машины и аппараты химических производст

Введение

Фильтр-пресс (англ. filter-press) — аппарат периодического действия для разделения под давлением жидких неоднородных систем (суспензий, пульп) на жидкую фазу (фильтрат) и твердую фазу (осадок, кек). Фильтр-прессы применяются для фильтрации широкого класса суспензий, а также они пригодны также для разделения суспензий с небольшой концентрацией твердых частиц и суспензий с повышенной температурой, охлаждение которых недопустимо вследствие выпадения кристаллов из жидкости.
Первые фильтр-прессы появились в Англии и США в середине XIX века. Одно из первых предприятий успешно применявших фильтр-прессы на очистных сооружения — сахарный завод в г. Вустер (Worcester) штат Массачусетс США в период с 1898 по 1917. До начала 1970-х фильтр-прессы не могли обходиться без применением тяжелого физического тру-да, что делало их малоэффективными по сравнению с вакуум-фильтрами. Определенный прогресс в технологиях механизации и автоматизации поз-волил создать системы раздвижки плит, выгрузки осадка, промывки и ре-генерации фильтроткани. Фильтр-прессы широко применяются как в про-мышленности, так и в коммунальном хозяйстве. С 1888 г. (официальная дата изобретения фильтр-пресса — 27 ноября) в мире было зарегистриро-вано более 400 патентов на фильтр-прессы и элементы их конструкции. Основная масса изобретений касается устройства пакета фильтровальных элементов — рам и плит.
С конца 50-х гг. XX века можно отсчитывать новый этап в истории и технологии фильтр-прессов. Бурное развитие индустрии пластмасс приве-ло к созданию конструкционных термопластов, пригодных для использо-вания в качестве материала пластин и плит. В настоящее время для произ-водства фильтровальных плит в основном применяются полипропилен (PP), поливинилиденфторид (PVDF), этилен-пропилен-диен-метилен (EPDM, СКЭПТ, этилен-пропиленовый каучук). Их применение оправдано уникальным сочетание их качеств: механическая прочность, малый вес, химическая стойкость.
Первоначально зажим и раздвижка плит на фильтр-прессе осуществ-лялся с помощью механического винта вручную. Далее вместо ручного привода стал использоваться электромеханический привод. Но у системы зажима плит винтом был один существенный недостаток — низкое давле-ние фильтрации, не более 0,6 МПа. Во второй половине XX века в кон-струкции фильтр-пресса появился объемый гидравлический привод, ситу-ация изменилась, стало возможной фильтрация при давлении до 3,0 МПа. Также был механизирован и автоматизирован процесс раздвижки филь-тровальных плит (рам), съема осадка, регенерации фильтровальной ткани. Но настоящую революцию пережили фильтр-прессы с созданием в сере-дине 60-х гг. фильтровальных плит с отжимной мембраной (диафрагмой). Мембраны значительно расширяют возможности фильтр-пресса. Принцип их действия таков: мембраны под действием давления (жидкости или газа) вздуваются, объем фильтровальных камер уменьшается и осадок под дей-ствием давления сжимается, поры в осадке сокращаются, из-за чего проис-ходит дополнительное выделение жидкой фазы из осадка.
1. Технологический расчет фильтр-пресса

Таблица 1 – Исходные данные для расчёта фильтра периодического действия
№
п/п Наименование параметра Обозначение Размерность Значение
1 Перепад давления ∆рд*10-6 Па 0,67
2 Производительность по суспензии Vc, м3/ч 3
3 Массовая концентрация твѐрдой фазы в
суспензии хm % 15
4 Жидкая фаза - - вода
5 Плотность твѐрдой фазы ρт кг/м3 2500
6 Сопротивление фильтровальной
перегородки rф.п∙10-9 1/м 12

7 Массовая влажность осадка после
фильтрования W % 37
8 Промывочная жидкость - - NaOH
11 Время сушки осадка τс сек 75
12 Время вспомогательных операций τв сек 1300
13 Параметр А*10-9 - 26
14 Параметр n - 0,28

Подбор рамного фильтр-пресса осуществляется зависимости от величины требуемой поверхности фильтрования.
Производительность фильтра по фильтрату рассчитывается через скорость фильтрования за весь цикл обработки суспензии на фильтре:
,
где, Fф- площадь фильтровальной перегородки, м2;
Кп-поправочный коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления фильтрующей перегородки при многократном ее использовании. Кп=0,8.
Км- поправочный коэффициент, учитывающий возможные колебания свойств промышленной суспензии и масштабный переход от лабораторной модели к промышленному фильтру, Км=0,7-0,9;
– средняя скорость фильтрования за полный цикл. Тогда, площадь фильтровальной перегородки будет равна:

Для определения производительности фильтра по фильтрату воспользуемся следующей зависимостью:


где Vc – производительность фильтра по суспензии, м3/с,
х0 – отношение объема отфильтрованного осадка к объему полученного фильтрата.
Тогда:


Определим отношение объема отфильтрованного осадка к объему
полученного фильтрата:



где ρос – плотность влажного осадка, кг/м3.
Плотность влажного осадка характеризуется зависимостью:


кг/м3
где ρж – плотность жидкой фазы, кг/м3.
Используя справочные данные определим плотность жидкой фазы ρж= 1219 кг/м3 при t=20°С.
Средняя скорость фильтрования определяется по формуле:


где υуд.ф – объем фильтрата, полученный с 1 м2 фильтрующей перегородки за время фильтрования τф, м3/м2;
τц – время полного цикла работы фильтра, с.