технол лек 1. Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов
 Скачать 11.39 Mb.
|
|
???????? ???????? ????????? ????????? ?? ???? ??? 1 2 3 9.3.1.3. Расчет отстойников При расчете отстойников определяют их производительность и требуемую поверхность осаждения, а по ней – линейные размеры отстойника заданной формы. Рассмотрим отстойник для суспензий (рис. по суспензии c ? G ? G G G G . (по твердой фазе Седиментируемая (исходная) суспензия подается раздельно в оба отделения, сгущенный материал откачивается только из нижнего отделения. Осветленная жидкость эвакуируется из верхней части каждого отделения отстойника. В представленном отстойнике давление столба более тяжелой суспензии уравновешивается давлением более высокого столба осветленной жидкости. Изменяя высоту последнего, можно регулировать высоту столба сгущаемой суспензии и распределение питания. Рис. 9.5. Двухъярусный отстойник – верхнее отделение 2 – нижнее отделение 3 – соединительная труба Если с – количество разделяемой суспензии (в кг/с) с концентрацией твердой фазы x 1 % мас. После разделения получили осадок в количестве ос кг/с с содержанием твердой фазы x 2 % мас. и осветленную жидкость вколи- честве ж кг/с. Малым содержанием твердых частиц, переходящих в осветленную жидкость, пренебрегаем. Тогда уравнения материального баланса запишутся в виде: Рис. 9.6. К расчету отстойника 1 7 Решая совместно эти уравнения, найдем количество осветленной жидкости ? = 2 1 c ? 1 x x G G кг/с. (Пусть в результате отстаивания в течение ? с суспензия разделяется на слой сгущенной суспензии (шлама) и слой осветленной жидкости высотой h м. При поверхности осаждениям объем полученной осветленной жидкости будет hF м. Отсюда объем осветленной жидкости, полученной в единицу времени, равен: ? = hF V мс. (Осаждаясь со скоростью w oc мс, твердые частицы проходят в 1 с путь, равный w о, аза с – путь w о. В тоже время этот путь равен h м. Таким образом, w о = Подставив значение h в выражение (9.18), получим мс. (Из уравнения (9.19) видно, что производительность отстойника пропорциональна поверхности осаждения и не зависит от высоты отстойника. Из этого уравнения находим необходимую поверхность отстаивания w V F = м Учитывая, что объем V осветленной жидкости при ее плотности ? ж кг/м 3 составляет ? ? ? = G V , получим o ? ? w G F ? = . (Количество суспензии, поступающей в отстойник, равно с кг/с, массовое содержание сухого вещества в ней составляет х долей. В результате отстаивания все сухое вещество переходит в осадок, масса которого равна разности количеств исходной суспензии и осветленной жидкости: G с – ж. (При подстановке значения ж (из уравнения 9.17) в уравнение) получим ? ? = 2 1 o ? c 1 x x w G F м. (Обозначив отношение массового содержания сухого вещества в суспензии и осадке ? = 2 1 x x , определим поверхность осаждениям При выводе формулы (9.24) не учитывался характер движения жидкости в отстойнике (возможность вихреобразований) и допускалось, что потоки равномерно распределяются по всей площади аппарата. Для нахождения необходимой поверхности отстаивания следует теоретическую поверхность, вычисленную по формуле (9.24), умножить на некоторый коэффициенту ч и ты в а ю щи й влияние неравномерности отстаивания , вихреобразований и других факторов на фактический процесс отстаивания. Ориентировочно этот коэффициент можно считать равным 1,3. Отсюда поверхность осаждения, или площадь поперечного сечения отстойника, определяют по уравнению 3 , 1 o ? c мВ формулах (9.24) и (9.25) величина w о представляет собой скорость свободного осаждения наименьших твердых частиц. При стесненном осаждении вместо w о подставляют w ст Высоту отстойника обычно не рассчитывают, а принимают равной ч м. Пример 9.2. Определить производительность, поверхность и диаметр непрерывнодействующего гребкового отстойника для осветления суспензии в количестве с = 20 000 кг/ч, концентрация твердой фазы суспензии х = 20 %, концентрация сгущенной суспензии х = 50 скорость осаждения суспензии w о = 0,5 м/ч, плотность жидкой фазы суспензии ? =1050 кг/м 3 Решение. Определяем производительность отстойника по твердой фазе G тв = 20 000•0,20 =4000 кг/ч. Производительность отстойника по сгущенной суспензии 5 , 0 4000 2 ?? ?? = = = x G G кг/ч. Соответственно производительность отстойника по осветленной жидкости такова: G ж = с – G сг = 20 000 – 8 000 = 12 000 кг/ч. Находим отношение содержания сухого вещества в суспензии и осадке 50 20 2 1 = = = ? x Определяем поверхность отстойника по формуле (9.25): ( ) 6 29 5 0 1050 4 0 1 20000 3 1 , , , , F = ? ? ? = м 2 , откуда диаметр отстойника 14 , 3 6 , 29 4 4 = ? = ? = F D м. Принимаем с запасом D = 7 м 1 7 4 9.3.2. Фильтрование. Общие сведения Фильтрованием называют процесс разделения суспензий при помощи пористой перегородки, пропускающей жидкость (фильтрат) и задерживающей взвешенные в ней твердые частицы. Различают следующие виды фильтрования) фильтрование с образованием слоя осадка на фильтровальной поверхности) сгущение – отделение твердой фазы от жидкости не в виде осадка, а в виде высококонцентрированной суспензии) осветление – фильтрование жидкостей с незначительным содержанием твердой фазы. Следует условно считать, что фильтрование с образованием осадка характеризуется содержанием в фильтруемой суспензии более 1% (объемного) твердой фазы, осветление – менее 0,1 Суспензии, имеющие ч % твердой фазы, перед фильтрованием желательно подвергать предварительному сгущению в отстойниках. Широкое распространение получили фильтрование с образованием осадка и фильтрация с забивкой пор (образовавшийся слой осадка является основной фильтрующей средой). Ф иль т ров ан и е собр азов ан и ем осадка чаще всего осуществляется при постоянном давлении вследствие того, что указанный режим прост в практическом отношении. Но при осуществлении процесса под постоянным давлением скорость фильтрации с увеличением толщины слоя осадка уменьшается. С целью поддержания постоянства скорости фильтрации следует увеличивать перепад давления на фильтре по мере протекания процесса. Иногда фильтрование осуществляют при постоянной скорости, например, в фильтр-прессах. В качестве фильтрующих материалов используют хлопчатобумажные ткани (бязь, бельтинг, миткаль и диагональ), искусственные (нейлон, капрон) и шерстяные. Иногда применяют плетеные и штампованные металлические сетки, песок, гравий и пористые керамические стеклянные материалы. В качестве вспомогательных материалов при фильтрации используют асбест, лигнин, активированный уголь, диатомит и др. Указанные материалы, накапливаясь на фильтрующей перегородке, задерживают мельчайшие частицы осадка, а отдельные из них (активированный уголь) адсорбируют на своей поверхности красящие вещества. Получаемые при фильтрации осадки подразделяются на сжимаемые, размер пор которых уменьшается с повышением давления, и несжимаемые, размер пори форма частиц которых практически не меняются с изменением давления 1 7 5 9.3.2.2. Теория фильтрации Скорость фильтрования Главной задачей фильтрации является определение скорости фильтрации в зависимости от структуры и величины слоя осадка, характера фильтрующей перегородки, вязкости, фильтруемой жидкости и разности давлений по обе стороны перегородки. Можно считать, что фильтрование протекает в ламинарной области. При таких условиях скорость фильтрации в каждый данный момент прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна вязкости жидкости и общему гидравлическому сопротивлению слоя осадка и фильтрующей перегородки. Поскольку в процессе фильтрования разность давлений и гидравлическое сопротивление слоя осадка в течение времени изменяются, переменную скорость фильтрования (м/с) выражают в дифференциальной форме dV w = . (Согласно вышеизложенному, основное дифференциальное уравнение фильтрования имеет вид dV µ ? ? , (где V – объем фильтратам поверхность фильтрования, м – время фильтрования, с – разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки, Нм – динамическая вязкость, Па•с; R ос – сопротивление слоя осадкам 1Rф.п – сопротивление фильтровальной перегородки, мВ процессе фильтрования R ф.п можно считать приблизительно постоянной. Величина ос с увеличением толщины слоя осадка изменяется от нуля до максимального значения в конце фильтрования. Принимаем пропорциональность объемов осадка и фильтрата и обозначим отношение объема осадка к объему фильтрата через х. Тогда объем осадка будет равен х. С другой стороны, объем осадка можно выразить произведением h ос, где h ос – высота слоя осадкам. Получим равенство х = h ос . (Из (9.28) толщина слоя осадка составит h 0 oc = . (Сопротивление слоя осадка можно записать в виде равенства 1 7 6 F V x r r h R 0 oc oc oc oc = = , (где r ос – удельное объемное сопротивление слоя осадкам Из равенства (9.30) следует, что величина r ос характеризует сопротивление, которое оказывает потоку жидкости равномерный слой осадка толщиной 1 м. Подставим в уравнение (9.27) значение ос из равенства (9.30): W R F V x r P d F dV = ? ? ? ? ? ? + ? µ ? = ? ? ?.? 0 oc . (Для перехода объемных единиц к массовым достаточно в уравнении (9.31) заменить r ос хна в х в r P d F dV = ? ? ? ? ? ? + ? ? = ? ?.? ? ? µ ? , (где х в – отношение массы твердых частиц осадка к объему фильтрата в – удельное массовое сопротивление осадка, те. сопротивление, оказываемое потоку жидкости слоем твердых частиц на фильтровальной перегородке в количестве 1 кг/м 2 Если пренебречь сопротивлением фильтровальной перегородки (R ф.п = 0), то с учетом равенства (9.29) из уравнения) получим oc oc = µ ? . (При 1 1 2 ? ? ? = = µ ? Пас, h ос = 1 мим величина ос = ?P. (Следовательно, удельное сопротивление осадка численно равно разности давлений, которая необходима для того, чтобы жидкая фаза с вязкостью фильтровалась со скоростью 1 мс через слой осадка толщиной 1 м. Для сильно сжимаемых осадков значение r ос достигает 10 12 ми более. В начале процесса фильтрования, когда на фильтровальной перегородке еще не образовался слой осадка V = 0, из уравнения) получим. (При и W = 1 мс получим R ф.п = ?P. (Следовательно, сопротивление фильтровальной перегородки численно равно разности давлений, которая необходима для того, чтобы жидкая фаза с вязкостью проходила через фильтровальную перегородку со скоростью 1 мс. Для некоторых фильтровальных перегородок величина R ф.п имеет порядок 10 10 м 1 7 Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений В уравнении (9.31) при ?P = const и постоянной температуре фильтрования для фильтра определенной конструкции и выбранной фильтровальной перегородки все величины, кроме V и ?, постоянны. Перепишем это уравнение так dV R F V x Проинтегрируем это уравнение в пределах от 0 дои от 0 до ?: ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? + 0 0 ?.? 0 ?? ? µ PFd dV R F V x r V , (после интегрирования получим 0 ?? PF V R F V x Разделив обе части последнего уравнения на F x r 2 µ 0 oc , получим 2 0 ?? 2 0 ?? ?.? 2 ? ? ? ? = ? ? ? + x r F P V x r F R V . (Уравнение (9.38) показывает зависимость продолжительности фильтрования от объема фильтрата. Решение уравнения (относительно V дает зависимость объема фильтрования от продолжительности фильтрования. Это уравнение применимо к несжимаемыми сжимаемым осадкам, так как при ?P = const величины r оси х также постоянны. Из уравнения (9.31) видно, что при ?P = const по мере увеличения объема фильтрата V, а следовательно, и продолжительности фильтрования скорость фильтрования уменьшается. Уравнение фильтрования при постоянной скорости процесса При постоянной скорости фильтрования производная равна отношению конечных величин V/ ?. Тогда уравнение (решенное относительно ?P, имеет вид 2 0 ?? F V R F V x r P + = ? . (Учитывая, что постоянная скорость фильтрования ? F V W = , приумножении и делении первого слагаемого правой части уравнения) на ? получим = µ r ос х ? + µ R ф.п W. (Из уравнения (9.40) видно, что при W = const разность давлений возрастает с увеличением продолжительности фильтрования 1 7 Это уравнение применимо к несжимаемым осадкам. Если уравнение использовать для сжимаемых осадков, то необходимо учесть зависимость удельного сопротивления осадка r ос от разности давлений. Уравнение фильтрования при постоянных разности давлений и скорости Такой вид фильтрования будет в случае, если чистая жидкость будет фильтроваться при постоянной разности давлений. Такие условия справедливы при промывке осадка способом вытеснения, когда над осадком находится слой промывной жидкости. Для указанного случая при ?P = const и ? = ? V d dV с учетом уравнения (9.30) определим объем фильтрата oc R h r PF V + ? = . (Это уравнение позволяет определить объем фильтрата в зависимости от продолжительности фильтрования чистой жидкости, в частности при промывке. Так как в уравнении (9.41) ?P = const, то оно справедливо для сжимаемых и несжимаемых осадков. Определение постоянных в уравнениях фильтрации Под постоянными в уравнениях фильтрации (9.38), (9.40) и) понимают отношение объема осадка к объему фильтратах удельное объемное сопротивление осадка r оси сопротивление фильтровальной перегородки R ф.п . Для осадков, встречающихся в химико-фармацевтических производствах и состоящих, как правило, из частиц размером менее 100 мкм, эти величины определяют экспериментально. Приведем один из способов определения опытным путем указанных величин в уравнении фильтрования при постоянной разности давлений (9.38), характеризующейся большой точностью получаемых результатов. Для этого приведем уравнение (9.38) к виду + = ? V V , (9.41 а) где 2 0 oc 2 µ A PF x r ? = , (9.41 б . (9.41 в) При постоянной температуре и разности давлений все величины, входящие в правые части равенств (9.41 б) и (9.41 в), постоянны. Следовательно, значения Аи Б также постоянны, и уравнение (9.41 а) является уравнением прямой линии, наклоненной 1 7 9 A = tg V, ? /V , c/ ? A 3 3 ? ? ? 0 Устройство фильтров Классификация фильтров По технологическому назначению промышленные фильтры делятся на фильтры для очистки жидкостей и для очистки газов, по режиму работы – на фильтры периодического и непрерывного действий, а по величине рабочего давления – на вакуум-фильтры и фильтры, работающие под давлением. Фильтры периодического действия Песочные фильтры применяют в случаях, когда содержание твердой фазы в суспензии невелико и образующийся осадок к горизонтальной оси под углом, тангенс которого равен Аи отсекающей на оси ординат отрезок Б. Для построения указанной прямой в координатах V– ?/V наносят ряд точек на основании измеренных в опыте и соответствующих одно другому значений V ирис а). Затем по графику определяют величины Аи Б. После этого из равенств (9.41 б) ив) вычисляют оси R ф.п . При этом величину х определяют в результате непосредственного измерения объемов осадка и фильтрата. Рис. 9.7. К определению удельного сопротивления осадка и сопротивления фильтровальной перегородки неценен. Их применяют для фильтрации воды и других суспензий. Песочный фильтр (рис. 9.8) состоит из цилиндрического корпуса, в котором между металлическими сетками 1 и имеются два слоя песка (крупного и мелкого, разделенные суконной или фланелевой прокладкой. Ткань укладывают на нижнюю сетку, чтобы песок не попадал в фильтрат, и на верхнюю сетку, чтобы предотвратить быстрое загрязнение песка. Фильтрацию осуществляют под давлением ч бар. По мере загрязнения песка его периодически промывают водой против тока фильтрата. Рис 9.8. Песочный фильтр, 2 – сетки 3 – мелкий песок – фланель 5 – крупный песок 6 – вход суспензии – вата – воздушник; 9 – труба отвода фильтрата 1 8 Керамические фильтры. Роль фильтрующих перегородок в них выполняют пористые керамические или стеклянные плитки, поэтому их часто называют патронами. Используются плитки диаметром 175 мм, толщиной 20 мм и размером пор до 40 мкм. Указанные плитки изготавливают из кристаллов стекла, шамота %) и бентонита (25 %) с последующим обжигом при 1300 С 2 3 4 5 Патронные фильтры применяются в микробиологической промышленности для освобождения концентрата от взвешенных Рис. 9.9. Четырехплиточный керамический фильтр – корпус 2 – крестовина – керамическая плитка 4 – вход суспензии 5 – выход фильтрата – труба отвода осадка На рис. 9.9 показан керамический фильтр, применяемый для фильтрации инъекционных растворов. Фильтр представляет собой плотно закрываемый цилиндрический корпус 1, внутрь которого вставлена крестовина В открытые торцевые стенки крестовины вставлены керамические плитки 3. Раствор поддав- лением через патрубок 4 поступает в корпус, проходит через плитки во внутреннюю полость крестовины и выходит из нее через патрубок Регенерируют керамические плитки промывкой их водой под давлением 1 ч1,5 бар в обратном направлении движению фильтрата. Рис. 9.10. Патронный фильтр – решетка 2 – корпус – патрубок подачи раствора – отвод остатка 5 – патрубок выхода чистой воды – воздушник частиц и микроорганизмов. Элемент подобного фильтра изготавливают из пористой керамики или прессованного кизельгура в виде патронов диаметром 50 мм, высотой 270 мм и толщиной стенки ч мм. Пористость патрона – ч %. Элементы закрепляют в отверстиях решетки рис, установленной в корпусе Очищаемый раствор под давлением ч бар подается в нижнюю часть корпуса, поступает через капилляры во внутреннюю часть элемента, а затем выливается из него в верхнюю часть фильтра и эвакуируется через патрубок 5 за пределы установки. Листовой диатомитовый фильтр. В настоящее время широкое распространение получила фильтрация раствора глюкозы, сарахных сиропов и 1 8 других жидких продуктов через диатомитовый порошок. Схема листового диатомитового фильтра представлена на рис. 9.11. 1 2 3 4 8 6 7 В цилиндрический корпус 1 вставлены легкие сетчатые рамки 2. Контур рамки изготовлен из изогнутoй трубки 3 с отверстиями, полость внутри контура образуется двумя плотными сетками 4. Каждая рамка соединена с коллектором 5, установленным у основания корпуса, который на время фильтрации закрывают крышкой Суспензия после смешения с диатомитовым порошком под давлением поступает внутрь корпуса порошок образует на поверхности сеток фильтрующий слой, сквозь который раствор проходит во внутренние полости рамок затем через контурную трубку и коллектор фильтрат выводится. В качестве диатомитового фильтра может быть использован фильтр- пресс любой конструкции, имеющий салфетки из хлопчатобумажной ткани, из плотной проволочной сетки или из бумажной массы. В ер тикал ь н ы й мешочный фильтр представлен на рис. 9.12. В вертикальном корпусе 1 установлены фильтровальные элементы 2, состоящие из каркаса в виде рифленой прямоугольной пластины, окаймленной трубчатой рамой. Каркас обтянут снаружи фильтровальной тканью. Фильтрат отводится через верхнюю часть каждой рамы, которая соединена с общим коллектором 3, расположенным внутри фильтра. Осадок удаляется сжатым воздухом через патрубок 4 в коническом днище корпуса. Фильтр работает под избыточным давлением до 4 атм аппарат герметичен и не имеет движущихся частей. Мешочные фильтры, работающие под давлением, имеют следующие преимущества перед фильтр-прессами: промывка осадка при меньшем количестве воды; Рис. 9.11. Листовой диатоми- товый фильтр – корпус 2 – рамки 3 – трубка – сетка 5 – коллектор – крышка 7 – патрубок входа продукта с диатомитовым порошком 8 – выход фильтрата Рис. 9.12. Вертикальный мешочный фильтр – корпус 2 – фильтровальные элементы 3 – коллектор для отвода фильтрата 4 патрубок для выгрузки осадкам алый износ ткани легкость обслуживания высокая производительность на единицу фильтровальной поверхности ввиду более быстрой сборки фильтра, промывки и выгрузки осадка. Недостатки указанных фильтров сложность в изготовлении и более высокая стоимость трудность контроля конечной толщины слоя осадка на элементах недостаточное перемешивание суспензии; более сложная замена ткани осадок неравномерно отлагается при высокой концентрации твердой фазы в суспензии. Нутч-фильтры бывают 1) открытые, работающие при разряжении 2) закрытые, работающие под избыточным давлением до ? 4 атм (друк-фильтры). ней. По завершении фильтрации осадок сверху вручную промывают и удаляют из фильтра. Достоинства открытого нутч-фильтра: возможность тщательной промывки осадка легкость защиты от коррозии; простота и надежность конструкции. Рис. Открытый нутч-фильтр: 1–корпус; 2 – фильтровальная перегородка Открытый нутч-фильтр (рис) состоит из прямоугольного или цилиндрического корпуса 1 и фильтровальной перегородки размещенной на некотором расстоянии от днища. Перегородка состоит из пористых керамических плиток или ткани, уложенной на решетку. После заполнения фильтра суспензией и включения разряжения фильтрат проходит через перегородку, а осадок задерживается на Недостатки : малая скорость фильтрации громоздкость. В закрытом нутч-фильтре (друк- фильтре, приведенном на рис. фильтрование осуществляется под давлением сжатого воздуха или инертного газа. Осадок выгружают через откидное днище или через боковой люк Преимущества закрытых нутч- фильтров большая скорость фильтрации, возможность отделения труднофильтруемых осадков пригодность для разделения суспензий, выделяющих огнеопасные или токсичные пары. Н ед остатком указанных фильтров является ограниченная Рис. 9.14. Закрытый нутч-фильтр (друк-фильтр): 1 – корпус 2 – фильтровальная перегородка 3 – люк 1 8 производительность из-за невозможности изготовления их с большой фильтрующей поверхностью, так как аппараты работают под избыточным давлением. Фильтры непрерывного действия Многие фильтры периодического действия считаются высокоэффективными установками, нона удаление осадка и перезарядку их требуется много труда и времени. Указанные недостатки отсутствуют у фильтров непрерывного действия, в последних осадок эвакуируется непрерывно по мере его накопления. Подобные фильтры могут работать без остановки длительное время. Фильтры непрерывного действия чаще всего применяют для фильтрации концентрированных суспензий (с содержанием твердой фазы ч %), ибо для успешной их работы необходимо быстрое накопление слоя осадка. Кольцевое пространство между наружными внутренним цилиндрами разделено продольными ребрами на секции 5. При помощи труб 6, подведенных в полые цапфы, секции сообщаются с каналами распределительных головок, которые предназначены для последовательного сообщения секции со всеми зонами фильтрации. Устройство распределительной головки представлено на рис. 9.16. В головке имеются прикрепленный к барабану подвижный диски неподвижный диск 2. Отверстия в подвижном диске через вмонтированные в него трубы сообщаются с секциями барабана каналы в неподвижном диске сообщаются с соответствующими патрубками 4 для отвода фильтрата, 5 — для отвода промывных вод, 6 — для подвода сжатого воздуха в зоны отдувки осадка и очистки ткани. Рабочие Барабанный вакуум-фильтр. Основной деталью этого фильтра (рис. 9.15) является барабан установленный при помощи полых цапф в подшипниках над корытом 2 с суспензией так, что примерно на 35 % поверхность барабана погружена в фильтруемую суспензию. Для предотвращения осаждения твердых частиц в корыте имеется качающаяся мешалка Барабан фильтра состоит из двух цилиндров – внутреннего сплошного и внешнего перфорированного, обтянутого фильтрующей тканью 4. Барабан вращается со скоростью ч об/мин. Рис. 9.15. Схема барабанного вакуум- фильтра – барабан 2 – корыто 3 – мешалка – фильтрующая ткань 5 – секция – труба 7 – форсунки 8 – нож 1 8 поверхности подвижного и неподвижного дисков распределительной головки тщательно пришлифованы, и это позволяет поддерживать определенный режим работы. Например, вакуум в зоне фильтрации в пределах ч бара ив зоне промывки — ч бара, а избыточное давление сжатого воздуха в зоне отдувки – ч бар. Каждое отверстие подвижного диска при вращении последовательно сообщается с каналами неподвижного диска, ив каждой секции за один оборот барабана осуществляются все стадии процесса (см. рис. 9.15); в зоне I происходит фильтрация суспензии через ткань и отложение осадка на ткани, в зоне II — просушка осадка благодаря тому, что засасываемый в секции воздух увлекает с собой влагу из осадка, в зоне III — промывка осадка путем paзбpызгивания воды из форсунок 7, в зоне IV внутрь секции подается сжатый воздух и происходит отдувка, а затем — снятие осадка. Толщина слоя осадка на фильтрующей ткани обычно составляет ч мм. Для снятия осадка служит нож 8. Барабанные вакуум-фильтры изготавливают с поверхностью фильтрации 5, 10, 20 и 40 м 2 Рис. 9.16. Схема распределительной головки – подвижный диск 2 – неподвижный диск 3 – труба 4 – патрубок выхода фильтрата 5 – патрубок выхода промывных вод 6 – патрубок подвода сжатого воздуха Ленточный вакуум-фильтр (рис. 9.17) имеет фильтрующую ткань 1, изготовленную в виде бесконечной хлопчатобумажной ленты, Рис. 9.17. Схема ленточного вакуум-фильтра: 1 – фильтрующая ткань 2 и 6 – ролики – барабан 4 – резиновая лента – вакуум-камера; 7 – форсунки надетой на ролики 2 и барабаны. Ткань скользит по поверхности перфорированной резиновой ленты 4, надетой нате же барабаны. Ва- куум-камеры 5 предназначены для приема фильтрата и промывных вод. Осадок снимается с ленты вместе перегиба ее у ролика 6; при дальнейшем движении лента промывается водой, поступающей из форсунок 7, после чего просушивается. 1 8 Схема фильтропресса автоматического камерного (ФПАК) приведена на рис. Фильтропресс состоит из набора на роликах 4, приводимых во вращение от общего привода. Рабочая плита имеет конусное днище 1 (рис. 9.19) и нижнее щелевидное днище 2, которые образуют камеру 5, в нее через трубки 4 поступает суспензия, а также промывочная вода и воздух. Таким образом, камеры 3 и 5 разделяются конусным днищем плиты. Рис. 9.19. Схема работы камеры ФПАК: 1 – конусное днище 2 – щелевидное днище 3 – камера 4 – трубки – камера 6 – трубка отвода фильтра 7 – пустотелый шланг – нижняя рамка 9 – лента фильтровальная В камере 3 имеется трубка 6, через которую отводится фильтрат. Суспензия, промывные воды и воздух поступают в камеру 5 через отдельные вентили и трубку Трубки 4 (рис. 9.19) при помощи шлангов 9 (рис. 9.18) связаны с коллектором суспензии 10. Подобным образом трубки 6 (рис. горизонтально расположенных рабочих плит 1, зажатых между верхней и нижней неподвижными упорными плитами, соединенными между собой четырьмя стойками. Промежуточные плиты находятся одна над другой на некотором расстоянии (ч см), определяемым специальным винтовым устройством. Рабочая плита состоит в своей верхней части из рамки, закрытой щелевидным днищем, на котором лежит фильтровальная ткань 3, представляющая собой бесконечную ленту, проходящую последовательно между всеми плитами. Лента перемещается Рис.9.18. Схема фильтропресса автоматического камерного (ФПАК): 1 – рабочие плиты 2 – упорные плиты – фильтровальная ткань 4 – ролики, 6 – ножи 7 – камера регенерации – отжимные ролики 9 – шланги – коллектор суспензии 11 – коллектор фильтрата 12 – шланги 1 8 6 9.19) при помощи шлангов 12 (рис. 9.18) связаны с коллектором для выхода фильтрата. По контуру нижней поверхности каждой рамки имеется желоб, в который укладывается пустотелый шланг 7 из мягкой резины. Под действием подаваемой в него под давлением воды шланг расширяется и упирается в верхнюю поверхность нижней рамки, фильтровальную ленту 9 и герметизирует пространство между плитами, образуя закрытую камеру (рис. 9.19). Лента натягивается установленным на верхней зажимной плите натяжным приспособлением, состоящим из двух гидравлических цилиндров, на которых закреплена каретка с рамками. На этой же плите устанавливаются блоки гидравлических золотников автоматического управления клапанами. Фильтровальная лента, выходящая из межплиточного пространства с налипшим на нее осадком, очищается от основной массы последнего ножами 5 ирис. Лента, выходящая из последней плиты, поступает в камеру регенерации 7, в которой промывается водой, очищается ножами и проходит через отжимные ролики 8, после чего снова поступает между двумя верхними плитами. Фильтр-пресс работает следующим образом. Вода под давлением ч атм подается в уплотнение, шланг изменяет свою форму и между плитами образуются герметически закрытые камеры. Затем в фильтр-пресс через коллектор 10 под давлением подается суспензия, которая фильтруется через фильтровальную ткань 3, лежащую на щелевидных ситах камер (рис. Фильтрат поступает в пространство между верхними нижним днищами плит, откуда направляется в сливной коллектора осадок скапливается на ленте. Подобным образом происходит и промывание осадка, причем промывная жидкость поступает в тот же коллектор слива, который имеет разделительный клапан для раздельного слива фильтрата и промывных вод. Осадок просушивается воздухом. По окончании фильтрации вода из шланга выпускается (он принимает первоначальный вид, освобождая ленту) и автоматически включается механизм привода роликов. Фильтровальная лента протягивается между роликами. При этом основная масса осадка снимается с ленты ножами 5 и После этого фильтровальная лента поступает в камеру регенерации, из которой снова подается в межплиточное пространство. Украинским научно-исследовательским институтом химического машиностроения (УкрНИИХИММАШем) был разработан нормальный ряд фильтров этого типа (для суспензий с концентрацией твердой фазы – ч гл. Фильтры ряда имеют площадь фильтрации 2,5; 5; 10; 15; 25; 50 м. Расстояние между плитами у всех фильтров – 30 мм. Для фармацевтических производств фильтры изготавливаются в кислотостойком 1 8 исполнении. Такой фильтр с хорошими экономическими и технологическими характеристиками успешно работает в производстве субстанции плантаглюцида из листа подорожника. Выбор фильтров При выборе фильтра следует учитывать следующие факторы) цель процесса фильтрования – получение только ценного осадка или только фильтрата, или одновременное получение как осадка, так и фильтрата для дальнейшего использования 2) свойства суспензии и осадка 3) прочие условия процесса – масштабы производства, удобство в обслуживании, стоимость установки, эксплуатационные расходы и др. Фильтры непрерывного действия работают при коротких циклах фильтрования с автоматической промывкой и разгрузкой осадка. Ввиду быстрой и непрерывной смены отдельных операций скорость фильтрования в указанных фильтрах гораздо больше, чем в фильтрах периодического действия. Однако преимущества фильтров непрерывного действия могут быть использованы в полной мере лишь при постоянном составе фильтруемой суспензии и сравнительно крупномасштабном производстве. Фильтры периодического действия работают при длинных циклах фильтрования, ибо частое повторение вспомогательных операций (выгрузка фильтра, загрузка) резко снижает их производительность. Но периодически работающие фильтры сохраняют свое значение для малых производств особенно при разнообразном ассортименте продукции, когда необходимо частое изменение режима фильтрования, а также для отделения труднофильтруемых осадков. Таким образом, наиболее эффективны фильтры непрерывного действия, несмотря на их сложность и высокую стоимость. Следует сказать, что очень важное значение имеет легкость в обслуживании указанных фильтров. Одной из самых универсальных и простых конструкций фильтров периодического действия является фильтр-пресс. Фильтр-прессы весьма пригодны для разделения небольших количеств разнообразных суспензий в тех случаях, когда требуется получить хорошо обезвоженный осадок. Еще более просты, но громоздки открытые нутч-фильтры, применяемые для отделения жидкости от кристаллических веществ при необходимости тщательной промывки осадка, а также для фильтрования сильно агрессивных жидкостей (фильтры с керамической перегородкой. Применение закрытых нутч-фильтров ограничено ввиду их небольшой фильтрующей поверхности. Мешочные фильтры, работающие под давлением, применяются чаще всего для отделения ценного фильтрата (осадок смывается водой) и малоэффективны для получения сухих, хорошо обезвоженных осадков 1 8 Патронные фильтры имеют более прочные фильтровальные перегородки в отличие от тканевых. Они применяются также для сгущения и осветления жидкостей. Из фильтров непрерывного действия наиболее универсальными считаются барабанные вакуум-фильтры, пригодные для одновременного получения хорошо промытого и высушенного осадка и концентрированного фильтрата. Ленточные фильтры непрерывного действия сочетают положительные качества нутч-фильтров с непрерывностью действия. На них достигается четкое разделение осадка и фильтрата и возможно разделение медленнофильтрующихся суспензий малой концентрации. Барабанные и дисковые фильтры, работающие под давлением, применяются для разделения труднофильтруемых суспензий и отделения твердой фазы от летучих жидкостей. Однако вследствие высокой стоимости применение их ограничено. Расчет фильтров Теоретический расчет осуществляется с целью определения необходимой поверхности фильтрации. Процесс фильтрации производится циклами. Цикл состоит из собственно фильтрования, промывки осадка и вспомогательных операций (выгрузка осадка, подготовка фильтра к следующему циклу и др.). Длительность цикла фильтрования составляет: Т = ? + пр + в с, (где ?, пр, в – продолжительность собственно фильтрования, промывки осадка и вспомогательных операций. Если поверхность фильтрам, а удельная производительность его — q мм, то количество фильтрата, полученное за один цикл, составит Fq м, а производительность фильтра за час равна м 3 /ч. Отсюда необходимая поверхность фильтра будет такой м . (Продолжительность полного цикла фильтрации для непрерывно работающих фильтров определяется по уравнению m m T + ? + ? = с, (где m, m фи пр – общее число секций, число секций в зоне фильтрования и промывки. Значения m, m ф, m пр задаются по их конструктивным данным. Для барабанного фильтра по продолжительности собственно фильтрования ? определяют степень погружения барабана в суспензию 1 8 9 T ? = ? |