Расчет и проектирование фильтр-пресса для тонкой очистки воды

Рис.1. Патронный фильтр ПФ-20

Плита устанавливается при помощи уплотнений между фланцами цилиндрического корпуса и выпуклой крышки и образует две камеры фильтра. В нижнюю камеру 8 при помощи коллектора 17, присоединенного к патрубку 14, подводятся кизельгурная суспензия, фильтруемый продукт и промывная вода. Из камеры 6 через коллектор 21, присоединенный к патрубку 5, отводятся жидкая фаза кизельгурной суспензии, фильтрат и промой. Кроме того, для подвода воздуха в верхнюю камеру установлен вентиль 19, а в нижнюю - патрубок 2. Сброс воздуха из нижней камеры осуществляется через трубу 11. Для наблюдения за состоянием внутренней части нижней камеры установлены смотровые стекла 1. Удаление промытого осадка осуществляется через патрубок 16. Фильтр установлен на трубчатом каркасе 13. Для управления процессом фильтрации имеются задвижки с электродвигателями 18 и маховиками 20.

Полный цикл работы фильтров включает в себя следующие стадии намыв кизельгура, возврат первых мутных порций фильтруемого продукта, фильтрация, вытеснение нефильтрованного продукта, промывка осадка и удаление осадка. В эксплуатации фильтры полностью автоматизированы.

На сахарорафинадных заводах патронные фильтры используют для отделения осадка от растворов рафинадного производства.

Фильтрующий патрон ПФ-20 (рис.2) состоит из трех фильтрующих элементов 4 и опорного патрубка 2, которые при помощи стяжки 3, шайбы 5, планки 7 и гаек 6 скрепляются жестко. Патроны в собранном состоянии устанавливаются в отверстия плиты 7 и зажимаются прижимом 9, которой устанавливаются на шпильке 8.

Рис.2. Фильтрующий патрон ПФ-20

Для того чтобы патроны не отклонялись от вертикальной оси, нижняя часть стяжки каждого патрона устанавливается в отверстие проволочного каркаса, расположенного в низу цилиндрического корпуса фильтра.

Фильтрующий элемент патрона представлен на рис.3. Каркас элемента изготовляется из нержавеющей стали и состоит из нижней 2 и верхней б втулок, к которым приварены уголки 5. Для жесткости каркаса уголки приварены к кольцам 3 расположенным по высоте на расстоянии 40 мм друг от друга.

Опорным слоем для кизельгура и осадка является проволочная 4 щелевидная поверхность каркаса элементов. Образуется она путем нарезания канавок на острых выступах уголков с шагом 0,8 мм и затем навивкой проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,7 мм.

При вышеуказанных размерах шага резьбы и проволоки размер щелей равен 0,1 мм. Общая площадь поверхности фильтрации одного патрона составляет 0,241 м². Для сохранения параллельности и вертикальности труб хвостовики 17 патронов устанавливаются в отверстия решетки 16, изготовленной из нержавеющей проволоки. Решетка крепится к хвостовикам патронов при помощи дополнительных гаек.

Рис.3. Фильтрующий элемент патрона

Плита зажимается между фланцами 3 и 6 корпуса 2 фильтра и крышки при помощи болтов. Уплотнение между верхней и нижней частью фильтра создается прокладками 4 и 7. Фильтрованный сок направляется внутрь патрона и выходит из верхней части.

Патронные фильтры устанавливаются на полу второго этажа вблизи стены с таким расчетом, чтобы крепление трубопроводов осуществлять на стене. Проходы между фильтрами и стеной должны быть не менее 1500 мм. Над батареей фильтров рекомендуется устанавливать монорельс с устройством для снятия крышек и плит с фильтрующими элементами.

Для монтажа и демонтажа фильтрующих элементов в плитах фильтров необходимо иметь специальные подставки высотой не менее 1800 мм.

Сборник нефильтрованного сока перед фильтрами необходимо снабдить поплавковым устройством для указания уровня сока в нем. На трубопроводе, подводящем сок в фильтр, установить расходомер, снабженный счетчиком. Корпус фильтра и трубопроводы должны быть изолированы.

После монтажа фильтров вся установка должна быть испытана гидравлическим давлением 0,4 МПа.

В процессе фильтрации нельзя допускать соединения слоя осадка, образовавшегося на отдельных фильтрующих элементах, так как при промывке осадка обратным током жидкости из-за большого сопротивления могут разрушаться фильтрующие элементы.

Необходимо следить за давлением в коммуникациях, подводящих нефильтрованный продукт в фильтр, которое должно быть постоянным. В случае колебаний давления поступающего продукта слой осадка на фильтрующих элементах может давать трещины, что отрицательно сказывается на качестве фильтрата или осадок будет сползать с поверхности фильтрующих элементов.

При эксплуатации фильтров с керамической поверхностью фильтрации необходимо для разбавления кизельгура применять чистую воду, а также не допускать попадания масла на керамику. Загрязненная вода и масло закупоривают поры керамических элементов, и фильтр быстро выходит из строя.

В процессе эксплуатации часто могут быть следующие ненормальности: выходит мутный фильтрат или значительно повышается давление в фильтре. В первом случае чаще всего бывает повреждена поверхность фильтрации отдельных патронов. Необходимо остановить фильтр, снять верхнюю крышку и при помощи шланга подавать в патроны воду. Патроны, в которых вода проходит очень быстро, имеют поврежденную поверхность, их необходимо заменить.

Патронные фильтры имеют значительные недостатки: требуют постоянного давления в период нанесения вспомогательного фильтрующего слоя, применения сжатого воздуха для поддержания осадка в период спуска нефильтрованного сока перед промывкой осадка, подачи воздуха внутрь фильтрующих элементов при удалении осадка.

5.2 Дисковые фильтры типа ФД

Рис.4. Дисковый фильтр ФД-100

На корпусе фильтра в верхней части расположена труба 1 для циркуляции нефильтрованного сока, на которой установлен предохранительный вентиль 15. По этой трубе подводится также сжатый воздух внутрь фильтрата для вытеснения сока перед промывкой осадка.

Цикл фильтрации на данном фильтре состоит из следующих операций: фильтрации сока через элементы дисков 3 с отложением осадка на поверхности элементов обессахаривания осадка с получением промоя, удаления осадка и фильтра при помощи струй воды.

При использовании фильтра для фильтрации сока I сатурации применяются методическая промывка осадка и гидравлическое удаление его с поверхности фильтрующих элементов.

На некоторых сахарных заводах дисковые фильтры применяются для фильтрации сока II сатурации. В этом случае правила обслуживания фильтров остаются такими же, но необходимо учесть следующее при их установке.

Работа фильтров ведется без промывки осадка, а последний после гидравлического смыва сопловыми устройствами при помощи фильтрованного сока I или II сатурации направляется на преддефекацию через насос рециркуляционного сока. Поэтому при установке фильтров необходимо предусмотреть коммуникации для подвода сока и отвода смытого осадка, а коммуникации аммиачной воды и сжатого воздуха к фильтрам не подводятся.

Фильтрующий элемент (рис.5) состоит из желобчатого каркаса 5, трехслойной сетки 4, являющейся опорным основанием для холста 11. В нижней части каркаса вварен штуцер 7, который устанавливается в конусном отверстии втулки 6, трубовала 9. Таким образом, внутренняя полость фильтрующего элемента 3 соединяется с коллекторной трубкой 10 для отвода фильтрата. Штуцер имеет уплотнение 8.

Рис.5. Фильтрующий элемент дискового фильтра

Элемент укрепляется на трубовале 9 при помощи радиально расположенных шпилек. Шпильки ввинчены одним концом в приваренные площадки к трубовалу, а другим концом соединены с дугообразными желобчатыми накладками 2, которые при помощи гаек прижимают элементы к валу.

На элементы надевается фильтровальная ткань в один слой. В качестве ткани применяется бумажный холст типа бельтинг или тонкая капроновая ткань массой не менее 400 г/м².

Из фильтровальной ткани заранее сшиваются мешки двойным швом по размерам рамки с учетом усадки ткани, но одна боковая сторона мешка оставляется незашитой. Затем элемент вставляется в вывернутый мешок, и боковая сторона его зашивается двойным швом, а выступающий штуцер плотно обшивается и обматывается тесьмой.

При монтаже фильтров необходимо соблюдать следующее:

а) фильтрующие элементы на трубовале должны быть установлены перпендикулярно оси вала с одинаковыми промежутками между смежными дисками. Биение элементов в отдельных дисках не допускается более 3...4 мм;

б) оси сопел сопловой трубы должны быть параллельны плоскости дисков и находиться на одинаковом расстоянии от поверхности смежных дисков;

в) площадь сита в ловушке для воды, поступающей в сопла, должна быть не менее 1 м², а отверстия в сите должны иметь диаметр 1,5...2,0 мм;

г) для ручной смывки остатков осадка с фильтрующих элементов необходимо иметь брандспойт с насадкой диаметром 12 мм.

В период эксплуатации фильтров необходимо выполнять следующее:

а) один раз в смену производить осмотр фильтра с открытием люков. При обнаружении части осадка после его удаления на отдельных дисках его необходимо смыть при помощи ручного брандспойта;

б) проверить состояние форсунок сопловой трубы. Для этого необходимо повернуть сопловую трубу на 90° за рукоятку, открыть пробки на корпусе сопловой трубы и через лючки проверить состояние выходных отверстий сопел, в случае необходимости почистить их. Если проверка сопел производится при заполненном фильтре, перед проверкой необходимо снять давление с фильтра;

в) если из отдельной коллекторной трубки выходит мутный сок, необходимо остановить фильтр, снять давление с фильтра и заглушить трубку. При очередной остановке фильтра на смыв осадка проверяют состояние элементов, подключенных к этой коллекторной трубке. При проверке на конец трубки, выходящий в приемник сока, надевают насадку со шлангом, конец которого присоединяют к водяной коммуникации с давлением не более 0,15 МПа. Осматривая эту секцию через люк корпуса фильтра, можно легко определить поврежденный фильтрующий элемент по величине выходящей струи воды из него;

г) при длительных интервалах между смывом осадка очередных фильтров необходимо насос смывной воды и компрессор останавливать;

д) периодически, по мере засорения фильтровальной ткани, ее необходимо регенерировать, используя для этого кислотную установку для выпарной станции.

Перед регенерацией внутренность фильтра следует тщательно промыть горячей водой, а элементы очистить щетками. После регенерации внутреннюю часть фильтра и ткань элементов промыть водой.

5.3 Вакуум-фильтры

Рис.6. Схемы вакуум-фильтров: а - камерного; б - бескамерного

Секции покрываются опорной поверхностью, на которую накладывается холст. Холст натягивается и закрепляется проволокой из нержавеющей стали диаметром 2...3 мм при помощи специальных приспособлений.

Сверху над барабаном вакуум-фильтра расположены форсунки 7 для промывки осадка 4. Для удаления осадка из барабана вакуум-фильтра установлен нож 8. В корпусе фильтра имеется мешалка 9 для взмучивания осадка.

Для отвода фильтрованного сока, промоя и подвода сжатого воздуха, для отдувки осадка от холста к подвижной головке прижимается неподвижная головка.

На Рис.6, б показана принципиальная схема бескамерного вакуум-фильтра. По конструкции он значительно проще камерного фильтра, так как барабан его не имеет отдельных камер, отсутствуют также распределительные головки.

Перфорированный барабан 3 фильтра закрыт боковыми крышками, и поверхность его при помощи резинового уплотнения 19 делится на две зоны: зону 5, находящуюся под разрежением, и зону 7, в которой действует давление. В зоне разрежения происходят фильтрация суспензии, промывка и подсушивание осадка. Промой отводится из сборника, образованного стенками 8. В зоне давления осуществляются отдувка осадка при помощи воздуха, поступающего по трубе 12, и регенерация ткани при помощи пара иди жидкости, поступающих по трубе 13.

Барабан фильтра устанавливается на неподвижной полой оси 14 при помощи подшипников в корпусе 1. Полая ось 14 соединена трубой 15 с нижней частью барабана, фильтра, куда по устройству 16 подается сок. Для отвода продуктов фильтрации, а также подвода воздуха для отдувки осадка 2 и жидкости для регенерации ткани 22 полая ось делится на секции. В некоторых конструкциях фильтров для этой цели в полой оси устанавливаются специальные трубы. По верхней секции полой оси отводится промой, который собирается в сборнике 6. Левая секция соединена с вакуум - ресивером, через нижнюю секцию отводится отфильтрованный сок. Через правую секцию полой оси подводятся воздух для отдувки осадка и пар или жидкость для регенерации ткани.

Барабан обтягивается фильтровальной тканью, которая закрепляется проволокой 20. Вращение барабана осуществляется от привода через шестерню, прикрепленную к передней крышке барабана. Поверхность барабана фильтра погружена в суспензию на 50...60%.

Осадок промывается при помощи форсунок 4, отдувается воздухом, поступающим через щель 9, и удаляется ножом 11, имеющим цапфу 21 для осуществления установки. Через щель 10 производится регенерация ткани паром или жидкостью.

Резиновые уплотнения прижимаются к внутренней поверхности барабана при помощи полых резиновых подушек 17, в которые подводится вода по гибким шлангам 18. Давление воды должно составлять 0,5...0,6 МПа.

Так как резиновые уплотнения все время прижимаются к внутренней поверхности барабана и работают на истирание, то барабан внутри должен быть гладким. Практика эксплуатации вакуум - фильтров данного типа показывает, что уплотнения быстро изнашиваются. Применение ротационных уплотняющих устройств из синтетических материалов, видимо, может устранить этот недостаток. Камерный вакуум-фильтр БШУ-40-3-10 (рис.7) состоит из следующих узлов: привода барабана фильтра I, распределительных головок II и VI, барабана III, промывного устройства VII, мешалки для взмучивания осадка IV и привода мешалки V.

Рис.7. Камерный вакуум-фильтр БШУ-40-3-10

Кроме того, в его состав входят электродвигатель 1, вариатор 2, редуктор 3, патрубок 4 для сжатого воздуха, левая 5 и правая 16 распределительные головки, подшипник 6, шестерня 7, передняя крышка 8, подводящие трубы 9, барабан 10, коллекторные трубы 11, патрубок 12, форсунка 13, трубы 14 для промывки осадка, штанга 15, штуцер 17 для отвода фильтрата, редуктор 18, штанги 19 и 24, спускные штуцера 20 и 22, мешалка 21, корпус 23, штуцера 25, 26, 37 для отвода промоя, устройство 27 для крепления ножа, устройство 28 для намотки проволоки на барабан, кран 29, фильтр 30, кожух 31, распределитель 32, горизонтальные трубы 33 и 35, радиальные трубы 34 и 36, штуцер 38 для подвода суспензии, электродвигатель 39.

Сравнив рассмотренные выше различные типы фильтров для очистки воды, я пришел к выводу, что перед ними фильтр-пресс для тонкой очистки воды имеет как достоинства, так и недостатки. К достоинствам можно отнести малые размеры аппарата, высокую степень очистки воды, возможность непрерывной и периодической работы. К недостаткам - сложная конструкция фильтр-пресса и как следствие тяжелое обслуживание. Также необходимо проводить промывку и чистку фильтра от накопившегося осадка после каждого цикла фильтрации.

Заключение