Понятие процесса фильтрации

Содержание

1. Понятие и цель фильтрации……………………………………………………...……….…2
2. Виды фильтров, их особенности……………………………………...…..3
3. Основные факторы, влияющие на показатели работы вакуум-фильтров……………………………………………………………………8
4. Список литературы…………………………………………………….…10

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Фильтрация представляет собой процесс разделения твердой  и жидкой пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давления, создаваемым разрежением  воздуха или избыточным давлением.

Целью фильтрования может быть выделение твердого материала  или жидкости, в которой содержатся ценные компоненты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Процесс фильтрации

Фильтрующая перегородка, являющаяся важнейшей частью любого фильтра, может задерживать твердые  частицы либо своей поверхностью с образованием осадка, либо внутренней извилистой поверхностью микроканалов. Движущей силой процесса фильтрования является разность значений давления по обе стороны фильтровальной перегородки.

Жидкая фаза проходит через поры перегородки  и собирается в виде фильтрата, а  твердая задерживается на поверхности  в виде осадка – кека, который затем удаляется.  В кек содержится некоторое количество влаги(пленочная и часть капиллярной), а в фильтрате – в незначительном количестве твердые частицы, прошедшие через поры перегородки.

Различают фильтрование под вакуумом и под давлением (пресс-фильтрование). При фильтровании под вакуумом разность давлений ниже 0.1 МПа.

При фильтровании происходит последовательно набор  кека (собственно фильтрование) и его подсушка просасыванием или продуванием воздуха, в результате чего вытесняется часть капиллярной влаги. Если ценной является жидкая фаза, то для более полного выделения ее кек промывают (главным образом при гидрометаллургической переработке сырья). В этом случае кек можно подсушивать до и после промывки.

2. Виды фильтров, их особенности

На предприятиях черной и цветной металлургии  используются в основном следующие  классы фильтров:

1. Фильтры для очистки отходящих газов от пыли (обеспылевание, пылеочистка),
2. Фильтры для обезвоживания пульпы и фильтрации шламов,
3. Фильтры для очистки технологических жидкостей, растворов и сточных вод.

Фильтры очистки  отходящих газов (сухая пылевая  фильтрация) – это рукавные фильтры  и электрофильтры, предназначенные  для улавливания пылевых атмосферных  выбросов и защиты окружающей среды.

Спектр тканей и фильтровальных рукавов, поставляемых для этих производственных процессов, очень широк и включает в себя фильтроткани и рукава для низкотемпературной (до +150 °C) фильтрации, ткани для высокотемпературной фильтрации (очистка горячих газов с температурой на фильтре до +250..+300 °C), специализированные ткани с покрытиями и защитными пропитками.

Фильтры для  обезвоживания пульпы и фильтрации шламов - задачей такого процесса является получение как можно более  сухого осадка (кека - твердого остатка от фильтрации пульп, содержащий цветные металлы, включая драгоценные, получаемый в процессе выщелачивания руд, концентратов или промежуточных продуктов металлургического производства).

Фильтры для  очистки технологических жидкостей, растворов и сточных вод –  обеспечивают очистку жидкости от твердых  частиц, то есть задачей этого процесса является получение как можно  более чистой жидкости.

На российских металлургических предприятиях эксплуатируется  разнообразное фильтровальное оборудование.

Фильтрование  осуществляется на фильтрах. По способу  действия эти аппараты подразделяются на фильтры непрерывного и периодического действия. В зависимости от вида давления, создающего движущий напор, их делят на вакуум-фильтры и пресс-фильтры. По способу образования кека фильтрующие поверхности различают фильтры, работающие с просасыванием и под наливом.

Применение фильтрования для выделения осадка зависит  от размера частиц и характера их агрегации. Существуют сетчатые, волокнистые и зернистые фильтры.

Сетчатые фильтры  служат для задержания сравнительно грубых частиц. Их изготовляют из одного или нескольких слоев ткани или металлической сетки. Действие этих фильтров основано на механическом задерживании больших частиц, не проходящих через ячейки сетки, а также на инерционном осаждении частиц. Эффективность сетчатых фильтров заметно увеличивается по мере забивания их отфильтрованной дисперсной фазой, поскольку в результате образования на поверхности фильтра так называемого намывного слоя уменьшается диаметр отверстий. Поэтому иногда на тканевые фильтры перед их использованием наносят асбестовую пыль, особенно эффективную при фильтрации.

 Волокнистые фильтры делают из фильтровальной бумаги, специального картона и некоторых других волокнистых материалов. Вследствие значительного гидравлического сопротивления эти фильтры применяют лишь при небольших скоростях течения фильтрующегося раствора (суспензии). С целью повышения производительности волокнистых фильтров их часто изготавливают с «развернутой» (увеличенной) поверхностью. В зернистых фильтрах широко используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т.п.

Зернистые фильтры  изготавливают однослойными и многослойными.  Регенерация зернистых фильтров предусматривает промывку обратным потоком чистой воды или сжатым воздухом.

Фильтрование  под вакуумом применяется для  очистки маловязких жидкостей. Степень  очистки в вакуум-фильтрах не превышает, как правило, 80 %, но удельная производительность очистки наиболее высокая. Тонкость очистки в вакуум-фильтре определяется фильтрующими свойствами пористого  элемента (ткани, бумаги и др.). Конструктивных разновидностей вакуум-фильтров много, однако в обогатительной практике применяют в основном вакуум-фильтры непрерывного действия: барабанные разных типов, дисковые, ленточные и др.

2.1 Барабанный вакуум-фильтр

 С наружной фильтрующей поверхностью имеет барабан, с внешней стороны по всей длине разделенный на неглубокие ячейки, снаружи покрытые перфорированными решетками. Между ячейками имеются пазы. Внутренние полости ячеек соединены трубами с концевыми ячейковыми цапфами. По всей поверхности барабан обтянут тканью, сшитой в общее полотнище. Нижняя часть барабана погружена в ванну, на торцевых стенках которой крепят опорные подшипники цапф. В одной из торцевых стенок имеется переливное окно, через которое удаляется избыток загружаемой в ванну пульпы. Снизу на цилиндрической части корыта или в торцевых стенках имеются люки для выпуска пульпы при остановке аппарата. Вдоль длинных сторон корыта с одной стороны находится нож для съема кека.

Твердую фазу пульпы поддерживают во взвешенном состоянии  с помощью мешалки, размещенной  в ванне и приводимой в движение от электродвигателя через редуктор, эксцентрики и тяги.

К торцам ячейковых  цапф барабана примыкают распределительные  головки (фильтры небольших размеров имеют по одной цапфе и одной  головке). В головке имеются три  или четыре полости. Если фильтр предназначен для фильтрования с промывкой  кека, имеются две полости, находящиеся под разрежением: одна – для отвода маточного раствора, другая – для отвода промывных вод. В две, меньшие по размеру полости подается сжатый воздух. Если кек не промывается, перегородка между двумя первыми полостями может отсутствовать.

За один оборот барабана совершается полный цикл фильтрации. Каждая ячейка барабана после погружения в пульпу через окно цапфы совмещается  с находящейся под вакуумом полостью головки, происходят отсасывание жидкости и набор кека на ткани. После выхода ячейки из пульпы действие вакуума продолжается – кек подсушивается. Фильтрат, выделяющийся во время набора и подсушки кека, удаляется через вакуумное окно головки. При совмещении окна рассматриваемой ячейки с полостью головки, находящейся под давлением, происходят отдувка кека.

Барабанные фильтры  изготавливают в обычном исполнении – из углеродистой стали.

Конфигурация  фильтрующей поверхности барабанных фильтров позволяет не только промывать  кек, но  и монтировать приспособления для дополнительного удаления влаги из кека – устройства для заглаживания трещин, хлопуши, рыхлители в виде цилиндрических ершей, отжимные ролики  и вибраторы. Эти фильтры могут быть изготовлены с глубоким погружением барабана в пульпу и, наоборот, с малым погружением и с большой зоной подсушки.

Барабанные фильтры  по сравнению, например, с дисковыми более пригодны для обезвоживания труднофильтруемых продуктов, когда образуется относительно тонкий слой кека. Для рудных пульп верхним пределом крупности, ограничивающим применение барабанных фильтров, можно считать 65-70 % класса – 0.074мм. Для поддержания твердого во взвешанном состоянии при фильтровании относительно крупного материала иногда подают пульпу через днище ванны насосом.

Магнитные фильтры (с расположенными внутри их магнитными системами) предназначены для обезвоживания  магнетитовых концентратов.

Фильтры с намывным слоем предназначены для выделения  фильтрата высокой степени чистоты. На барабан поверх ткани намывают слой целлюлозы или других фильтрующих  материалов. Затем через этот слой фильтруется исходный продукт, как  правило, содержащий небольшое количество твердого. Намывной слой с застрявшими частицами твердого снимается ножом.

 

1 – барабан; 2 – перегородки; 3 – распределительная  головка; 4 – корыто; 5 – нож для  съема осадка; 6 — распределитель  воды для промывания осадка; 7, 8 — трубы для откачки соответственно  отфильтрованной жидкости и промывной  воды; 9 — труба для подачи сжатого  воздуха.

Рисунок 1 - Барабанный вакуум-фильтр непрерывного действия

2.2 Барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью

Представляет  собой барабан с глухой крышкой  на одном торце и с кольцевым  бортом на другом. Внутренняя поверхность  по длине разделена металлическими полосами на ячейки, каждая из которых  примыкает к распределительная головка. Отдельные ячейки закрыты перфорированными листами или в них уложены деревянные пластины с рифлениями на поверхности. Барабан снабжен двумя бандажами, опирающимися на ролики. Одной паре роликов передается вращение через редуктор от электродвигателя. Барабан наполняется пульпой до уровня кольцевого борта, через который переливается избыток пульпы. Таким образом, внутри фильтра создается бассейн из пульпы, дном которого является внутренняя поверхность барабана.

Нижние ячейки барабана, боковые и часть верхних (по ходу вращения) находятся под вакуумом. На нижних ячейках избирается кек, который затем подсушивается. При отдувке кек под действием силы тяжести падает в воронку и разгружается конвейером или шнеком. Для более полной разгрузки кека фильтр часто оборудуют пульсатором.

Фильтры с внутренней фильтрующей поверхностью применяют  для пульп, содержащих значительное количество быстро оседающей твердой  фазы, которую не удается удержать во взвешенном состоянии при перемешивании.

2.3 Дисковый вакуум-фильтр

Отличается развитой поверхностью фильтрования. Ею является боковые стороны дисков, набранных  из секторов, вставленных в пустотелый ячейковый вал и закрепленных длинными шпильками и накладками. Вал укреплен на цапфах. С торца  к валу с одной или двух сторон, как и у барабанного фильтра, прижаты распределительные головки. Двумя головками оборудованы  фильтры с шестью и более дисками.

Нижняя часть  дисков опущена в ванну, на одной  из которых имеется переливной порог, обеспечивающий постоянство уровня пульпы. Со стороны входа секторов в пульпу при вращении вала с дисками  ванна имеет форму карманов. На них с обеих сторон каждого  диска установлены ножи, которыми снимается оставшаяся после отдувки часть кека.

Рисунок 2 – Дисковый вакуум-фильтр

2.4 Аппарат  типа "фильтр-пресс"

Представляет собой ряд фильтрованных плит, размещенных горизонтально между верхней и нажимной плитами. Фильтровальная плита состоит из верхней и нижней рам: верхняя покрыта перфорированным листом и является камерой для отвода фильтрата, нижняя – при сжатии плит служит камерой фильтрации. Под днищем рамы закреплена эластичная диафрагма, которая при подаче на нее воды служит для отжатия влаги из кека.