покрыт фильтровальной тканью. Под дисками находится резервуар с разделяемой суспензией, в которую почти до половины погружены диски. При вращении дисков фильтрат под действием вакуума проходит через ткань и по желобкам на рифленой поверхности поступает в полость вала, на одном из концов которого имеется распределительное устройство. Осадок, образовавшийся на поверхности ткани, удаляется с нее при помощи ножей.

По сравнению с фильтр-прессами они имеют следующие преимущества: облегчают условия труда, сокращают затраты рабочей силы, уменьшают расход фильтровальной ткани и обеспечивают получение чистого фильтрата, не требующего контрольной фильтрации.

Дисковый фильтр состоит из следующих основных узлов: корпуса фильтра, трубовала, фильтрующих элементов, приемника сока, соплового устройства, лопастного вала для удаления осадка, привода трубовала и привода лопастного вала, кронштейна конического, трубы отводной из контрольного элемента, трубки коллекторной, люков, днища, сальниковых уплотнений, червячной передачи, вырезов, стойки, рамы, штуцера, трубы центральной, элемента, желоба, зажима, сборника, опоры, трубки отводной, трубы вытяжной.

Цикл фильтрации на данном фильтре состоит из следующих операций: фильтрации сока через элементы дисков с отложением осадка на поверхности элементов, обессахаривания осадка с получением промоя, удаления осадка из фильтра при помощи струй воды.

Фильтрующий элемент дискового фильтра состоит из желобчатого каркаса, трехслойной сетки, являющейся опорным основанием для холста. В нижней части каркаса вварен штуцер, который устанавливается в конусном отверстии втулки трубовала.

Таким образом, внутренняя полость фильтрующего элемента соединяется с коллекторной трубкой для отвода фильтрата. Штуцер имеет уплотнение.

Элемент укрепляется на трубовале при помощи радиально расположенных шпилек.

Шпильки ввинчены одним концом в приваренные площадки к трубовалу, а другим концом соединены с дугообразными желобчатыми накладками 2, которые при помощи гаек прижимают элементы к валу. На элементы надевается фильтровальная ткань в один слой. В качестве ткани применяется бумажный холст типа бельтинг или тонкая капроновая ткань.



7. Вакуум-фильтры

Применяются вакуум-фильтры камерного типа и бескамерные.

Камерный вакуум-фильтр представляет собой аппарат непрерывного действия, работающий под вакуумом и характеризующийся в основном противоположными направлениями силы тяжести и движения фильтрата.

Камерный вакуум-фильтр имеет горизонтальный цилиндрический перфорированный барабан 2, покрытый снаружи фильтровальной тканью. Барабан вращается вокруг своей оси и на 0,3…0,4 своей поверхности погружен в суспензию, находящуюся в резервуаре.

Поверхность барабана разделена перегородками 3 на отдельные секции, изолированные одна от другой.

Секции при движении по окружности присоединяются в определенной последовательности к источникам вакуума и сжатого воздуха.

Рисунок 3 - Схема камерного вакуум-фильтра:

1 - корпус; 2 - барабан; 3 - перегородки; 4 - осадок; 5 - трубки; 6 - головка фильтра; 7 - форсунка; 8 - нож; 9 - мешалка.

Каждая секция трубками 5 соединена с подвижной головкой 6 фильтра. Головка имеет отверстия, количество которых соответствует количеству секций барабана. Секции покрываются опорной поверхностью, на которую накладывается холст. При этом секция проходит последовательно зоны фильтрации, первого обезвоживания (подсушки), промывки, второго обезвоживания (подсушки), удаления осадка и регенерации ткани.

В корпус 1 подается сгущенная суспензия, в которую погружен вращающийся барабан 2. В зоне фильтрации секция соприкасается с суспензией, находящейся в резервуаре, и соединяется трубкой с подвижной головкой 6 фильтра, которая сообщается с источником вакуума. При этом фильтрат через трубку и полость уходит в сборник, а на поверхности ячейки образуется осадок.

Сверху над барабаном вакуум-фильтра расположены форсунки 7 для промывки осадка 4. Для удаления осадка из барабана вакуум-фильтра установлен нож 8. В корпусе фильтра имеется мешалка 9 для взбалтывания осадка. Для отвода фильтрованного сока, промоя и подвода сжатого воздуха, для отдувки осадка от холста к подвижной головке прижимается неподвижная головка.

Бескамерный вакуум-фильтр по конструкции проще камерного фильтра, т. к. барабан его не имеет отдельных камер, отсутствуют также распределительные головки.

Перфорированный барабан фильтра закрыт боковыми крышками, и поверхность его при помощи резинового уплотнения делится на две зоны: зону, находящуюся под разрежением, и зону, в которой действует давление. В зоне разрежения происходят фильтрация суспензии, промывка и подсушивание осадка. Промой отводится из сборника, образованного стенками. В зоне давления осуществляются отдувка осадка при помощи воздуха, поступающего по трубе, и регенерация ткани при помощи пара или жидкости, поступающих по трубе.

Барабан фильтра устанавливается на неподвижной полой оси при помощи подшипников в корпусе. Полая ось соединена трубой с нижней частью барабана фильтра, куда по устройству подается сок. Для отвода продуктов фильтрации, а также подвода воздуха для отдувки осадка и жидкости для регенерации ткани полая ось делится на секции. В некоторых конструкциях фильтров для этой цели в полой оси устанавливаются специальные трубы. По верхней секции полой оси отводится промой, который собирается в сборнике. Левая секция соединена с вакуум-ресивером, через нижнюю секцию отводится отфильтрованный сок. Через правую секцию полой оси подводятся воздух для отдувки осадка и пар или жидкость для регенерации ткани.

Барабан обтягивается фильтровальной тканью, которая закрепляется проволокой. Вращение барабана осуществляется от привода через шестерню, прикрепленную к передней крышке барабана. Поверхность барабана фильтра погружена в суспензию на 50…60 %.

Осадок промывается при помощи форсунок, обдувается воздухом, поступающим через щель, и удаляется ножом, имеющим цапфу для осуществления установки. Через щель производится регенерация ткани паром или жидкостью.

Резиновые уплотнения прижимаются к внутренней поверхности барабана при помощи полых резиновых подушек, в которые подводится вода по гибким шлангам. Давление воды должно составлять 0,5…0,6 МПа.

Так как резиновые уплотнения все время прижимаются к внутренней поверхности барабана и работают на истирание, то барабан внутри должен быть гладким.

Практика эксплуатации вакуум-фильтров данного типа показывает, что уплотнения быстро изнашиваются. Применение ротационных уплотняющих устройств из синтетических материалов, видимо, может устранить этот недостаток.



8. Интенсификация работы фильтров

Повысить производительность фильтров можно за счет увеличения поверхности и скорости фильтрования.

Оптимизации процесса фильтрования можно добиться тремя способами:

- конструкционным - реализуется при реверсивном (при малой толщине осадка), динамическом (при непрерывном смывании осадка), неодномерном (при образовании осадка на цилиндрической поверхности с малым радиусом кривизны) и вибрационном фильтровании;

- технологическим - направлен на выбор оптимальной толщины осадка, разности давлений, концентрации суспензии;

- физико-химическим - сводится к таким воздействиям на суспензию, которые обусловливают значительное уменьшение удельного сопротивления осадка.

Этого можно добиться путем выбора надлежащих условий образования суспензии (температура, концентрация и др.), что позволит увеличить размер твердых частиц, получить кристаллические частицы вместо аморфных.



9. Расчет фильтров

При расчете фильтров принимают следующие допущения: отсутствие осаждения твердых частиц под действием силы тяжести; отсутствие изменения сопротивления фильтровальной перегородки в процессе работы; отсутствие изменения удельного сопротивления осадка.

Производительность фильтр-пресса зависит от скорости фильтрации, которая определяется режимом фильтрации, характером фильтрующей перегородки и физико-химическими свойствами осадка.

Производительность П (м³/с) фильтров и фильтр-прессов:

Где:

q - нагрузка на фильтрующую поверхность, м³/м²;

F - площадь фильтрующей поверхности, м²;

_пр, _ф, _р - соответственно продолжительность фильтрации, промывки осадка, разгрузки и подготовки фильтр-пресса к следующему циклу, с.

При выборе насоса, подающего исходный продукт в фильтр-пресс, необходимо учитывать сопротивление перегородки, которая рассчитывается по формуле:

Где:

R₀ - коэффициент сопротивления

- динамическая вязкость фильтрующего продукта, Пас.

Продолжительность фильтрации _ф (с):



Где:

М_ф - масса отфильтрованного сока за один цикл работы фильтр-пресса, кг;

М_ос - масса влажного осадка, образующегося за один цикл работы фильтр-пресса, кг;

- толщина фильтрующей рамы, м;

_ос, _с - соответственно плотность отфильтрованного сока и влажного осадка, кг/м³;

v_о - объемная скорость фильтрации сока, м³/(м²с).

Производительность патронных фильтров П (т/сут),

Где:

F - площадь поверхности фильтрации фильтров, м²;

с - скорость фильтрации продукта, м³/(м²с);

Р - количество фильтрованного сока или сиропа, % к массе переработанной свеклы (принимается из продуктового расчета);

- плотность продукта, кг/м³.

Требуемая площадь фильтрации патронных фильтров F (м²).

Количество фильтров определяется из выражения:



Где:

F₁ - площадь фильтрации одного фильтра, м².

Производительность дисковых фильтров П (т/сут):

Фильтрации фильтров F (м²):

Где:

Р - количество фильтрованного сока без учета промоя, %;

₁ - активное время фильтрации без учета получения промоя, с;

₂ - время вспомогательных работ за один цикл, с;

с - средняя скорость фильтрации сока, м³/(м²с);

- плотность сока, кг/м³.

Активное время фильтрации ₁ (с) определяется по формуле:

Где:

- толщина осадка на элементах, м;

, _ос - соответственно плотность сока и осадка, кг/м³;

Р, Р_ос - соответственно количество фильтрованного сока и осадка, %;

с - средняя скорость фильтрации сока, м³/(м²с).

Производительность вакуум-фильтров П (т/сут):



Где:

F - общая площадь поверхности фильтрации вакуум-фильтров, м²;

K - коэффициент использования поверхности фильтрации, выражающий отношение угла зоны фильтрации к 360;

с - скорость фильтрации, м³/(м²с);

- плотность фильтрованного сока, кг/м³;

Р_с - количество жидкой части нефильтрованного сока, %;

_с - количество сока, отфильтрованного на дисковых сгустителях, % к общему количеству жидкой части нефильтрованного сока.

Необходимая площадь фильтрации вакуум-фильтров F (м²):



Заключение

фильтрация дифференциальный пресс

Все современные способы очистки можно разделить на две группы: механические фильтры, являющиеся перфорированной перегородкой той или иной конструкции, и очистители в силовых полях (гравитационные, центробежные, магнитные, электростатические). Недостатком первых является малая грязеемкость, увеличение перепада давления по мере забивания отверстий или пор в перегородке, наличие байпасного клапана, перепускающего без очистки часть жидкости из линии загрязненной жидкости в линию очищенной жидкости, ограничения по степени загрязненности, подаваемой на очистку жидкостей, большие габаритные размеры, увеличивающиеся по мере увеличения пропускной способности или тонкости очистки, и др. Все это приводит к необходимости периодической замены или регенерации фильтрующего элемента, встройки сигнальных устройств и т.п. Следует попутно отметить, что запыленность окружающей среды зачастую настолько велика, что простая замена фильтроэлементов в гидросистемах вносит загрязнений больше, чем изнашивание за все время эксплуатации.



Список литературы

1. Г. Н. Ким, С.Д. Угрюмова - Процессы и аппараты пищевых производств. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2010. - 382 с.

2. Брок, Т. Мембранная фильтрация: Пер. с англ. - М.: Мир, 1999. - 462 с.

3. Жужиков, В. А. Фильтрование. - М.: Химия, 2001. - 420 с.

4. Космодемьянский, Ю. В. Процессы и аппараты пищевых производств. - М.: Колос, 2001. - 208 с.

Размещено на Allbest.ru

...