Вакуумные фильтры

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999 году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в США, Канаде и Японии, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию вакуумные фильтры.

Общее описание устройства ленточного вакуум-фильтра

Чертеж ленточного вакуумного фильтра

Данный тип фильтров представляет собой аппарат непрерывного действия, работающий под вакуумом. В вакуум-фильтре движение фильтрата и направление действия силы тяжести совпадают.

Перфорированная резиновая лента перемещается с помощью приводного и натяжного барабана по замкнутому контуру. Ткань, являющаяся фильтровальной перегородкой, прижимается к ленте при помощи роликов. Суспензия подается из лотка на фильтрующую ткань. Фильтрат под действием разности давлений перемещается в вакуум — камеры, расположенные под лентой, а после этого выводится из аппарата. Осадок, образующийся на фильтровальной ткани, промывается жидкостью, подающейся из форсунок. Жидкость для промывки отсасывается в другие вакуум-камеры, после чего также отводится из аппарата.

Осадок подсушивается с помощью вакуума. Далее он отделяется от ткани при перегибе ленты через валик, и далее сбрасывается в бункер. Фильтрованная ткань регенерируется на обратном пути между роликами. Регенерация заключается в очистке при помощи механических щеток, промывке жидкостью и пропаривании.

Достоинствами ленточных вакуум-фильтров являются простота устройства, отсутствие распределительной головки, возможность обезвоживания осадка и благоприятные условия промывки. Благодаря тому, что осадок легко снимается и возможна регенерация ткани, ленточные фильтры могут применяться для работы с труднофильтруемыми суспензиями.

Общее описание устройства вакуумного дискового фильтра

Фильтрование осуществляется с использованием пористой перегородки. Во время процесса с одной стороны перегородки накапливается слой твердых частиц (осадок), а с другой — фильтрованная жидкость (фильтрат), проходящая сквозь перегородку. Для фильтрования необходимо, чтобы давление суспензии было выше, чем давление по другую сторону перегородки. Такие условия создаются за счет массы суспензии, путем ее нагнетания с помощью насосов, давлением газа, созданием вакуума с другой стороны перегородки.

Устройство вакуум-фильтра изображено на чертеже выше. В таком устройстве на пустотелом валу находятся диски, состоящие из секторов (как правило, изготовленных из алюминия) и обтянутые фильтрующей тканью. Вал с дисками вращается со скоростью не более 3 об/мин в резервуаре, куда подается суспензия для фильтрации. Когда внутри дисков вакуумным насосом, присоединенным к фильтру также как в случае барабанного вакуум-фильтра, создается разрежение, то жидкость проходит сквозь ткань внутрь дисков.

На фильтрующей поверхности каждого диска остается осадок, который прилипает к ней в виде лепешек. Толщина таких лепешек зависит в первую очередь от свойства осадка.

Смена циклов работы в дисковом вакуум-фильтре происходит точно так же, как и в барабанном фильтре.

Дисковые вакуум-фильтры представляют собой фильтровальное оборудование с вращающимися дисками (или барабанами), главной задачей которого является разделение суспензий с примерно одинаковыми по размеру частицами твердой фазы с умеренной скоростью их осаждения.

Фильтры вакуумные дисковые используют, главным образом, в случае образования при вакуум-фильтровании за короткий промежуток времени (не более 3-х минут) слоя осадка, толщиной не менее 8 миллиметров. При этом самые крупные частицы твердой фазы, которых допускается минимум 20 процентов от ее общего количества, должны иметь скорость осаждения не более 18 миллиметров в секунду.

Суспензия, которую собираются подвергать разделению в дисковом вакуум-фильтре, должна быть абсолютно безопасной, а ее жидкая фаза в вакуумной среде не должна кристаллизоваться. К вакуумному фильтрованию не допускается легколетучая, огне- и взрывоопасная, а также ядосодержащая суспензия. Осадок, образующийся на фильтровальном оборудовании, в дальнейшем не промывается. При просушке допускается лишь незначительное его растрескивание.

Дисковые вакуум-фильтры сегодня используют, в основном, в таких отраслях промышленности, как угольная, рудная и металлургическая.

Конструкция вакуумного дискового фильтра

Дисковый вакуум-фильтр состоит из корыта, распределительной головки и нескольких дисков, установленных на ячейковый вращающийся вал. Каждый из дисков имеет определенное количество (от 12 до 18) отдельных полых секторов, обтянутых фильтровальной тканью, либо же сеткой. Сами сектора могут быть выполнены из металла, либо же полипропилена. Полый вал установлен горизонтально в опорных подшипниках и имеет две стенки (наружную и внутреннюю), между которыми расположены каналы (ячейки) соответственно в количестве от 12 до 18 штук. Каналы и полости секторов между собой сообщаются. Ячейки имеют выход на поверхность полого вала с плотно прижатой к ней неподвижной распределительной головкой, которая состоит из четырех камер, куда подведены трубопроводы вакуума.

Чертеж вакуумного дискового фильтра

Принцип работы дискового вакуум-фильтра

Когда вал начинает вращаться все секторы друг за другом начинают сообщаться с камерами распределительной головки. В фильтровальной зоне происходит поступление фильтрата под вакуумом в полость сектора через фильтровальную перегородку. После чего фильтрат отводится из оборудования через ячейки вала и камеру, сообщающуюся с линией вакуума. Твердая фаза, при этом, задерживается и накапливается на поверхности фильтровальной перегородки, образуя тем самым всего за несколько минут довольно толстый слой осадка.

В двух других зонах (обезвоживание и просушка) происходит отсасывание свободной жидкости из осадка, после чего она удаляется из оборудования через специально предназначенные для этого камеры.

Через еще одну камеру в секции подается сжатый воздух, который отделяет осадок от перегородки, а затем происходит окончательное снятие осадка ножом. Импульсную подачу сжатого воздуха осуществляет клапан отдувки. В регенерирующей зоне через еще одну камеру производится подача воздуха или пара, за счет чего происходит регенерация фильтровальной ткани.

Стоит отметить, что зону регенерации используют лишь в том случае, если осадок забил фильтровальную перегородку. Фильтры, выполненные из углеродистой стали, имеют литой ячейковый вал, состоящий из нескольких отдельных частей. Оборудование, изготовленное из коррозионностойкой стали, оснащено сварным валом, состоящим из цельных по длине отдельных секций.

Корыто вакуумного дискового фильтра, как правило, имеет сварную конструкцию, в которой предусмотрен переливной желоб, обеспечивающий постоянный уровень суспензии. Вращательная мешалка оснащена отдельным приводом. Распределительная головка дискового вакуум-фильтра полностью литая и имеет штуцеры для отведения фильтрата из фильтровальной зоны, а так же штуцера зоны просушки, через которые осуществляется подача сжатого воздуха на отдувку осадка и регенерацию фильтровальной ткани.

Оборудование, имеющее поверхность фильтрования до 51 квадратного метра, оснащено лишь одной распределительной головкой, все другие фильтры с поверхность фильтрования выше этой цифры — двумя головками.

Общее описание устройства барабанного вакуумного фильтра

При проектировании данных аппаратов на прочность следует рассчитывать все основные компоненты: парное соединение цапф с торцовой стенкой (барабан с цапфами для проведения расчетов рассматривают как балку на двух опорах); торцевая стенка барабана (расчетная схема стенки выглядит как круглая пластина с расположенными радиально ребрами жесткости, в центре пластины цапфа передает сосредоточенный момент, а наружный контур торцевой стенки принят для расчетов как защемленный); обод барабана цилиндрической формы, подвергающийся воздействию гидростатического давления со стороны суспензии; усилие от механизма сбора осадка и изгибающий момент, возникающий благодаря силе тяжести самого барабана.

Барабанный вакуум-фильтр представляет собой вращающийся цилиндрический перфорированный барабан, покрытый металлической сеткой с прилегающей к ней фильтровальной тканью.

В химической промышленности чаще всего применяются барабанные вакуум-фильтры, имеющие наружную фильтрующую поверхность. Такие фильтры характеризуются простотой в эксплуатации, хорошей скоростью фильтрации, а также пригодностью для обработки различных видов суспензий.

Расчет фильтров для суспензий производится в два этапа. Сначала необходимо определить общую поверхность фильтрации и в зависимости от него выбирают число фильтров, а также их типоразмер. Следующий этап заключается в уточнение производительности выбранного фильтрата, а также количества фильтров.

Чертеж барабанного вакуум-фильтр с наружной фильтрующей повержностью

Зона I является зоной фильтрования, а также подсушки осадка. В этой зоне ячейки соединяются с линией вакуума. По действием перепада давления фильтрат проходить через фильтровальную ткань, перфорацию барабана и сетку в середину ячейки. После этого фильтрат по трубе выводится из аппарата. При этом на наружной поверхности ткани происходит формирование осадка. Когда ячейки выходят из суспензии, осадок частично подсушивается.

Зона II – зона, в которой проходит промывка осадка и его сушка. В этой зоне ячейки соединины с линией вакуума. Устройство подает промывную жидкость, проходящую через осадок, а после этого по трубам выводится из аппарата. В тех местах, где жидкость не поступает, осадок высушивается.

Зона III является зоной съема осадка. В этой зоне ячейки соединяются с линией сжатого воздуха для разрыхления осадока и облегчения его удаления. После этого при помощи ножа осадок снимается с поверхности ткани.

Зона IV – зона, в которой происходит регенерация фильтровальной перегородки при помощи продувки сжатым воздухом, что освобождает ее от твердых частиц, которые остались на перегородке после предыдущих стадий.

После окончания всех этапов цикл повторяется. На всех участках фильтра операции происходят последовательно, но участки работают вне зависимости друг от друга. Таким образом, процесс фильтрации протекает непрерывно. В процессе вращения барабана ячейки проходят мертвые зоны, где они отсоединены от источника вакуума и сжатого газа.

В корыте для суспензии происходит процесс осаждения твердых частиц под действием силы тяжести. При этом процесс происходит в направлении противоположном направлению движения фильтрата. Из-за этого возникает необходимость перемешивать суспензии мешалкой.

В качестве исходных данных для расчета фильтра используется необходимая производительность по фильтрату, а также массовая концентрация твердых веществ в суспензии и перепад давления при промывке и фильтровании. Помимо этого, в процессе экспериментов необходимо определить такие константы фильтрования, как влажность осадка после фильтрации, удельное сопротивление осадка и фильтровальной перегородки, продолжительность процесса сушки осадка и высоту слоя осадка. Данные исследования проводятся на лабораторной ячейке.

Расчет барабанных вакуумных фильтров

Перед тем как проводить расчет на основании разбивки фильтра на технические зоны, необходимо задать значения углов сектора предварительной сушки осадка, мертвых зон, зон съема осадка, а также регенерации фильтровальной перегородки.

Продолжительность полного цикла фильтра равна величине, обратной частоте вращения барабана:

А для вычисления общей поверхности фильтрования используется формула:

В процессе вращения барабана ячейки проходят мертвые зоны, где они отсоединены от источника вакуума и сжатого газа.

в которой V_об является заданной производительностью по фильтрату (в м 3 /с),

К_п – это поправочный коэффициент, учитывающий необходимость увеличения поверхности фильтрования из-за того, что увеличивается сопротивляемость перегородки при многократном использовании (К_n=0,8), Ѵ_фуд является удельным объемом фильтрата, который находится по формуле:

где h_ос – высота слоя осадка на фильтре, м;
x – отношение объема осадка на фильтре к объему образующегося фильтрата.

После того, как было найдено значение F_об, выбирают типоразмер фильтра из каталога, а также определяют количество фильтров, которое будет необходимо для поддержания нужной производительности.

После этого необходимо проверить пригодность выбранного фильтра. Чтобы это сделать, устанавливают соответствие частоты вращения барабана диапазону частот, который указан в каталоге. Помимо этого, сравниваются рассчитанные и стандартные углы сектора фильтрования. В том случае, если частота больше той, которая указана в диапазоне частот, или если угол фильтрования больше, чем стандартный, необходимо повторить расчеты, задав другую высоту слоя осадка.

После этого проводится уточненный расчет фильтра. Распределение технических зон определяют по каталогу. А частоту вращения барабана берут наименьшую из тех, которые были вычислены по формулам:

Где φ_ф, φ_пр, φ_с2 – углы секторов фильтрации, промывки и сушки;
τ_ф, τ_пр, τ_с2 – продолжительность фильтрования, промывки и сушки.

Цикл фильтрования вакуум фильтра

Складывается из семи операций:

1. погружение в суспензию с образованием осадка и отводом фильтрата;
2. втягивание воздуха через осадок и удаление остатка фильтрата;
3. промывка осадка;
4. втягивание воздуха через осадок и удаление остатка промывной жидкости;
5. отсоединение осадка и его рыхление;
6. снятие осадка;
7. регенерация фильтровального полотна.

На первых четырех этапах ячейки подключены к линии вакуума, на последних трех – сообщаются с линией сжатого воздуха.

На время продувки тонкая спиралеобразная проволока прижимает фильтровальную ткань к поверхности барабана, чтобы исключить возможность ее растяжения. В отдельных случаях в осадке могут появиться трещины. Это приведет к растрескиванию слоя и нарушению вакуума за счет того что воздух будет поступать через трещины. В таких случаях трещины заглаживаются покровной лентой, которая перемещается по поверхности осадка.

Для удаления осадка используются различные способы в зависимости от его структуры и толщины:

• толщина слоя составляет 8-10 мм – осадок снимается широким ножом, который устанавливается вдоль образующей барабана на определенном расстоянии от его поверхности;
• слой 2-4 мм – снимается при помощи бесконечных тонких шнуров, которые расположены параллельно на расстоянии 6-25 мм друг от друга и перемещаются по замкнутому пути, огибая натяжной и направляющий ролики; от фильтровальной ткани шнуры отделяются вместе с осадком;
• слой около 2 мм – снимается резиновым валиком, который вращается в противоположном направлении относительно барабана; осевший на валике слой снимается ножом;
• слой около 1 мм – для удаления осадка используется метод сходящего полотна, при котором фильтровальная ткань проходит такой же путь, как и бесконечные шнуры: с поверхности барабана подается на разгрузочный ролик для удаления осадка ножом, затем проходит ролик для промывки, после чего возвращается на барабан.

При разделении тонкодисперсных суспензий поры фильтровального материала быстро закупориваются. По этой причине вместо фильтровальной ткани используют намывную зернистую перегородку толщиной 50-75 мм. Материалом для нее часто служат зерна кизельгура. Процесс фильтрования выглядит следующим образом: в корыто подают густую суспензию зернистого материала, выключают съемное устройство и запускают работу фильтра на 30-60 минут. За это время накапливается осадок нужной толщины. Далее в корыто подают суспензию для фильтрования. В процессе разделения суспензии намывной слой с осевшим на него осадком постепенно срезается ножом. Нож перемещается очень медленно и проходит около 0,01-0,05 мм при одном обороте барабана. По мере истончения намывной слой регенерируют.

Площадь рабочей поверхности барабанных ячейковых вакуум-фильтров составляет до 50 м². Диаметр барабана составляет 1-4 м, длина – 0,2-5 м. Вращение барабана происходит со скоростью 0,1-3 об/мин. Для приведения барабана в действие используется электромотор мощностью 0,1-4,5 кВт. Фильтровальные материалы выбирают в зависимости от рода суспензии.

Примеры наших вакуум-фильтров

Вакуум-фильтр ленточный, площадь фильтрации 42 м²

Запчасти для установки фильтров:

1. Фильтровальная ткань – 1 шт.
2. Ленты износа – 1 комплект

1. Ленты износа – 2 комплекта
2. Фильтровальная ткань – 1 шт.
3. Форсунки регенерации – 20 шт.
4. Поддерживающие ролики ленты – 1 шт.
5. Поддерживающие ролики фильтровальной ткани (d=126) – 1 шт.
6. Поддерживающие ролики фильтровальной ткани (d=180) – 1 шт.
7. Направляющий ролик фильтра (d=180) – 1 шт.
8. Подшипник роликов фильтровальной ткани – 7 шт.
9. Корпус подшипника ткани/ленты – 7 шт.
10. Трубопровод фильтра – 2 шт.
11. Сильфоны направления фильтровальной ткани – 1шт. (1 комплект)
12. Клиновый ремень двигателя — 1 комплект
13. Комплект уплотнений – 1 шт.
14. Концевой выключатель – 1шт.