3. Теоретическая часть

3.1. Общая характеристика фильтр - прессов периодического действия.

Основными данными для выбора типа фильтр-пресса периодичес­кою действия, так же как и для барабанного вакуум-фильтра являются технологические требования, свойства суспензии и осадка, скорость осаждения твердой фазы, агрессивность и токсичность суспензии, способность осадка удерживаться на вертикальной по­верхности. Необходимо учитывать, что малая концентрация твердой фазы и повышенные требования к ее уносу вообще исключают возмож­ность применения фильтров непрерывного действия (см. табл.3.I).

Таблица 3.1

Влияние свойств суспензии на выбор типа фильтра

Тип фильтра	Свойства суспензии
	Скорость осаждения твердой фазы, мм/с	Объемная концент­рация, %	Скорость образова­ния осад­ка, мм / мин	Скорость фильтро­вания, 104м/с
Фильтр-пресс рамный Барабанный вакуум-фильтр	<18 <18	не ограни­чена > 5	< 10 > 1	< 400 400-0,2

Периодически действующие фильтры предназначены в основном для разделения суспензий. К основным типам периодически дейст­вующих жидкостных фильтров относятся фильтры с плоской горизон­тальной фильтрующей перегородкой, намывные батарейные и многокамерные. В качестве фильтрующей перегородки в указанных конст­рукциях фильтров используются насыпные материалы (песок, гравии и т.д.), ткани (сукно, бельтинг, стекловолокно), твердые пористые материалы (пористая керамика), перфорированные листовые пласти­ческие материалы и т.д. Фильтры указанного типа могут работать как под вакуумом, так и под давлением, выгрузка осадка может производиться вручную или автоматически.

Дли увеличения производительности фильтров, создаются такие конструкции аппаратов, у которых обеспечивается максимальное развитие площади фильтрования в единице объема аппарата. С этой целью отдельные фильтрующие элементы с развитой фильтрующей поверхностью соединяют друг с другом в блоки или батареи. При­мерами таких конструкций фильтров являются камерные и рамные фильтр - прессы.

3.2. Методика технологического расчета

3.2.1. Определение времени работы фильтра

Время полного цикла работы фильтра периодического действия складывается из затрат времени на проведение основных операций фильтрации , промывки и сушки осадка ,а также вспомогательных , включающих операции сборки и раз­борки фильтра, загрузки суспензии, выгрузки осадка и т.д.

(3.1)

Для приближенных расчетов может быть принято равным = 60/180с

Время, затрачиваемое на проведение вспомогательных опера­ций, зависит только от конструкции фильтра и его размеров и оп­ределяется на основании существующих нормативов. Это обусловли­вает наличие оптимального времени фильтрования, при котором про­изводительность фильтра будет максимальной.

Экономически выгодно, чтобы время фильтрования было равно

(3.2)

Толщина слоя осадка , набираемого за время фильтрова­ния в рамных фильтр – прессах, должна быть равна половине ширины рамы.

Так как ∆р в рамном фильтр-прессе создается при помощи шестеренчатого насоса 7 (см. рис. 4.1) , то он работает в ре­жиме постоянной скорости

Время фильтрования в режиме постоянной скорости определяется как

Где - средняя скорость фильтрования, (м³/м²*с) (3.3)

м³/м² (3.4)

Где - толщина осадка на фильтрующей перегородке, м;

- отношение объема отфильтрованного осадка к объему полу­ченного фильтрата

, ( 3.5)

Где - объем осадка, м³; - объем фильтрата, м³; - массовая концентрация твердой фазы в суспензии, кг/м³ ; W- массовая влажность осадка после фильтрования, доля

_, ( 3.6)

где - масса твердого осадка, кг.

Плотность влажного осадка получается из выражения

_. (3.7)

3.2.2. Определение скорости фильтрования и производительности фильтра.

При режиме фильтрования с постоянной скоростью фильтрования на фильтре непрерывно растет. Максимально допустимое значение перепада давления устанавливается либо в зависимости от свойств разделяемого осадка, либо ограничивается конструктивными возможностями самого фильтра.

При фильтровании через плоскую поверхность при средняя скорость фильтрации определяется

(3.8)

Величина среднего удельного сопротивления осадка берется соответствующей его значению при , т.е. в конце процесса фильтрования.

Уравнение (3.8) может быть решено относительно времени фильтрования до достижения допустимого перепада давления

(3.9)

где - перепад давления, теряемый на определение сопротивления фильтрующей перегородки, Па

(3.10)

Скорость фильтрования определяется производительностью установленного насоса, а в случае расчета режима оптимальной производительности для цикла, включающего промывку, находится из уравнения

(3.11)

где (3.12)

Удельный объем фильтрата, полученный за время работы в режиме постоянной скорости, равен

(3.13)

Толщина осадка

(3.14)

Время промывки

(3.15)

где

Предельная толщина осадка на фильтрующей перегородке

(3.16)

Производительность фильтра по фильтрату с учетом забивки фильтрующей перегородки

(3.17)

Где -средняя скорость фильтрования за цикл, м³/м² с;

=0,8- поправочный коэффициент

(3.18)

3.3. Расчет усилия зажима для фильтра-пресса

Усилие зажима блока, собранного из рам и плит, должно обеспечить надежное уплотнение по плоскостям прилегания рам и плит, предотвращающее просачивание жидкости под действием давления фильтрования. Величина усилия зажима блока находится как сумма

где - сила давления жидкости на плиту; - сила давления по площади контакта рам и плит. Значения этих сил можно рассчитать как

и ,

где - давление фильтрования ; - площадь плиты, воспринимающая давление жидкости и равная площади поверхности фильтрования в пределах одной фильтрующей салфетки; - минимальное давление на площади контакта рам и плит, необходимое для герметизации их стыка; - площадь контакта между рамой и плитой.

Согласно опытным данным для фланцев, соприкасающихся по двум гладким одинаковым поверхностям, .

4. УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РАБОТЫ РАМНОГО ФИЛЬТР-ПРЕССА.

Установка (рис.4.1) состоит из мешалки, насоса для подачи суспензии и фильтр-пресса.

Мешалка предназначена для перемешивания фильтрующейся суспензии и предотвращения ее расслаивания. Она состоит из емкости 1, в которую заливается суспензия, центробежного циркуляционного насоса 2, всасывающей трубы 3 и нагнетательного трубопровода 4. Суспензия забирается циркуляционным насосом из емкости с помощью всасывающей трубы и вновь подается в емкость по нагнетательному трубопроводу. Степень перемешивания суспензии регулируется путем изменения ее расхода с помощью крана 5.

В фильтр – пресс 6 суспензия подается шестеренчатым насосом 7 по нагнетательному трубопроводу 8, при этом часть суспензии по байпасной трубе 9 может поступать обратно в емкость 1. Регулировка давления фильтрования и подачи суспензии в фильтр-пресс осуществляется с помощью кранов 10 и 11. Давление фильтрования контролируется манометром 12. Байпасная линия позволяет не только регулировать давление фильтрования и подачу суспензии, но и дополнительно перемешивать ее в емкости 1.

Усилие давления на подвижную концевую плиту 13 создается с помощью винта 14,вращаемого маховиком 15. Величина этого усилия замеряется динамометром 16.

Фильтрат отводится из фильтр – пресса через патрубок 17 и собирается в мерную емкость 18.

Привод центробежного и шестеренчатого насоса осуществляется от электродвигателей 19 и 20.

Схема устройства экспериментальной установки для испытания работы рамного фильтр - пресса

Конструкции плит и рам показаны на рис.4.2.

Рис.4.2 Схема плиты и рамы фильтр – пресса. 1- плита; 2- рама.

5. ИСПЫТАНИЕ РАБОТЫ РАМНОГО ФИЛЬТР-ПРЕССА

1. Ознакомиться с устройством лабораторной установки, конструкцией рам и плит и устройством динамометра для замера усилия зажима. Провести обмер плит и рам и рассчитать значения площадей , , .

2. Провести хронометраж времени операций по разборке блока плит и рам, подготовке фильтр-пресса к работе и определить время

.

3. Зная значения величин , и , найденных предвари­тельно экспериментально, на основании формул (3.3), (3.4), (3.5)-(3.7) определить время фильтрования для получения осадка толщиной (при заданном перепаде давления , , и ).

4. По формуле (З.15) определить и (3.1) определить продол­жительность рабочего цикла.

5. Определить наивыгаднейшую скорость фильтрования по формулам (3.4) и (3.12)

6. По формуле (3.16) определить предельную толщину осадку

7. Производительность фильтра по фильтрату по формуле (3.17) и (3.18).

8. Для заданного перепада давления фильтрования рассчитать уси­лие зажима по формулам (3.20) - (3.22).

9. Собрать блок из рам и плит, проложив между ними фильтровальные салфетки, и создать на подвижную концевую плиту зажимное усилие, равное расчетному.

10. Закрыв кран 10 (см. рис.4.1) и открыв кран 2 , запустить шестеренчатый насос 7. Плавно открывая кран 10 и закрывая кран 2, создать заданный перепад давления фильтрования, поддерживая его в дальнейшем постоянным. В процессе работы филь­тра необходимо убедиться в отсутствии утечек по плоскостям контакта рам и плит пакета.

11. Периодически замерять объем фильтрата, полученного с момен­та начала работы фильтра, и продолжительность процесса фильтрования. На основании этих данных построить график зависи­мости , по которому определить время фильтрования

Соответствующее удельному объему для заданной толщины осадка рассчитать фактическую среднюю производительность филь­тра за рабочий цикл как

Сравнить эту производительность с ее расчетным значением.