Промышленный фильтр-пресс — это инструмент, используемый в процессах разделения , в частности, для разделения твердых веществ и жидкостей. Машина укладывает множество фильтрующих элементов друг на друга и позволяет легко открывать фильтр для удаления отфильтрованных твердых частиц, а также позволяет легко очищать или заменять фильтрующий материал.
Фильтр-прессы не могут работать в непрерывном режиме, но могут обеспечить очень высокую производительность, особенно когда требуется низкий уровень остаточной жидкости в твердом веществе. Помимо прочего, фильтр-прессы используются на мраморных фабриках для отделения воды от грязи и повторного использования воды в процессе резки мрамора.
Как правило, суспензия, которая будет отделена, впрыскивается в центр пресса и заполняется каждая камера пресса. Оптимальное время заполнения гарантирует загрузку последней камеры пресса до того, как грязь в первой камере начнет слеживаться. По мере заполнения камер давление внутри системы будет увеличиваться из-за образования густого ила. Затем жидкость принудительно процеживается через фильтровальные ткани с использованием сжатого воздуха, но в некоторых случаях использование воды может быть более экономичным, например, если вода была повторно использована из предыдущего процесса.
Первая форма фильтр-пресса была изобретена в Соединенном Королевстве в 1853 году и использовалась для получения растительного масла с помощью датчиков давления. Однако с ними было связано много недостатков, таких как высокая потребность в рабочей силе и прерывистый процесс. Основные разработки в области технологии фильтр-прессов начались в середине 20 века. В 1958 году в Японии Кенитиро Курита и Сейичи Сува преуспели в разработке первого в мире автоматического фильтр-пресса горизонтального типа, позволяющего повысить эффективность удаления осадка и поглощения влаги. Девять лет спустя компания Kurita начала разработку гибких диафрагм для снижения влажности в фильтрационной корке. Устройство позволяет оптимизировать автоматический цикл фильтрации, прессования кека, выгрузки кека и промывки фильтровальной ткани, что расширяет возможности различного промышленного применения. Подробный исторический обзор, относящийся ко времени, когда династия Шан использовала прессы для извлечения чая из листьев камелии и масла из шиповника в 1600 г. до н. э., составил К. МакГрю. [1]
Существует четыре основных типа фильтр-прессов: пластинчатые и рамные фильтр-прессы, пластинчатые и рамные фильтр-прессы, мембранные фильтр-прессы и (полностью) автоматические фильтр-прессы.
Пластинчато-рамный фильтр-пресс является наиболее фундаментальной конструкцией и может называться «мембранным пластинчатым фильтром». Этот тип фильтр-пресса состоит из множества чередующихся пластин и рам, собранных с помощью пары направляющих, с фильтрующими мембранами, вставленными между каждой парой плита-рама. [ нужна цитата ]
Пакет сжимается с достаточной силой, чтобы обеспечить герметичное уплотнение между каждой пластиной и рамой, мембрана фильтра может иметь встроенное уплотнение по краю, или сам фильтрующий материал может действовать как прокладка при сжатии.
По мере того как суспензия прокачивается через мембраны, осадок на фильтре накапливается и становится толще. Сопротивление фильтра также увеличивается, и процесс останавливается, когда перепад давления достигает точки, при которой пластины считаются достаточно заполненными.
Чтобы удалить осадок на фильтре и очистить фильтры, стопку пластин и рамок разделяют, и осадок либо падает, либо соскребается с мембран и собирается в лоток, расположенный ниже. [2] Затем мембраны фильтра очищаются промывочной жидкостью, и пакет повторно сжимается, чтобы начать следующий цикл. [3]
Ранним примером этого является фильтр-пресс Dehne, разработанный ALG Dehne (1832–1906) из Галле , Германия, и широко используемый в конце 19-го и начале 20-го века для извлечения сахара из сахарной свеклы и сахарного тростника , а также для сушки. рудные шламы. Его большим недостатком было количество рабочей силы, затрачиваемой на его эксплуатацию. [4]
Автоматический фильтр-пресс имеет ту же концепцию, что и ручной фильтр и рамочный фильтр, за исключением того, что весь процесс полностью автоматизирован . [5] Он состоит из более крупных пластинчатых и рамных фильтр-прессов с механическими «переключателями пластин». [ нужна цитация ] Функция устройства смещения пластин состоит в том, чтобы перемещать пластины и обеспечивать быструю разгрузку фильтрационной корки, скопившейся между пластинами. Он также содержит диафрагменный компрессор в фильтрующих пластинах, который помогает оптимизировать рабочие условия за счет дополнительной сушки фильтрационного кека. [ нужна цитата ]
Полностью автоматические фильтр-прессы обеспечивают высокую степень автоматизации и в то же время обеспечивают бесперебойную работу. Например, опция одновременного открытия фильтрующей пластины помогает реализовать особенно быстрое удаление осадка, сокращая время цикла до минимума. Результатом является высокоскоростной фильтр-пресс, который позволяет увеличить производительность на единицу площади фильтра. По этой причине эти машины используются в приложениях с продуктами с высокой фильтруемостью, где требуются высокие скорости фильтрации. К ним относятся, например, горнодобывающие концентраты и отходы. Существуют различные системы для полностью автоматической работы. К ним относятся, например, устройства вибрации/встряхивания, версия с зажимом разбрасывателя/расширяющей тканью или скребковые устройства. Время работы полностью автоматического фильтр-пресса без участия оператора составляет 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. [ нужна цитата ]
Фильтр-пресс с утопленными пластинами не использует рамы, а вместо этого имеет выемку в каждой пластине со скошенными краями, в которой лежат фильтровальные ткани. Фильтровальный осадок скапливается в выемке непосредственно между двумя пластинами, а когда пластины разделены, наклонные края позволяют торт выпадет с минимальными усилиями. [6] Для упрощения конструкции и использования пластины обычно имеют отверстие в центре, проходящее через фильтровальную ткань и вокруг которого она герметизируется, так что суспензия течет через центр каждой пластины вниз по стопке, а не внутрь от края. каждую тарелку. Несмотря на то, что этот метод легче чистить, у этого метода есть недостатки, такие как более длительное время смены ткани, невозможность размещения фильтрующего материала, который не может соответствовать изогнутому углублению, например бумаги, и возможность образования неравномерного осадка. [7]
Мембранные фильтр-прессы оказывают большое влияние на сухость твердых частиц, используя надувную мембрану в фильтрующих пластинах для сжатия оставшейся жидкости из фильтрационного осадка перед открытием пластин. По сравнению с традиционными 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 в осадке фильтрационного осадка путем сдавливания мембранными пластинами можно добиться различного содержания сухого вещества (содержание сухого вещества – процент по массе сухого материала в осадке). Диапазон достижимого содержания сухого вещества простирается от 30 до более 80 процентов. Мембранные фильтр-прессы не только обеспечивают чрезвычайно высокую степень обезвоживания; они также сокращают время цикла фильтрации в среднем более чем на 50 процентов, в зависимости от суспензии. Это приводит к сокращению циклов и сроков выполнения работ, что приводит к увеличению производительности. Среда для надувания мембраны состоит либо из сжатого воздуха, либо из жидкой среды (например, воды).
Фильтр-прессы используются в самых разных областях: от обезвоживания шламов при добыче полезных ископаемых до очистки плазмы крови . [3] В то же время широко распространена технология фильтр-прессов для ультратонкого обезвоживания угля , а также регенерации фильтрата на углеобогатительных фабриках. По словам Г. Прата, «фильтр-пресс оказался наиболее эффективным и надежным оборудованием, отвечающим современным требованиям». [8] Одним из примеров является опытно-промышленный пластинчатый фильтр-пресс, который специализируется на обезвоживании угольных шламов. В 2013 году Общество горной промышленности, металлургии и геологоразведки опубликовало статью, в которой освещается это конкретное применение. [9] Было отмечено, что использование фильтр-пресса очень выгодно для работы завода, поскольку оно обеспечивает обезвоживание сверхчистого угля в качестве продукта, а также улучшает качество удаляемой воды, доступной для очистки оборудования. [10]
Другие промышленные применения автоматических мембранных фильтр-прессов включают обезвоживание осадка городских отходов, [11] рекуперацию воды из готового бетона, [12] рекуперацию металлического концентрата и крупномасштабное обезвоживание прудов с летучей золой. [13]
Многие специализированные применения связаны с различными типами фильтр-прессов, которые в настоящее время используются в различных отраслях промышленности. Пластинчатый фильтр-пресс широко используется в операциях по сахарному производству , таких как производство кленового сиропа в Канаде , поскольку он обеспечивает очень высокую эффективность и надежность. По словам М.Иссельхардта, «внешний вид может повлиять на ценность кленового сиропа и восприятие качества покупателем». [14] 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.
Вот некоторые типичные расчеты фильтр-пресса, используемые для операций по очистке сточных вод:
S= (B x 8,34 фунта/галлон xs) ⁄ A
Где,
S — норма загрузки твердых веществ в фунтах.+ч ⁄ фута 2 .<r />B — твердые биологические вещества в галлонах / часах , с — % твердых веществ на 100. A — площадь пластины в 2 футах .
Где:
(S × P) дает время работы фильтра. [15]
Где:
Это наиболее важные факторы, влияющие на скорость фильтрации. Когда фильтрат проходит через фильтрующую пластину, образуются отложения твердых частиц, которые увеличивают толщину осадка, что также увеличивает Rc, хотя Rf считается постоянным. [16] Сопротивление потоку осадка и фильтрующего материала можно изучить, рассчитав скорость потока фильтрации через них.
Если скорость потока постоянна, можно получить зависимость между давлением и временем. Фильтрация должна осуществляться за счет увеличения разницы давлений, чтобы справиться с увеличением сопротивления потоку, возникающим в результате закупорки пор. [16] На скорость фильтрации в основном влияет вязкость фильтрата, а также сопротивление фильтрующей пластины и осадка.
Высокая скорость фильтрации может быть достигнута за счет получения тонкого кека. Однако обычный фильтр-пресс представляет собой систему периодического действия, и процесс необходимо останавливать для выгрузки фильтрационного осадка и повторной сборки пресса, что требует много времени. Практически максимальная скорость фильтрации достигается, когда время фильтрации превышает время, необходимое для выгрузки осадка и повторной сборки пресса с учетом сопротивления ткани. [16] Свойства фильтрационной корки влияют на скорость фильтрации, и желательно, чтобы размер частиц был как можно большим, чтобы предотвратить закупорку пор при использовании коагулянта . Согласно экспериментальным данным, скорость потока жидкости через фильтрующую среду пропорциональна разности давлений. [17] По мере формирования слоя осадка давление в системе увеличивается, а скорость потока фильтрата снижается. [7] Если требуется твердое вещество, чистоту твердого вещества можно повысить промывкой осадка и сушкой на воздухе. [18] Образцы осадка на фильтре можно взять из разных мест и взвесить для определения содержания влаги с помощью общего материального баланса. [9]
Выбор типа фильтр-пресса зависит от содержания жидкой фазы или твердой фазы. Если требуется экстракция жидкой фазы, то фильтр-пресс является одним из наиболее подходящих методов. [19]
В настоящее время фильтрующие пластины изготавливаются из полимеров или стали, покрытой полимером. Они обеспечивают хорошую дренажную поверхность для фильтровальных полотен. Размеры плит варьируются от 10 на 10 см до 2,4 на 2,4 м и от 0,3 до 20 см по толщине каркаса. [18]
Типичная площадь ткани может варьироваться от 1 м 2 или менее в лабораторных масштабах до 1000 м 2 в производственных условиях, хотя пластины могут обеспечивать фильтрующую площадь до 2000 м 2 . Обычно пластинчатый и рамный фильтр-пресс может формировать толщину кека до 50 мм, однако в крайних случаях его можно увеличить до 200 мм. Встраиваемый пластинчатый пресс позволяет формовать корку толщиной до 32 мм. [7]
На заре использования прессов в промышленности по переработке твердых биологических отходов проблемы с прилипанием кека к ткани были проблематичными, и многие очистные сооружения применяли менее эффективные технологии центрифужных или ленточных фильтр- прессов. С тех пор произошли значительные улучшения в качестве тканей и технологиях производства, которые сделали этот вопрос устаревшим. [20] В отличие от США, технология автоматического мембранного фильтра является наиболее распространенным методом обезвоживания твердых биологических отходов бытовых отходов в Азии. Влажность обычно на 10–15 % ниже, и требуется меньше полимера, что позволяет сэкономить на транспортировке и общих затратах на утилизацию.
Рабочее давление обычно составляет до 7 бар для металла. [18] Усовершенствование технологии позволяет удалять большое количество влаги при давлении 16 бар и работать при давлении 30 бар. [3] Однако для деревянных или пластиковых рам давление составляет 4-5 бар. [18] Если концентрация твердых частиц в питающем резервуаре увеличивается до тех пор, пока твердые частицы не скрепятся друг с другом. В фильтр-прессе возможна установка подвижных лопаток для уменьшения сопротивления потоку жидкости через пульпу. [21] Для процесса перед выгрузкой кека используется продувка воздухом для кеков с проницаемостью от 10 -11 до 10 -15 м 2 . [9]
Предварительная обработка суспензий перед фильтрацией требуется, если твердая суспензия осела. Коагуляция в качестве предварительной обработки может улучшить производительность фильтр-пресса, поскольку увеличивает пористость фильтрационной корки, что приводит к более быстрой фильтрации. Изменение температуры, концентрации и pH позволяет контролировать размер хлопьев. Более того, если осадок на фильтре непроницаем и затруднен поток фильтрата, в процесс предварительной обработки можно добавить вспомогательное фильтрующее вещество, чтобы увеличить пористость осадка, уменьшить сопротивление осадка и получить более толстый осадок. Однако вспомогательные фильтрующие вещества должны быть способны удаляться из фильтрационного осадка путем физической или химической обработки. Распространенным фильтрующим средством является кизельгур, объем пустот которого составляет 0,85. [21]
Что касается обработки осадка, фильтр-пресс периодического действия требует большого размера разгрузочного лотка, чтобы вместить большое количество осадка, и система более дорогая по сравнению с фильтр-прессом непрерывного действия с той же производительностью. [3]
Применяются два возможных метода стирки: «простая стирка» и «тщательная стирка». При простой промывке промывной раствор течет по тому же каналу, что и суспензия, с высокой скоростью, вызывая эрозию кеков вблизи точки входа. Таким образом, образующиеся каналы постоянно расширяются, и поэтому обычно получается неравномерная очистка. Лучшим методом является тщательная промывка, при которой промывной раствор подается через другой канал за фильтровальной тканью, называемый промывными тарелками. Он течет по всей толщине кеков сначала в противоположном направлении, а затем в том же направлении, что и фильтрат. Промывной раствор обычно сливается через тот же канал, что и фильтрат. После промывки лепешки можно легко удалить, подав сжатый воздух для удаления лишней жидкости. [18]
В настоящее время фильтр-прессы широко используются во многих отраслях промышленности, они также производят различные виды отходов. В кусках отходов могут накапливаться вредные отходы, такие как токсичные химикаты красильной промышленности, а также патогены из потока отходов; следовательно, требования к обращению с этими отходами будут другими. Поэтому перед сбросом потока отходов в окружающую среду важным этапом дезинфекции будет применение доочистки. Это необходимо для предотвращения рисков для здоровья местного населения и работников, которые имеют дело с отходами (фильтровальный осадок), а также для предотвращения негативного воздействия на нашу экосистему. Поскольку фильтр-пресс будет производить большое количество отходов, в случае их утилизации путем рекультивации земель рекомендуется утилизировать их в районах, которые радикально изменились, например в горнодобывающих районах, где развитие и сохранение растительности невозможно. Другой метод — сжигание, которое уничтожит органические загрязнители и уменьшит массу отходов. Обычно это делается в закрытом устройстве с использованием контролируемого пламени. [2]
Много споров обсуждалось о том, достаточны ли фильтр-прессы, чтобы конкурировать с современным оборудованием в настоящее время и в будущем, поскольку фильтр-прессы были одними из старейших обезвоживающих устройств с механическим приводом. Повышение эффективности возможно во многих случаях, когда современные фильтр-прессы обладают лучшими характеристиками для работы, однако, несмотря на то, что было сделано множество механических улучшений, фильтр-прессы по-прежнему работают по той же концепции, что и при их первом изобретении. Отсутствие прогресса в повышении эффективности, а также отсутствие исследований по решению связанных с этим проблем, связанных с фильтр-прессами, позволяют предположить возможность неадекватности производительности. В то же время многие другие типы фильтров могут выполнять ту же или лучшую функцию, что и пресс-фильтры. В некоторых случаях крайне важно сравнить характеристики и характеристики. [22]
Фильтр-прессы предлагают широкий спектр применения, одним из его основных преимуществ является 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 максимизирует скорость потока и производительность фильтра. Фильтр-пресс стандартного размера имеет площадь фильтрации 216 м 2 , тогда как стандартный ленточный фильтр имеет площадь около 15 м 2 . [22]
Фильтр-прессы обычно используются для обезвоживания шламов с высоким содержанием твердых частиц на металлообрабатывающих предприятиях. Одной из технологий пресс-фильтров, которая может обеспечить эту работу, является метод ротационного напорного фильтра, который обеспечивает непрерывное производство в одном агрегате, где фильтрация осуществляется под давлением. Однако в случаях, когда концентрация твердых веществ в суспензиях с высоким содержанием твердых веществ слишком высока (50%+), лучше обрабатывать эти суспензии с помощью вакуумной фильтрации, например, с помощью индексирующего вакуумного ленточного фильтра непрерывного действия, поскольку высокая концентрация твердых частиц в суспензиях приведет к увеличению давление, а если давление слишком высокое, оборудование может быть повреждено и/или его работа может снизиться. [22]
В будущем требования рынка к современной индустрии фильтрации станут более тонкими и более высокими в степени разделения, особенно в целях переработки материалов, энергосбережения и экологически чистых технологий. Чтобы удовлетворить растущие требования к более высокой степени обезвоживания труднофильтруемого материала, необходимы фильтры сверхвысокого давления. Таким образом, тенденция увеличения давления для автоматических фильтр-прессов будет развиваться и в будущем.
В традиционных механизмах фильтр-прессов обычно используется механическое сжатие и удаление жидкости с помощью воздуха; однако эффективность производства кека с низким содержанием влаги ограничена. Был предложен альтернативный метод, заключающийся в использовании пара вместо воздуха для обезвоживания кека. Метод парового обезвоживания может быть конкурентоспособным методом, поскольку позволяет получать продукт с низким содержанием влаги. [23]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )