WikiDer > Фильтр-пресс

An промышленный фильтр-пресс это инструмент, используемый в процессы разделения, в частности, для разделения твердых тел и жидкостей. Машина укладывает множество фильтрующих элементов и позволяет легко открывать фильтр для удаления отфильтрованных твердых частиц, а также обеспечивает легкую очистку или замену фильтрующего материала.

Фильтр-прессы не могут работать в непрерывном режиме, но могут обеспечивать очень высокую производительность, особенно когда требуется низкий уровень остаточной жидкости в твердом веществе. Помимо прочего, на мраморных фабриках используются фильтр-прессы для отделения воды от шлама с целью повторного использования воды в процессе резки мрамора.

Концепция технологии фильтр-прессов

Как правило, суспензия, которая будет отделена, впрыскивается в центр пресса, и каждая камера пресса заполняется.^[1] Оптимальное время заполнения гарантирует, что последняя камера пресса будет загружена до того, как грязь в первой камере начнет спекаться. По мере заполнения камер давление внутри системы будет увеличиваться из-за образования густого осадка.^[2] Затем жидкость фильтруется через фильтровальную ткань силой сжатого воздуха, но в некоторых случаях использование воды может быть более рентабельным, например, если бы вода была повторно использована из предыдущего процесса.

История

Первая форма фильтр-пресса была изобретена в объединенное Королевство в 1853 г., использованный при получении растительное масло за счет использования ячеек давления. Однако с ними было связано много недостатков, таких как высокая трудоемкость и прерывистый процесс. Основные разработки в технологии фильтр-прессов начались в середине 20 века. В Японии в 1958 г. Кеничиро Курита и Сейичи Сува удалось разработать первый в мире автоматический фильтр-пресс горизонтального типа для повышения эффективности удаления корки и поглощения влаги. Девять лет спустя Курита Компания начал разрабатывать гибкие диафрагмы для уменьшения влажности фильтровальных кеков. Устройство позволяет оптимизировать автоматический цикл фильтрации, прессование кека, выгрузку кека и промывку фильтровальной ткани, что открывает дополнительные возможности для различных промышленных применений.^[3] Подробный исторический обзор, относящийся ко времени, когда династия Шан использовала прессы для извлечения чай из камелия листья и масло с шиповника в 1600 г. до н.э., было составлено К. МакГрю.^[4]

Типы фильтр-прессов

Существует четыре основных типа фильтр-прессов: пластинчатые и рамные фильтр-прессы, плоские и рамные фильтр-прессы, мембранные фильтр-прессы и (полностью) автоматические фильтр-прессы.

Пластинчато-рамный фильтр-пресс

Пластинчато-рамный фильтр-пресс - это наиболее фундаментальная конструкция, которую можно назвать «мембранным пластинчатым фильтром». Этот тип фильтр-пресса состоит из множества чередующихся пластин и рам, собранных на опорах пары рельсов, с фильтрующими мембранами, вставленными между каждой парой пластин и рам.^[5]

• Пластины поддерживают фильтр мембраны под давлением и имеют узкие щели, позволяющие фильтрат протекать через мембрану в пластину, а затем выходить в систему сбора.
• Рамки представляют собой камеру между мембранами и пластинами, в которую суспензия перекачивается, и осадок на фильтре накапливается.

Пакет сжимается с достаточной силой для обеспечения непроницаемого для жидкости уплотнения между каждой пластиной и рамой, фильтрующая мембрана может иметь встроенное уплотнение по краю, или сам фильтрующий материал может действовать как прокладка при сжатии.

По мере того, как суспензия перекачивается через мембраны, фильтровальная корка накапливается и становится гуще. Сопротивление фильтра также увеличивается, и процесс останавливается, когда перепад давления достигает точки, при которой пластины считаются достаточно заполненными.

Чтобы удалить фильтровальную лепешку и очистить фильтры, стопку тарелок и рамок отделяют, и лепешка либо падает, либо соскребается с мембран и собирается в лоток ниже.^[6] Затем мембраны фильтра очищаются с использованием промывочной жидкости, и стопка повторно сжимается, чтобы начать следующий цикл.^[7]

Ранним примером этого является фильтр-пресс Dehne, разработанный компанией A L G Dehne (1832–1906) из Галле, Германия, и обычно использовался в конце 19 - начале 20 века для извлечения сахара из сахарная свекла и из сахарный тростник, а также для сушки рудных шламов. Его большим недостатком было трудозатраты на его эксплуатацию.^[8]

(Полностью) Автоматический фильтр-пресс

An автоматический фильтр-пресс имеет ту же концепцию, что и ручной фильтр и фильтр кадра, за исключением того, что весь процесс полностью автоматизированный.^[9] Он состоит из более крупных пластинчатых и рамных фильтр-прессов с механическими «переключателями пластин».^[3] Функция устройства сдвига пластин заключается в перемещении пластин и обеспечении быстрого удаления фильтрационных корок, скопившихся между пластинами. Он также содержит диафрагменный компрессор в фильтрующих пластинах, который помогает оптимизировать рабочие условия за счет дополнительной сушки фильтровальной корки.^[3]

Полностью автоматические фильтр-прессы обеспечивают высокую степень автоматизации и в то же время бесперебойную работу. Например, возможность одновременного открывания фильтровальной пластины помогает реализовать особенно быстрое удаление осадка, сокращая время цикла до минимума. Результатом стал высокоскоростной фильтр-пресс, который позволяет увеличить производительность на единицу площади фильтра. По этой причине эти машины используются в приложениях с продуктами с высокой степенью фильтрации, где требуются высокие скорости фильтрации. К ним относятся, например, концентраты и отходы добычи. Существуют разные системы для полностью автоматической работы. К ним относятся, например, устройства вибрации / встряхивания, версия зажима для разбрасывателя / ткань для разравнивания или скребковые устройства. Время автономной работы полностью автоматического фильтр-пресса составляет 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

Фильтр-пресс с утопленной пластиной

Фильтровальный пресс с утопленной пластиной не использует рамы, а вместо этого имеет углубление в каждой пластине с наклонными краями, в котором лежат фильтровальные ткани, фильтровальная лепешка накапливается в углублении непосредственно между двумя пластинами, и когда пластины разделены, наклонные кромки позволяют торт выпадать с минимальными усилиями.^[10] Чтобы упростить конструкцию и использование, пластины обычно имеют отверстие в центре, проходящее через фильтровальную ткань и вокруг которого она герметизирована, так что суспензия течет через центр каждой пластины вниз по стопке, а не внутрь от края каждой пластины. Несмотря на то, что этот метод легче чистить, у этого метода есть недостатки, такие как более длительное время смены ткани, невозможность приспособить фильтрующий материал, который не может соответствовать изогнутой выемке, такой как бумага, и возможность образования неравномерного осадка.^[11]

Мембранный фильтр-пресс

Мембранные фильтр-прессы имеют большое влияние на сухость твердого вещества за счет использования надувной мембраны в фильтрующих пластинах для сжатия оставшейся жидкости от фильтровальной корки перед открытием пластин. По сравнению с обычными процессами фильтрации, он обеспечивает самые низкие значения остаточной влажности в фильтрационной корке. Это делает мембранный фильтр-пресс мощной и широко используемой системой. В зависимости от степени обезвоживания можно добиться различного содержания сухого вещества (содержание сухого вещества - процентное содержание сухого материала в фильтровальной лепешке) в фильтровальной лепешке путем отжима мембранными пластинами. Диапазон достижимого содержания сухого вещества составляет от 30 до более 80 процентов. Преимущество мембранных фильтр-прессов заключается не только в чрезвычайно высокой степени обезвоживания; они также сокращают время цикла фильтрации в среднем более чем на 50 процентов, в зависимости от суспензии. Это приводит к сокращению цикла и времени выполнения работ, что ведет к увеличению производительности. Среда для накачивания мембраны состоит либо из сжатого воздуха, либо из жидкой среды (например, воды).

Приложения

Фильтр-прессы используются в самых разных областях, от обезвоживание минерала добыча полезных ископаемых суспензии для плазма крови очищение.^[7] В то же время, технология фильтр-прессов широко используется для сверхтонкого каменный уголь обезвоживание, а также восстановление фильтрата на углеобогатительных фабриках. По словам Г.Прата, «фильтр-пресс оказался наиболее эффективным и надежным методом, отвечающим сегодняшним требованиям».^[12] Одним из примеров является пластинчатый фильтр-пресс Pilot scale, который специализируется на обезвоживании угольных шламов. В 2013 году Общество горнодобывающей промышленности, металлургии и геологоразведки опубликовало статью, посвященную этому конкретному применению.^[13] Было упомянуто, что использование фильтр-пресса очень выгодно для работы завода, так как он предлагает обезвоживание ультрачистого угля в качестве продукта, а также улучшает качество удаляемой воды, которая может использоваться для очистки оборудования.^[14]

Другие промышленные применения автоматических мембранных фильтр-прессов включают обезвоживание осадка бытовых отходов,^[15] восстановление воды из готового бетона,^[16] извлечение металлического концентрата и крупномасштабное обезвоживание пруда летучей золы.^[17]

Многие специализированные приложения связаны с различными типами фильтр-прессов, которые в настоящее время используются в различных отраслях промышленности. Пластинчатый фильтр-пресс широко используется в засахаривание такие операции, как производство кленовый сироп в Канада, поскольку он предлагает очень высокую эффективность и надежность. По словам М.Иссельхардта, «внешний вид может повлиять на ценность кленового сиропа и восприятие качества потребителями».^[18] Это делает процесс фильтрации сырого сиропа чрезвычайно важным для получения желаемого продукта высокого качества и привлекательной формы, что еще раз свидетельствует о том, насколько высоко ценятся методы фильтр-пресса в промышленности.

Оценка важных характеристик

Вот некоторые типичные расчеты фильтр-пресса, используемые для операций по очистке сточных вод:

Скорость загрузки твердых частиц

S =^{(B x 8,34 фунта / галлон x с)}⁄_А
Где,

S - интенсивность нагружения вфунт час⁄футов2.  B - твердые биологические вещества вгал⁄час
s -% твердых веществ / 100.
A - площадь пластины в футах2.

Чистый выход фильтра

${displaystyle NFY = {frac {S imes P} {TCT}}}$

Где:

• NFY - чистый выход фильтра в кг / ч / м².
• S - скорость загрузки твердых частиц в кг / ч / м².
• P - период в часах.
• TCT - общее время цикла в часах.

(S × P) дает время работы фильтра.^[19]

Скорость потока фильтрата

${displaystyle u = {frac {1} {A}} {frac {dV} {dt}} = {frac {Delta P} {mu imes (R_ {c} + R_ {f})}}}$

Где:

• u - расход фильтрата через ткань и кек (м / с),
• dV / dt - объемная скорость фильтрации (м³/ с),
• р_c сопротивление фильтрационной корки (м-1),
• р_ж - начальное сопротивление фильтра (сопротивление начального слоя корки, фильтровальной ткани, пластины и канала) (м-1),
• μ - это вязкость фильтрата (Н · с / м²),
• ΔP - приложенный перепад давления (Н / м²) с одной стороны на другую сторону фильтрующего материала,
• A - площадь фильтрации (м²).

Это самые важные факторы, влияющие на скорость фильтрации. Когда фильтрат проходит через фильтровальную пластину, образуются отложения твердых частиц, которые увеличивают толщину корки, что также увеличивает Rc, в то время как Rf считается постоянным.^[20] Сопротивление потоку от корки и фильтрующей среды можно изучить, рассчитав скорость фильтрации через них.

Если скорость потока постоянна, можно получить соотношение между давлением и временем. Фильтрация должна осуществляться за счет увеличения разницы давлений, чтобы справиться с увеличением гидравлического сопротивления в результате закупоривания пор.^[20] На скорость фильтрации в основном влияет вязкость фильтрата, а также сопротивление фильтровальной пластины и корки.

Оптимальный временной цикл

Высокая скорость фильтрации может быть получена при получении тонкого осадка. Однако обычный фильтр-пресс представляет собой систему периодического действия, и процесс необходимо остановить, чтобы выгрузить фильтровальную лепешку и повторно собрать пресс, что отнимает много времени. Практически максимальная скорость фильтрации достигается, когда время фильтрации больше, чем время, необходимое для выгрузки осадка и повторной сборки пресса, чтобы обеспечить сопротивление ткани.^[20]Свойства фильтрационной корки влияют на скорость фильтрации, и желательно, чтобы размер частиц был как можно больше, чтобы предотвратить закупорку пор за счет использования коагулянт. Согласно экспериментальным данным, расход жидкости через фильтрующую среду пропорционален разности давлений.^[21] По мере образования корки давление в системе увеличивается, а скорость потока фильтрата уменьшается.^[11] Если требуется твердое вещество, чистоту твердого вещества можно повысить промывкой кека и сушкой на воздухе.^[22]Образец фильтрационной корки может быть взят из разных мест и взвешен для определения содержания влаги с использованием общего баланса материала.^[13]

Возможные эвристики, которые будут использоваться при разработке процесса

Выбор типа фильтр-пресса зависит от содержания жидкой или твердой фазы. Если требуется извлечение жидкой фазы, тогда фильтр-пресс является одним из наиболее подходящих методов.^[23]

Материалы

В настоящее время фильтрующие пластины изготавливают из полимеры или сталь с полимерным покрытием. Они обеспечивают хорошую дренажную поверхность для фильтровальной ткани. Размеры пластин варьируются от 10 на 10 см до 2,4 на 2,4 м и от 0,3 до 20 см по толщине каркаса.^[22]

Фильтрующая среда

Типичная площадь одежды может составлять от 1 м² или менее в лабораторном масштабе до 1000 м² в производственной среде, даже несмотря на то, что плиты могут обеспечивать фильтрующие площади до 2000 м². Обычно пластинчатый и рамный фильтр-пресс может формировать кек толщиной до 50 мм, однако в крайних случаях его можно увеличить до 200 мм. Пресс с утопленными пластинами может формировать торт толщиной до 32 мм.^[11]

В первые дни использования прессы в бытовых отходах биологические твердые вещества промышленности, проблемы с прилипанием кека к ткани были проблематичными, и многие очистные сооружения стали менее эффективными центрифуга или же ленточный фильтр прессовые технологии. С тех пор произошли значительные улучшения в качестве ткани и технологии производства, которые сделали эту проблему устаревшей.^[24] В отличие от США, технология автоматической мембранной фильтрации является наиболее распространенным методом обезвоживания твердых биологических отходов городских отходов в Азии. Влажность обычно на 10-15% ниже, и требуется меньше полимера, что позволяет сократить расходы на транспортировку и общие затраты на утилизацию.

Рабочее состояние

Рабочее давление для металла обычно составляет до 7 бар.^[22] Усовершенствование технологии позволяет удалять большое количество влаги при давлении 16 бар и работать при 30 бар.^[7] Однако для деревянных или пластиковых рам давление составляет 4-5 бар.^[22] Если концентрация твердых частиц в питающем баке увеличивается до тех пор, пока твердые частицы не прикрепятся друг к другу. В фильтр-пресс можно установить подвижные лопасти, чтобы уменьшить сопротивление потоку жидкости через шлам.^[25]Для процесса перед выгрузкой кека используется продувка воздухом для кеков с проницаемостью 10⁻¹¹ до 10⁻¹⁵ м².^[13]

Предварительная обработка

Предварительная обработка суспензий перед фильтрацией требуется, если твердая суспензия осела. Коагуляция в качестве предварительной обработки может улучшить производительность фильтр-пресса, поскольку она увеличивает пористость фильтрационной корки, что приводит к более быстрой фильтрации. Изменение температуры, концентрации и pH может контролировать размер хлопьев. Кроме того, если фильтровальная лепешка непроницаема и затруднена для потока фильтрата, в процесс предварительной обработки можно добавить химический вспомогательный фильтрующий агент, чтобы увеличить пористость лепешки, снизить сопротивление лепешки и получить более толстую лепешку. Однако вспомогательные фильтрующие вещества должны удаляться из фильтрационной корки путем физической или химической обработки. Обычным вспомогательным фильтрующим средством является кизельгур, который дает пористость 0,85.^[25]

Что касается обработки кека, то фильтр-прессу периодического действия требуется большой размер разгрузочной тарелки, чтобы удерживать большое количество кека, и система более дорогая по сравнению с фильтр-прессом непрерывного действия с той же производительностью.^[7]

Мойка

Используются два возможных метода стирки: «простая стирка» и «тщательная стирка». Для простой промывки промывочный раствор протекает по тому же каналу, что и суспензия, с высокой скоростью, вызывая эрозию кеков вблизи точки входа. Таким образом, сформированные каналы постоянно расширяются, и поэтому обычно получается неравномерная очистка. Лучшим способом является тщательная промывка, при которой промывочный раствор вводится через другой канал за фильтровальной тканью, называемый промывными пластинами. Он течет через всю толщу кека сначала в противоположном направлении, а затем в том же направлении, что и фильтрат. Промывной раствор обычно выводится через тот же канал, что и фильтрат. После мытья коржи можно легко удалить, подав сжатый воздух для удаления излишков жидкости.^[22]

Напрасно тратить

В настоящее время фильтр-прессы широко используются во многих отраслях промышленности, они также производят различные виды отходов. В кеках могут накапливаться вредные отходы, такие как токсичные химические вещества от красильной промышленности, а также патогенные микроорганизмы из потока отходов; следовательно, требования к обращению с этими отходами будут другими. Таким образом, перед сбросом потока отходов в окружающую среду важным этапом дезинфекции является последующая обработка. Это сделано для предотвращения рисков для здоровья местного населения и рабочих, которые имеют дело с отходами (фильтрующий кек), а также для предотвращения негативного воздействия на нашу экосистему. Поскольку фильтр-пресс будет производить большое количество отходов, если он будет утилизирован путем рекультивации земель, рекомендуется размещать его на территориях, которые резко изменились, например, в районах добычи полезных ископаемых, где развитие и закрепление растительности невозможно. Другой метод - сжигание, которое уничтожит органические загрязнители и уменьшит массу отходов. Обычно это делается в закрытом устройстве с использованием контролируемого пламени.^[6]

Преимущества и недостатки по сравнению с другими конкурентными методами

Было обсуждено много споров о том, достаточно ли фильтр-прессов для конкуренции с современным оборудованием в настоящее время, а также в будущем, поскольку фильтр-прессы были одними из самых старых машинных обезвоживающих устройств. Повышение эффективности возможно во многих сферах применения, где современные фильтр-прессы обладают наилучшими характеристиками для работы, однако, несмотря на то, что было сделано много механических улучшений, фильтр-прессы по-прежнему работают по той же концепции, что и при первом изобретении. Отсутствие прогресса в повышении эффективности, а также отсутствие исследований по решению связанных проблем, связанных с фильтр-прессами, указывают на возможность недостаточной производительности. В то же время многие другие типы фильтров могут выполнять ту же или лучшую работу, что и пресс-фильтры. В некоторых случаях очень важно сравнить характеристики и характеристики.^[26]

Фильтр-пресс периодического действия по сравнению с ленточным вакуумным фильтром непрерывного действия

Фильтр-прессы предлагают широкий спектр применения, одно из их основных преимуществ - это способность обеспечить большую площадь фильтрации при относительно небольшой занимаемой площади. Доступная площадь поверхности является одним из наиболее важных параметров в любом процессе фильтрации, поскольку она увеличивает скорость потока и производительность фильтра. Фильтр-пресс стандартного размера предлагает площадь фильтрации 216 м 2.², тогда как стандартный ленточный фильтр предлагает только около 15 м².^[26]

Суспензии с высоким содержанием твердых частиц: работа под постоянным давлением

Фильтр-прессы обычно используются для обезвоживания с высоким содержанием твердых взвесей в обработке металла растений, один из пресса-технологии фильтрации, которые могли бы доставить работу является Ротационным методом фильтра под давлением, что обеспечивает непрерывное производство в едином целом, где фильтрация направляются с помощью давления. Однако в случаях, когда концентрация твердых веществ в суспензиях с высоким содержанием твердых частиц слишком высока (50% +), лучше обрабатывать эти суспензии с помощью вакуумной фильтрации, такой как непрерывный индексирующий вакуумный ленточный фильтр, поскольку высокая концентрация твердых частиц в суспензиях будет увеличиваться. давление, а если давление слишком высокое, оборудование может быть повреждено и / или работать менее эффективно.^[26]

Текущее развитие

В будущем рыночный спрос на современную фильтрующую промышленность будет становиться все более тонкой и более высокой в ​​отношении разделения, особенно в целях рециркуляции материалов, энергосбережения и экологически чистых технологий. Чтобы удовлетворить растущие требования к более высокой степени обезвоживания из трудно фильтруемого материала, требуются фильтры сверхвысокого давления. Таким образом, тенденция к увеличению давления для автоматических фильтр-прессов будет развиваться и в будущем.

В обычных механизмах фильтр-пресса обычно используется механическое сжатие и воздух для удаления щелока; однако эффективность производства кека с низким содержанием влаги ограничена. Был предложен альтернативный метод обезвоживания кека с использованием пара вместо воздуха. Техника парового обезвоживания может быть конкурентоспособным методом, поскольку предлагает продукт в виде жмыха с низким содержанием влаги.^[27]

Викискладе есть медиафайлы по теме Фильтр-прессы.

Рекомендации