Ленточный фильтр (иногда называемый ленточным пресс-фильтром или ленточным фильтр-прессом ) — это промышленная машина , используемая для процессов разделения твердой и жидкой фаз, в частности, для обезвоживания шламов в химической промышленности , горнодобывающей промышленности и водоподготовке . Ленточные фильтр-прессы также используются в производстве яблочного сока, сидра и виноделии. [1] Процесс фильтрации в основном достигается путем пропускания пары фильтрующих полотен и лент через систему роликов. Система принимает шлам или суспензию в качестве сырья и разделяет его на фильтрат и твердый осадок.
.jpg/1280px-Miratorg-Concordia_(06).jpg)
Ленточный фильтр в основном используется для обезвоживания [2] шлама и пульпы, а также для извлечения сока из яблок, груш и других фруктов, а также винограда для виноделия и т. д. Ленточные фильтры используются как в муниципальных, так и в промышленных целях в различных областях, включая городскую канализацию и очистку сточных вод , металлургию и горнодобывающую промышленность, сталелитейные заводы, угольные заводы, пивоваренные заводы, красильные, кожевенные заводы, а также химические и бумажные фабрики. [3]
Применение ленточного фильтра ограничивается только шламами, пульпой или пюре из фруктов, которые он может перерабатывать. Шламы от муниципального использования включают сырые, анаэробно и аэробно переваренные шламы, шлам квасцов, шлам от смягчения извести и ил речной воды. [4] В промышленности любой шлам или пульпа получают из отходов пищевой промышленности, целлюлозно-бумажных отходов, химических шламов, фармацевтических отходов, шламов переработки промышленных отходов и нефтехимических отходов. [4] Эти отходы могут включать смешанный шлам, минеральный шлам, пылевой осадок, выбранный шлам промывки угля, биологический шлам, первичный шлам и солому, древесную или бумажную массу. [3]
Некоторые цели обезвоживания включают в себя уменьшение объема для снижения затрат на транспортировку и хранение, удаление жидкостей перед захоронением на свалке, снижение потребности в топливе перед дальнейшей сушкой или сжиганием, производство адекватного материала для компостирования, предотвращение стока и скопления при использовании для внесения в почву и оптимизацию других процессов сушки. [2] Ленточные фильтры специально разработаны для каждого из этих конкретных применений и видов сырья.
Существует много физических процессов разделения, похожих на ленточный фильтр-пресс, используемый для обезвоживания, включая центрифуги , вакуумно-дисковые фильтры и пластинчатые и рамные фильтр-прессы . По сравнению с другими компрессионными фильтрами, ленточные фильтры используют относительно более низкие давления. [5] Хотя центрифуги имеют более низкое содержание влаги, более низкую стоимость и более простые операции по переработке угольных хвостов, [6] ленточные фильтры, как правило, производят меньше шума и имеют гораздо более быстрое время запуска и выключения. [2]
Ленточные фильтры считаются простыми и надежными, с хорошей доступностью, небольшим количеством персонала, простым обслуживанием и длительным сроком службы. [2] [4] [7] Ленточный фильтр наиболее выгоден, когда установлен таким образом, чтобы он был открыт и просматривался на уровне пола для более легкой регулировки и контроля. Конечно, это зависит от того, что позволяют освещение и вентиляция. [7]
Ленточный фильтр-пресс часто используется при очистке сточных вод, и, таким образом, запах исходного шлама, летучих выбросов и химикатов, используемых при очистке, может стать проблемой. [2] Одним из методов контроля является использование нейтрализующих запах химикатов, таких как перманганат калия. [2] Однако это только нейтрализует запахи и не влияет на какие-либо газы или химикаты, которые в нем участвуют. Хотя все проблемы можно контролировать, закрыв фильтр, закрытие уменьшает необходимую видимость и легкий доступ к машине для обслуживания и ремонта, что приводит к дорогостоящей автоматизации процесса. [2] [5]
Ленточный фильтр-пресс также известен своей высокой пропускной способностью, [5], поскольку он предназначен для обработки избыточной мощности. [2] Он имеет низкие первоначальные затраты [5] и низкие эксплуатационные расходы на электроэнергию, [4] однако, если пропускная способность составляет менее 4 миллионов галлонов в день, ленточный фильтр-пресс может быть менее экономически эффективным, чем транспортировка жидкости, аренда перерабатывающего предприятия или использование немеханических методов обезвоживания, таких как сушильные ложа или тростниковые ложа. [2]
Ленточные фильтры менее эффективны при обработке некоторых кормов. Если корм не будет хорошо перемешан из варочного котла, использование ленточных фильтров будет более затратным при обработке корма с различным содержанием твердых частиц, поскольку это требует большего внимания оператора, что повышает расходы на персонал. [2] Корма с высоким содержанием жира и масла могут снизить процент твердых частиц в жмыхе, забивая ленточный фильтр [2] , и все корма должны быть просеяны, чтобы защитить ленту от повреждения острыми предметами. Тип корма также может влиять на процесс промывки. Ленточный фильтр необходимо часто промывать, что потребляет большое количество воды и времени. [2] Потери воды и времени, а также связанные с этим расходы можно сократить за счет автоматизации системы промывки и использования сточных вод . [2]
Конструкции ленточных фильтров разрабатываются с использованием данных о конструкции и производительности производителя, данных действующих установок, пилотных испытаний, обследований аналогичных установок и испытаний твердых веществ в сточных водах [2] для получения желаемого процента обезвоженных твердых веществ из ила или пульпы, подлежащих обработке.
Ленточные фильтр-прессы имеют 4 основные зоны: зону предварительной подготовки, зону гравитационного дренажа, зону линейного сжатия (низкого давления) и зону роликового сжатия (высокого давления). [2] [5] Предварительно подготовленная пульпа, которая флоккулируется и/или коагулируется в зависимости от подачи и процесса, сгущается в зоне гравитационного дренажа. [5] Зона гравитационного дренажа представляет собой плоскую или наклонную ленту, где происходит гравитационный дренаж свободной воды. [2] Площадь гравитационного дренажа определяется размером в соответствии с концентрацией твердых частиц в подаче. Стандартный размер может использоваться для концентрации твердых частиц 1,5 процента или выше, но установка с более длинной зоной дренажа или увеличенным размером должна использоваться для 1,5–2,5 процентов твердых частиц в подаче для большего дренажа свободной воды перед сжатием. Для разбавленного ила с содержанием твердых частиц в подаче менее 1,5 процента может использоваться независимая лента гравитационного дренажа. Эта лента используется только в зоне гравитационного дренажа, а не в зонах давления. [8] Зоны давления или клина используют две ленты, верхнюю и нижнюю, чтобы сэндвичить подачу вместе, [2] но независимая зона гравитации имеет свою собственную отдельную ленту, что делает ленточный фильтр трехленточной системой. В зависимости от требуемых условий кека, ленточные фильтры могут иметь дополнительные стадии промывки и, инфракрасную, горячую газовую или даже микроволновую стадии сушки. [7]
Ленточные фильтры очень универсальны и изготавливаются в соответствии с шламами, пульпами или фруктовым пюре, которые подлежат обработке. Для процесса подачи или обработки, который производит неприятные запахи, летучие выбросы, патогены и опасные газы, такие как сероводород [2] [7], ленточный фильтр может включать вытяжные шкафы или даже быть полностью заключенным в газонепроницаемый корпус. [7] Из-за ограниченной видимости и повышенной коррозии, связанной с корпусом, процесс ленточной фильтрации также может быть автоматизирован. [2] Большие площади фильтрации, дополнительные ролики и переменная скорость ленты можно найти в усовершенствованных конструкциях ленточных пресс-фильтров. [2]
Ленточные фильтры-прессы рассчитаны на производительность по твердым частицам по весу или объему, а не на поток сточных вод. Концентрация твердых частиц должна определяться на основе концентрации первичных твердых частиц в исходном сырье и дополнительных твердых частиц, которые могут осаждаться во время обработки. Концентрация твердых частиц для процесса будет меняться, поэтому конструкция должна иметь возможность справляться с различной концентрацией твердых частиц в исходном сырье. [2]
Подача на ленточный пресс-фильтр зависит от типа твердых частиц, желаемого продукта и конструкции фильтра. Для большинства типов шлама концентрация сухих твердых частиц подачи обычно находится в диапазоне 1-10%. [2] Концентрация сухих твердых частиц полученного обезвоженного шлама (или кека) обычно находится в диапазоне 12-50%. [9] Разбавленная концентрация твердых частиц подачи приводит к получению кека с более высоким содержанием влаги, в то время как более высокая концентрация твердых частиц подачи обеспечивает улучшенную скорость фильтрации твердых частиц и более сухой конечный продукт. [5]
Входной поток ленточного пресс-фильтра обычно измеряется как скорость загрузки сухих твердых частиц (масса сухих твердых частиц за время на ширину ленты). Опять же, загрузка твердых частиц на входе зависит от типа ила и фильтрующей среды, поэтому существует большой разброс в скорости загрузки сухих твердых частиц работающих ленточных пресс-фильтров. Обычно низкие скорости загрузки твердых частиц находятся в диапазоне 40–230 кг/ч/м ширины ленты, а высокие скорости загрузки твердых частиц находятся в диапазоне 300–910 кг/ч/м ширины ленты. [9] Хотя загрузка важна для измерения производительности, также важно учитывать толщину кека, который образуется в секции гравитационного дренажа. Толщина кека влияет на проницаемость фильтрующей среды и скорость фильтрации. [5] Необходимо провести тестирование для конкретного типа ила, чтобы определить оптимальную толщину кека. В некоторых случаях, когда важно извлечение фильтрата, может потребоваться введение этапа промывки кека .
Основная цель ленточного пресс-фильтра — обезвоживание шлама, и большая часть этого обезвоживания происходит в зоне гравитационного дренажа. Зона гравитационного дренажа может достигать 5–10-процентного увеличения концентрации твердых частиц. [2] Степень обезвоживания в зоне гравитационного дренажа в значительной степени зависит от типа твердых частиц, фильтрующей среды и кондиционирования шлама. Обезвоживание, достигаемое в зоне гравитационного дренажа, ухудшается, если шлам плохо распределен по ленте или время пребывания недостаточно. [9] Кондиционирование шлама — это добавление химикатов для содействия флокуляции частиц с образованием загущенного шлама и содействия обезвоживанию. Обезвоживание может быть усилено добавлением поверхностно-активного вещества , а флокуляция достигается путем добавления высокомолекулярного полимера. Флокуляция улучшается при оптимальной дозировке полимера, разбавлении полимера и смешивании. Также необходимо контролировать и регулировать pH исходного шлама, поскольку низкий pH снижает флокуляцию. [10] Важно найти оптимальное значение для каждого параметра кондиционирования, так как слишком много полимера или смешивания может оказать негативное влияние на флокуляцию и значительно увеличить эксплуатационные расходы. [10] Эффекты кондиционирования шлама наиболее очевидны в зоне гравитационного дренажа, которую можно легко воспроизвести в лабораторных масштабах, где можно определить оптимальную стратегию кондиционирования. [10] Для того чтобы ленточный пресс-фильтр был промышленно жизнеспособным, он должен быть экономически эффективным, и, таким образом, желательна максимальная пропускная способность. Без достаточного кондиционирования гравитационный дренаж, как правило, является ограничивающим этапом процесса, но при оптимальном разбавлении ограничивающий этап процесса может быть смещен в зону сжатия. [10]
В зоне сжатия ленточного пресс-фильтра фильтровальный осадок сжимается между двумя ремнями и проходит через ролики, оказывающие давление на осадок. Существует оптимальное количество роликов, при превышении которого более сухой продукт не обязательно получается. Более сухой продукт получается за счет снижения скорости ленты, а не увеличения времени прессования. [11]
Общая производительность ленточного пресс-фильтра улучшается, когда минимизируются изменения в таких параметрах, как тип шлама, концентрация твердых частиц в исходном материале и кондиционирование. [9]
Эффективность ленточного пресс-фильтра часто оценивается на основе содержания сухих твердых веществ в продукте, извлечении твердых веществ и боковой миграции шлама на ленте. [11] Извлечение твердых веществ - это процент сухих твердых веществ, извлеченных из исходного шлама. Извлечение твердых веществ зависит от фильтрующей среды, которая должна быть выбрана с хорошей проницаемостью для содействия обезвоживанию, но с достаточно малым диаметром пор, чтобы извлечение твердых веществ не сильно снижалось. Важно, чтобы ленточный пресс-фильтр имел эффективную секцию промывки ленты, чтобы засорение не снижало проницаемость ленты. [5] Извлечение твердых веществ напрямую связано с качеством фильтрата, и поэтому фильтрующая среда и технологическая схема должны соответствовать желаемым качествам кека и фильтрата. Содержание сухих твердых веществ является мерой степени обезвоживания. Степень обезвоживания увеличивается при снижении скорости ленты. [11] Снижение скорости ленты снижает производительность процесса. Следующая корреляция связывает массовый расход на входе со скоростью ленты: [11]
Где Q 0 = массовый расход (кг/с), m 0 = массовая нагрузка (кг/м 2 ), s b = скорость ленты (м/с) и L sludge0 = начальная ширина шлама на ленте (м). Таким образом, для поддержания промышленной производительности при более низкой скорости ленты необходимо увеличить массовую нагрузку и ширину шлама на ленте. Было обнаружено, что увеличение загрузки твердых частиц немного снижает концентрацию сухих твердых частиц в кеке, при этом значительно увеличивая вероятность переполнения ленты шламом. [11] Боковая миграция шлама на ленте является мерой того, как шлам распространяется по ширине ленты. Увеличенная боковая миграция шлама означает, что шлам выходит за пределы ленты и переливается в фильтрат. Следовательно, увеличенная боковая миграция шлама отрицательно влияет на качество фильтрата и извлечение сухих твердых частиц.
Как правило, минимальная расчетная толщина выгружаемого осадка составляет 3–5 мм. [5] Это гарантирует, что осадок будет достаточно толстым для выгрузки и его будет легко снимать с ленты.
В порядке увеличения стоимости и уменьшения влажности продукта наиболее распространенными вариантами обезвоживания являются сгуститель , глубокое сгущение, ленточные прессы и мембранные фильтр-прессы. В целом центрифуги и другие конкурирующие технологии не показывают значительного преимущества по стоимости по сравнению с ленточным пресс-фильтром при той же сухости осадка. Стоимость флокулянта часто является основной статьей эксплуатационных расходов оборудования для обезвоживания. Ленточные пресс-фильтры в целом имеют самый низкий расход флокулянта для любого из перечисленных процессов, за исключением мембранных фильтр-прессов и центрифуг. [12]
Увеличение концентрации твердого вещества в исходном сырье увеличивает скорость фильтрации твердого вещества, минимизирует влажность осадка и обеспечивает более однородный осадок, все это желаемые результаты. Если увеличение концентрации твердого вещества в исходном сырье нецелесообразно, добавление флокулянтов на этапе предварительной обработки дает аналогичный результат. Оптимальный уровень дозировки флокулянта можно определить, контролируя вязкость пульпы.
Гомогенные осадки желательны, так как если исходный шлам слишком разбавлен, то осадок фильтра будет содержать больше влаги в результате расслоения. Минимальная концентрация подачи, которая приводит к однородному осадку, определяется путем наблюдения за образцом шлама. Если происходит быстрое осаждение, то образовавшийся осадок фильтра не будет однородным, и скорость фильтрации снизится. [5]
Минимальная толщина осадка на выходе для горизонтальных ленточных пресс-фильтров составляет около 5 мм. [5]
Выбор ленты имеет решающее значение для функционирования ленточного пресс-фильтра, и доступно большое разнообразие материалов и переплетений. Фильтровальная ткань для ленточного пресс-фильтра должна быть максимально открытой, сохраняя при этом желаемую прозрачность фильтрата или, если используется предварительный слой, предотвращать потерю предварительного слоя. Более легкие ткани производят более чистый фильтрат и не так быстро засоряются, однако их прочность и срок службы значительно короче, чем у более тяжелых тканей. [5] Доступны как бесшовные, так и шовные ленты. Шовные ленты быстрее изнашиваются на шве и вызывают износ роликов и ракеля. Также доступны шовные ленты типа «молния» и «клипсатор», причем ремни типа «молния» имеют более длительный срок службы, поскольку они обеспечивают меньшую разрывность. Бесшовные ленты имеют самый длительный срок службы, но они более дорогие. Также следует убедиться, что ленточный пресс совместим с бесшовной лентой. [9]
Повышение температуры исходной суспензии снижает вязкость жидкой фазы. Это выгодно, так как увеличивает скорость фильтрации и снижает влажность кека. Те же преимущества могут быть получены другими методами сушки, такими как пропускание сухого пара через обезвоженный кек для повышения температуры остаточной влаги, или могут быть использованы другие методы сушки . [5]
Толщину кека, возможно, придется контролировать или ограничивать, когда требуется промывка кека или конечная влажность кека является критическим параметром. Когда время промывки кека является доминирующим фактором, максимальная скорость фильтрации будет иметь место, когда будет достигнута минимальная толщина кека для выгрузки. Время, необходимое для промывки, увеличивается на квадрат отношения толщин кека. Например, если толщина кека удваивается, время промывки увеличится примерно в 4 раза.
Полностью чистый фильтрат не может быть получен с помощью ленточных пресс-фильтров, за исключением редких случаев. Таким образом, может потребоваться дополнительная обработка фильтрата перед его повторным использованием или сбросом в качестве отходов. Если фильтр находится ниже по потоку от осветлителя или сгустителя, фильтрат (и промывочная вода) могут быть возвращены обратно в осветлитель для снижения требуемой чистоты фильтрата и позволяют использовать более прочные ткани. Если переработка или повторное использование невозможны, фильтрат должен быть сброшен в соответствии с требованиями законодательства и лицензии. Перед сбросом может потребоваться дополнительная обработка осветленной воды (фильтрация или химическая обработка). [5]
Фильтрационный кек обычно имеет достаточно высокую концентрацию твердых веществ, чтобы обеспечить все типы методов утилизации без дальнейшей обработки, включая обратную переработку в процесс, захоронение/компостирование и сжигание. Содержание полимера делает фильтровальный кек из ленточного пресс-фильтра более подходящим для вышеупомянутых методов утилизации, чем кек, обработанный хлоридом железа и известью, который может возникнуть при других процессах обезвоживания. [9]
Значительные разработки в технологии ленточных прессовых фильтров включают: разработки тканей, использующих три ленты и V-образную ленту. Разработки тканей включают двойное плетение, которое включает различные типы пряжи для объединения особых преимуществ каждого из них. [5] Также доступна двойная плетеная проволочная лента, которая имеет лучший срок службы и прочность, чем обычная проволочная лента. [13]
Фильтр-пресс с лентой, использующий три ленты, может достигать независимых скоростей и иметь различные типы лент для зон давления и гравитации. [8] [14] Это позволяет системе фильтрации выдерживать более высокие гидравлические нагрузки, возникающие при разбавленном исходном шламе (концентрация твердых частиц в исходном шламе ниже 1,5%). Система с тремя лентами более эффективна как с более высокой производительностью, так и с более высокой концентрацией твердых частиц за счет механической сложности. [8]
Лента V-fold похожа на ленточный фильтр-пресс, главное отличие в том, что используется только одна лента, сложенная вдоль центральной линии. Технология не получила широкого распространения. Обычно можно достичь конечного содержания твердых веществ в сухом весе 9-13%; это меньше, чем у конкурирующих технологий. В настоящее время эта технология подходит для мелкомасштабных применений (примерно до 3000 л пульпы в час, поскольку максимальный размер ленты составляет 0,75 м). Ленты V-fold имеют небольшую площадь основания, низкое потребление энергии и промывочной воды, а также низкие капитальные и эксплуатационные затраты. Они являются саморегулирующимися и могут обрабатывать шлам различного состава, что снижает участие оператора. [15]
Медиа, связанные с Belt filter на Wikimedia Commons