Фильтрование под вакуумом. Барабанные вакуумные фильтры Барабанный вакуум-фильтр co сходящим полотном

Практическое занятие № 19

Фильтрование под обычным давлением через простой бумажный фильтр

Формирование новых понятий и способов действий.
Вопросы:

1. Общие сведения о фильтровании. Бумажные фильтры.

2. Правила фильтрования.

3. Промывание осадков.

4. Фильтрование под вакуумом.

Общие сведения о фильтровании. Бумажные фильтры

Фильтрованием называется процесс отделения от жидкости находящихся в ней частиц твёрдого вещества при помощи фильтрующей перегородки. Жидкость, отделяемая при фильтровании, называется фильтратом. Существуют различные фильтрующие материалы и способы фильтрования.

Бумажные фильтры. Самым распространённым материалом, применяемым в лаборатории для фильтрования, служит фильтровальная бумага. В отличие от обыкновенной бумаги она изготавливается из более чистого материала и не проклеивается. Фильтровальная бумага выпускается обычная и беззольная. При сжигании фильтров, приготовленных из беззольной бумаги, получается незначительное количество золы - примерно 0,0001-0,0002 г при сжигании одного фильтра средней величины. Точноеколичество золы. Получаемое при сжигании таких фильтров, указывается на фабричной этикетке на каждой пачке. Беззольная бумага употребляется при точных аналитических работах, связанных с сжиганием осадка вместе с фильтром. Во всех других случаях применяется обычная фильтровальная бумага. Кроме того, беззольные фильтры отличаются друг от друга по степени плотности. Наименее плотные фильтры обернуты лентой черного цвета - отсюда название «черная лента». Они предназначены для отделения студенистых осадков, например гидроксидов металлов. Фильтры средней плотности обернуты лентой белого цвета («белая лента») и предназначаются для отделения большинства осадков. Наиболее плотные фильтры обернуты голубой лентой («голубая лента») - их применяют для отделения мелкозернистых осадков, так как фильтрование через них идет медленно. Обычно в методике того или иного количественного определения указано, какой плотности фильтр следует выбрать.

Из фильтровальной бумаги делают простые и складчатые фильтры.Простой фильтр употребляют в тех случаях, когда отделяемый осадок нужен для дальнейшей работы. Размер фильтра определяют величиной осадка, а не объемом фильтруемой жидкости. Осадок должен занимать около 1/3 фильтра и ни в коем случае не больше его половины.

Простой фильтр изготовляют следующим образом. Кусок фильтровальной бумаги складывают вчетверо и округляют ножницами края. Беззольные фильтры округлять не надо, так как они выпускаются в виде кругов определенного диаметра. Фильтр разгибают так, чтобы он не был сложен только вдвое и вновь перегибают у центра таким образом, чтобы две половины линии предыдущего сгиба не вполне совпали друг с другом. Угол, перед которым надо перегибать фильтр. Находят опытным путем, он зависит от угла воронки, который редко бывает равен точно 60°.

Сложив фильтр. Отрывают от него внешний угол для того, чтобы во влажном состоянии его можно было прижать к стенкам воронки. Затем отгибают от фильтра % и вставляют в воронку.Складчатый фильтр применяется только в тех случаях, когда отделяемый осадок не нужен для дальнейшей работы, например при перекристаллизации реактивов и приготовлении различных растворов. Фильтрующая поверхность складчатого фильтра больше, чем простого, поэтому фильтрование через него идет быстрее. В данном случае размер фильтра определяется количеством фильтруемой жидкости, а не размером осадка. Складчатый фильтр изготовляют вначале как простой, затем, разогнув после округления краев, фильтр, сложенный пополам, складывают гармошкой так, чтобы каждая долька была примерно равна 1/6 или 1/3 четверти фильтра.

Правила фильтрования.

Для фильтрования при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении применяют стеклянные воронки. Воронку вставляют в кольцо штатива и под неё ставят стакан для фильтрата. Носик воронки должен немного входить в стакан и прикасаться к его стенке. Конец трубки должен быть на достаточной высоте от дна стакана, чтобы при наполнении стакана фильтратом трубка воронки не оказалась погруженной в жидкость.

В воронку вставляют фильтр такого диаметра, чтобы его края были ниже краев воронки на 0,5-1,0 см. Затем смачивают фильтр водой из промывалки и прижимают пальцем плотно к стенкам воронки. Если налить теперь воду на фильтр, то она должна заполнить всю трубку воронки. Если этого не происходит, то закрывают конец воронки пальцем и наполняют воронку водой. Осторожно отодвинув в одном месте фильтр от стекла, дают воздуху подняться вверх и снова плотно прижимают фильтр к стеклу. Трубка воронки заполняется водой, и столбик жидкости в трубке своей массой производит некоторое отсасывание фильтрата и этим ускоряет фильтрование.

Если фильтрат собирают в колбы (конические или плоскодонные), то воронку не следует вставлять непосредственно в горло колбы. На горло колбы кладут фарфоровый или проволочный треугольник и в него вставляют воронку. Можно между воронкой и гирлом колбы вложить кусочек бумаги, сложенный в несколько раз. При фильтровании в колбу редко удается до конца фильтрования сохранить столбик жидкости в трубке воронки, поэтому фильтрование идет медленнее.

Когда воронка с фильтром полностью подготовлена, вставляют воронку в кольцо штатива и подставляют под нее чистый стакан или колбу так, как это было описано выше.

Стакан, содержащий фильтруемую жидкость, берут правой рукой и поднимают немного над воронкой. Стеклянную палочку. Которая служила для перемешивания при осаждении, осторожно вынимают из стакана, чтобы ни одна капля жидкости не упала на стол. Палочку держат левой рукой вертикально над воронкой, стараясь чтобы нижний конец палочки находился близко от фильтра. Но не касался его, чтобы не порвать. Для предупреждения разрыва при случайном прикосновении палочки к фильтру следует держать палочку у той стороны фильтра, где он сложен втрое. Стакан придвигают к палочке, чтобы он прикоснулся к ней своим носиком, и осторожно наклоняют. Жидкость должна стекать по палочке не разбрызгиваясь. Жидкость наливают на фильтр до тех пор. Пока уровень жидкости не будет отстоять от краев бумаги на 0,5 см.

При перенесении жидкости на фильтр стараются не взболтать осадок, находящийся на дне стакана. Если жидкость свободно проходит через фильтр, то раствор надо лить непрерывно. Если жидкость проходит через фильтр медленно, то налив жидкость на фильтр, снимают последнюю каплю с носика на палочку, помещают палочку в стакан и ставят на стол. Когда большая часть жидкости пройдет через фильтр, доливают новую порцию.

После того как большая часть жидкости будет слита с осадка на фильтр, приступают к промыванию осадка.

При фильтровании через складчатые фильтры трубка воронки не заполняется водой и фильтр смачивать водой не обязательно. Однако при фильтровании нужно соблюдать все правила, описанные выше.

Горячее фильтрование. Иногда возникает необходимость вести фильтрование, не допуская охлаждения раствора. В таких случаях применяют воронки для горячего фильтрования. Обычно это керамическая воронка с электронагревателем типа электроплиты или металлическая воронка, обогреваемая водяным паром или горячей водой. В воронку для горячего фильтрования вставляют стеклянную воронку, в которую помещают бумажный фильтр. Затем производят фильтрование, соблюдая все указанные выше правила.

Промывание декантацией. При промывании декантацией струей промывной жидкости из промывалки смывают со стенок стакана приставшие к ним частицы осадка, взбалтывают осадок, перемешивают палочкой и дают осадку отстояться. Количество промывной жидкости зависит от размера осадка и его свойств, однако в любом случае не рекомендуется наливать сразу большое количество промывной жидкости. Когда жидкость станет прозрачной, ее переносят на фильтр, приливают в стакан новую порцию промывной жидкости и весь процесс повторяют 3-4 раза.

Перенесение осадка на фильтр. Для перенесения осадка на фильтр наливают в стакан промывную жидкость, взбалтывают осадок и, не давая ему стечь, переливают вместе с осадком на фильтр до тех пор, пока на фильтре не окажется почти весь осадок. Эту операцию надо проводить особенно осторожно и следить за тем, чтобы не наполнить фильтр до краев, иначе осадок будет засасываться за фильтр и попадать в фильтрат.

Частицы осадка, оставшиеся на дне стакана, удаляют следующим образом. Вынимают стеклянную палочку из стакана и кладут ее на стакан таким образом, чтобы она выдавалась наружу у носика на 3-4 см. Затем берут стакан в левую руку, прижимая палочку к нему левым указательным пальцем, и наклоняют стакан над воронкой так, чтобы жидкость стекала, не разбрызгиваясь. В правую руку берут промывалку и направляют струю промывной жидкости на стенки и дно стакана, смывая на фильтр частицы осадка. В этом случае надо также внимательно следить, чтобы промывная жидкость не доходила до краев фильтра. При проведении качественного анализа на этом можно закончить перенос осадка на фильтр. В количественном анализе необходимо удалить и мельчайшие частицы осадка.

Для этого берут кусочек беззольного фильтра, опускают его в стакан и при помощи стеклянной палочки тщательно протирают этим кусочком стенки и дно стакана, предварительно смочив их промывной жидкостью. Этот кусочек беззольного фильтра переносят на фильтр, находящийся в воронке, затем берут другой влажный кусочек беззольного фильтра, вытирают им стеклянную палочку и опускают этот кусочек также на фильтр. После этого стакан и стеклянную палочку тщательно просматривают на свет. Если обнаруживают частицы осадка, то операцию с кусочком фильтра повторяют.

Промывание осадка на фильтре. После перенесения всего осадка на фильтр приступают к промыванию его на фильтре. Вместо стакана с фильтратом под воронку ставят чистый пустой стакан. Направляют струю промывной жидкости на воронку, обводя ею края фильтра. Обойдя фильтр по краю 2-3 раза, смывают осторожно вниз тонкий слой осадка, покрывающий верхнюю часть фильтра. Когда фильтр будет наполнен примерно наполовину, прекращают промывание и дают жидкости полностью стечь.

При промывании осадка нужно соблюдать следующие правила: никогда не направлять струю промывной жидкости в середину фильтра; особенно тщательно промывать края фильтра; не наливать следующую порцию промывной жидкости, не дав полностью стечь предыдущей порции. Операцию промывания на фильтре повторяют 8-10 раз, после чего проверяют осадок на полноту промывания. Для этого осторожно вынимают воронку из кольца, обмывают трубку воронки небольшим количеством воды и собирают 1-2 мл промывных вод в пробирку. К содержимому пробирки прибавляют соответствующий реактив, дающий осадок или окрашивание с теми примесями, от которых отмывают осадок. Если образовался осадок или появилась окраска, повторяют промывание 2-3 раза и снова проводят проверку осадка на полноту промывания.

Фильтрование под вакуумом.

В лабораториях очень часто применяют фильтрование под вакуумом, так называемое отсасывание. Отсасывание применяется для ускорения фильтрования и более полного освобождения осадка от фильтрата. Для этого к водоструйному насосу присоединяют сначала предохранительную склянку, а затем колбу Бунзена.

Можно между предохранительной склянкой и колбой Бунзена поставить трехходовой кран. Это позволит при окончании фильтрования уровнять давление в системе с атмосферным давлением и тем самым предотвратить переброс воды при выключении водоструйного насоса. В колбу Бунзена вставляют воронку Бюхнера или тигли для фильтрования (так называемые фильтры Шотта или тигли Гуча).

Воронки Бюхнера - это фарфоровые воронки с сетчатым дном, отличающиеся диаметром и высотой бортов. Воронку Бюхнера выбирают соответственно количеству осадка. Воронку Бюхнера вставляют в резиновую

пробку, подобранную к колбе Бунзена. На сетчатое дно внутри воронки кладут один или два кружка фильтровальной бумаги. Диаметр фильтра должен быть точно равен диаметру дна воронки или меньше на 2-3 мм. Если фильтр больше, чем дно воронки, то его обрезают)ни в коем случае нельзя загибать края).

Через воронку Бюхнера обычно производят фильтрование продукта после очистки его перекристаллизацией, а также при неорганическом или органическом синтезе.

Фильтры Шотта применяют при гравиметрическом анализе, когда осадок нельзя прокаливать, а можно только высушивать. Эти фильтры представляют собой стеклянный тигель с пористым дном (четыре вида пористости). Фильтр Шота вставляют, как и воронку Бюхнера, в резиновую пробку, подобранную к колбе Бунзена.

Прежде чем приступить к фильтрованию, включают водоструйный насос, наливают из промывалки немного дистиллированной воды на фильтр и прижимают края фильтра к дну воронки. При работающем насосе не должен возникать свистящий звук, что указывает на неплотно приложенный фильтр. При фильтровании через воронку Бюхнера соблюдают все правила фильтрования, описанные выше. Нужно следить, чтобы осадок не переполнял воронку. Фильтрат, собирающийся в колбе Бунзена, ни в коем случае не должен доходить до отростка, соединяющего колбу с предохранительной склянкой. Если фильтрата набралось много, то фильтрование следует прекратить, опорожнить колбу Бунзена и только после этого возобновить работу. Иногда вследствие изменения давления воды в водопроводе происходит переброс воды из водоструйного насоса в предохранительную склянку. В этом случае отъединяют всю систему от водоструйного насоса, выливают воду и снова присоединяют к насосу колбу Бунзена.

Для прекращения фильтрования осторожно отъединяют колбу Бунзена от предохранительной склянки, а затем выключают водоструйный насос. Если водоструйный насос выключить сразу, то может произойти переброс воды не только в предохранительную склянку, но и колбу Бунзена. Когда в воронке собирается достаточное количество осадка, его подпрессовывают предварительно чисто вымытой стеклянной пробкой, дном флакона или стакана. После окончания фильтрования и выключения водоструйного насоса воронку вынимают из колбы, переворачивают над куском фильтровальной бумаги или какой-либо подготовленной посудой и осторожно постукивают по стенкам воронки, чтобы осадок выпал из неё.

В некоторых случаях применяется фильтрование через асбестовые фильтры, которые представляют собой обработанное и высушенное при определённых условиях асбестовое волокно. Асбестовые фильтры вкладывают в тигли Гуча (фарфоровые или платиновые тигли, имеющие сетчатое дно), которые вставляют в колбу Бунзена и фильтруют с соблюдением всех правил фильтрования под вакуумом.

Домашнее задание:

Данные приспособления - это устройства, которые сегодня активно используются в промышленности, к примеру, на Новоангарском обогатительном комбинате, который находится в Красноярском крае. Их основная задача - это обогащение полезных ископаемых. Этот агрегат относится к устройствам непрерывного действия. Основной принцип его работы - разделение жидких неоднородных систем под давлением. Разделение происходит на две фазы - твердую (кек) и жидкую (фильтрат).

Описание устройства ленточного типа

Один из довольно распространенных приборов - это ленточный вакуум-фильтр. Его особенность заключена в том, что в таком устройстве направление перемещения фильтрата будет совпадать с направлением движения действующей силы тяжести. Также этот прибор является непрерывным по роду своей деятельности. В конструкции агрегата имеется перфорированная резиновая лента, перемещение которой обеспечивается за счет действия двух барабанов - приводного и натяжного.

Движение ленты осуществляется внутри замкнутого контура. Ткань в данном случае играет роль фильтрующей перегородки, которая прижимается к ленте при помощи роликов. Суспензия, которую нужно отфильтровать при помощи такого вакуум-фильтра, находится в специальном лотке, откуда она подается на фильтрующую ткань. Из-за наличия разности давлений разные фракции фильтрата будут подаваться в вакуум-камеры, которые расположены прямо под лентой.

После он выводится из аппарата. Во время проведения процедуры на будет оставаться осадок, который после завершения этапа фильтрации необходимо смыть. Смыв осуществляется при помощи воды, которая подается из форсунок. Жидкость для промывки ткани также отсасывается в вакуум-камеры, но уже другого типа, после чего она также выводится из агрегата.

Что касается основных преимуществ таких вакуум-фильтров, то к ним можно отнести простоту устройства, возможность обезвоживания осадка, отличные условия промывки. К плюсам также часто относят и то, что аппарат не имеет распределительной головки. В таком оборудовании (из-за наличия регенерации ткани и ее очистки) можно промывать даже труднофильтруемые суспензии.

Описание элементов дисковой конструкции

Дисковые вакуум-фильтры состоят из набора достаточно простых элементов. Основные составные части устройства - это корыто, несколько дисков, а также распределительная головка. Диски этого прибора закреплены на вращающемся валу ячейкового типа. Процесс фильтрации осуществляется за счет того, что каждый диск имеет от двенадцати до восемнадцати ячеек, которые обтянуты фильтровальной тканью или же сеткой. Что касается секторов этого вакуум-фильтра, то обычно они сделаны из такого материала, как металл или же полипропилен. Процесс крепления начинается с вала, у которого полая структура, две стенки - внутренняя и наружная, стыковка на опорных подшипниках. Именно между этими стенками и располагаются ячейки дисков в нужном количестве.

Общее описание прибора

Как и в случае с ленточным типом, фильтрование осуществляется при помощи перегородки. В данном случае получается так, что фильтровальный материал разделяется на осадок, то есть твердые частицы, остающиеся с одной стороны перегородки, а также на жидкую субстанцию, то есть фильтрат. Он проходит сквозь перегородку и накапливается с другой стороны. Для того чтобы успешно провести процесс, необходимо добиться условия, которое заключается в том, что давление поступающей суспензии должно превышать давление, которое имеется с другой стороны перегородки.

Чтобы это произошло, необходимо сильно увеличивать массу суспензии перед ее подачей. Для этого ее искусственным образом нагнетают, используя для этого различные насосы, давление газа или даже создание вакуума с обратной стороны перегородки.

Стоит также отметить, что поступает в данный аппарат с перерывами. Другими словами, дисковое устройство (как и, к примеру, барабанное) работает по циклам. Здесь существуют некоторые ограничения, которые касаются суспензии. Во-первых, чтобы использовать дисковый фильтр, она должна быть полностью безопасной, а во-вторых, жидкая фаза, то есть фильтрат суспензии - не должен кристаллизоваться при нахождении в среде вакуума. В таких фильтрах нельзя обрабатывать суспензию, которая относится к взрывоопасному, огнеопасному или ядосодержащему классу.

Принцип действия аппарата

Фильтровальная установка дискового типа работает по следующему принципу.

В момент того, как вал начинает вращаться, все ячейки фильтра по очереди начинают сообщаться с камерами распределительной головки. Поступление фильтрата в фильтровальной зоне осуществляется под действием вакуума. Он попадает в полость сектора, то есть ячейки, проходя перегородку. После начинается процесс отвода фильтрата из агрегата через ячейки вала и камеру, которая сообщается с линией вакуума.

Что касается твердой части элемента, то она остается на поверхности перегородки. Из-за этого в фильтровальной установке такого типа на поверхности ткани образуется довольно толстый слой осадка всего за несколько минут эксплуатации оборудования.

Кроме того, у прибора также имеется зона просушки и зона обезвоживания. В этих участках осуществляется процесс отсасывания влаги, которая осталась на осадке, после чего она также выводится из устройства по специальному каналу. В агрегате имеется еще одна камера, которая предназначена для подачи сжатого воздуха на перегородку, чтобы отделить от нее осадок. Окончательное отделение осуществляется вручную, ножом. Для подачи сжатого воздуха одним мощным импульсом у прибора имеется клапан отдувки. У этого фильтрования, как и у ленточного, есть возможность регенерации ткани. Для этого она проходит через специальную отдельную камеру, в которой подвергается воздействию воздуха или пара для очистки.

Однако здесь есть небольшое отличие, которое кроется в том, что регенерирующая зона применяется только в том случае, если осадок слишком сильно забил перегородку, в отличие от ленточного, где регенерация обязательна. Стоит обратить внимание на корыто, которое обычно представляет собой сварную конструкцию с переливным желобом. Основная задача данной детали - это поддержание постоянного одинакового уровня суспензии.

Барабанное устройство

Конструкции вакуум-фильтров достаточно разнообразны. Барабанное устройство - еще одна разновидность такого агрегата.

Он представляет собой вращающийся цилиндрический перфорированный барабан. Деталь покрывается металлической сеткой, а также покрывается сверху тканью для фильтрации. Чаще всего такие аппараты применяются в химической промышленности, особенно если они имеют фильтрующую поверхность наружного типа. Отличие данных приборов от других в том, что их очень просто использовать, степень их фильтрации довольно высока, а также с их помощью можно обрабатывать самые разные суспензии. Некоторые сложны при проектировании, поэтому приходится точно рассчитать большое количество деталей.

Принцип работы и рабочие зоны барабанного прибора

Сразу стоит отметить, что вакуум-фильтр такого типа работает по цикличному принципу, а не по непрерывному, кроме того, он поделен на 4 рабочие зоны.

Рабочая зона номер 1 является фильтровальной, а также служит для подсушки осадка. Именно в ней осуществляется соединение камер с линией вакуума. Из-за наличия вакуума, который создает давление на фильтрат, он проходит через фильтровальную сетку, перфорацию барабана, а затем попадает в середину ячейки. После осуществляется отвод фильтрата по специальной трубе из агрегата. В это же время на наружной стороне сетки формируется осадок, который будет частично подсушиваться в тот момент, когда ячейки станут выходить из суспензии.

Далее следует вторая рабочая зона, где осуществляется промывка и сушка осадка. В этой зоне также происходит соединение ячеек с линией вакуума. Прибор настроен таким образом, что он подает специальную промывочную жидкость, которая проходит сквозь фильтровальную сетку, после чего выводится из устройства. В тех местах, где жидкость не поступала, осадок будет высушиваться.

Третья рабочая зона - это место осадка. В данном случае ячейки будут соединены не с линией вакуума, а с линией сжатого воздуха. При его подаче он будет разрыхлять осадок, что упрощает процесс его удаления. Затем твердый фильтрат полностью удаляется с сетки при помощи ножа.

Последняя четвертая зона служит для регенерации фильтровальной сетки. Для этого в барабанном агрегате используется сжатый воздух, который освобождает перегородку от любых частиц, оставшихся на ней.

После того как работа будет закончена, цикл рабочей зоны повторяется. Сами зоны работают последовательно, но при этом они не зависят друг от друга. Благодаря этому можно создать видимость непрерывного процесса работы барабанного устройства, хотя по сути своей работы он все же считается цикличным. Стоит добавить, что во время процесса вращения появляются мертвые зоны, в которых ячейки полностью отсоединены от подачи как сжатого воздуха, так и вакуума.

Общее описание этапов работы

Стоит сказать о том, что любой вид такого оборудования работает по общему для всех принципу, включая, к примеру, гипербарические фильтры. Их работа включает в себя проведение семи последовательных этапов.

Первый этап - это погружение прибора в суспензию, образование осадка и дальнейший отвод фильтрата, то есть жидкой составляющей. Далее идет второй этап, когда осуществляется втягивание воздуха через осадок и окончательное удаление остатков фильтрата. Третий этап - это промывка твердых частиц суспензии. Следующий этап - это снова втягивание воздуха через осадок, но уже с удалением жидкости для промыва. Пятый этап - это отсоединение осадка и его промывка. Один из последних этапов - отсоединение, то есть полное удаление осадка с ткани. Последний, седьмой этап - это процесс регенерации ткани.

Общий принцип действия на этапах

Здесь стоит сказать о том, что первые четыре этапа имеют кое-что общее - подключение к линии вакуума. Последние же три этапа проводятся с подключением к линии сжатого воздуха, а не вакуума. Во время продувки ткани используется достаточно тонкая и спиралеобразная проволока. Она необходима для того, чтобы прижимать ткань к поверхности барабана, вала и прочее. Это делается для того, чтобы избежать возможного растяжения ткани из-за воздействия сильного потока воздуха.

Фильтр-пресс

Автоматизированные фильтры такого типа очень широко применяются на промышленных предприятиях. Чаще всего они состоят из фильтровальной плиты, которая сверху накрывается перфорированным листом. Между листом и плитой обычно остается свободное пространство, которое заполняется фильтратом. Между плитами и рамами таких приборов также устанавливаются гидроизолирующие диафрагмы. В качестве фильтровальной перегородки в таких фильтр-прессах выступают длинные куски ткани, которые натягиваются между плитами при помощи гидравлических устройств.

Что касается основных преимуществ данного оборудования, то можно выделить автоматизацию процесса очистки, малые габариты, отжим осадка, а также минимальное время работы на проведение рабочего цикла. Примерное время, которое составляет выполнение всех операций, несколько минут.

Рамные и камерные фильтры

На сегодняшний день популярностью пользуются рамные и камерные фильтр-прессы.

Что касается рамного устройства, то он наиболее широко применяется в химической промышленности. Состоит это устройство из набора плит прямоугольного типа, которые располагаются поочередно в один ряд и подвешены к опоре. Сами пластины имеют поверхность рифленого типа, которая обтягивается фильтровальной тканью. Суспензия попадает в каналы под действием давления, где и проходит через ткань.

Если говорить о камерных прессах, то они также довольно хорошо распространены в химической отрасли. Однако в отличие от рамных они невероятно успешно используются в горной металлургии, при переработке нефти, в горнорудной промышленности. Что касается конструкции фильтра, то он состоит из набора плит, которые располагаются вертикально. На сегодняшний день выделяется четыре типа плит, которые могут быть использованы: это фильтрующие, концевые, нажимные, упорные.

Крепление любого типа плит осуществляется на продольных стяжках. На данных стяжках располагаются направляющие, по которым и перемещаются плиты. Если закрыть пресс, то фильтрующая плита с прилегающими образует камеру для промывки и фильтрования. Толщина камеры обычно составляет 30 мм.

Использование различного типа устройств этого класса осуществляется в широких масштабах на самых разных предприятиях, включая отечественный Новоангарский обогатительный комбинат.

В фильтре периодического действия продолжительность отдельных операций может быть изменена. В фильтре непрерывного действия последовательность и продолжительность отдельных операций определяются конструкцией и размерами аппарата. Фильтры непрерывного действия пред назначены обычно для определенного продукта. Свойства подводимой суспензии должны оставаться неизменными.

Вакуумные фильтры непрерывного действия обычного типа могут нормально работать лишь при такой концентрации суспензии, которая обеспечивает накопление на фильтрующей поверхности слоя осадка достаточной толщины. При относительно малом содержании в суспензии взвешенных часта необходимо предварительно удалить из нее часть жидкости (в сгустителем Аппараты периодического действия на период чистки выключают из работы, В аппаратах непрерывного действия, имеющих вид барабана или бесконечной ленты, последовательно производятся наполнение, фильтрация, промывка осадка и регенерация фильтрующей ткани. Несмотря на значительный вакуум, в некоторых случаях не достигаете заданная влажность готового материала требуется дополнительная сушка в этом же аппарате.

Барабанный вакуумный фильтр с наружной фильтрующей поверхностью (рис. 132) применяют в промышленности по сравнения с вращающимися фильтрами других конструкций. Фильтр имеет высокую производительность. Он работает следующим образом. На горизонтальном валу насажен вращающийся барабан 1, состоящий из двух дисков, соединенных по окружности планками. На планки натянута металлическая сетка и сверх сетки - фильтрующая ткань.1 В радиальных плоскостях барабана установлены перегородки, разделяющие внутреннюю полость барабана на изолированные отсеки. Обычно имеется от 12 до 24 отсев ков. Каждый отсек специальной трубкой соединен с золотниковым механизмом распределительной головки 2. При вращении барабана давление внутри данного отсека меняется в зависимости от того, с какой частью распределительной головки он соединяется. Барабан погружен в резервуар с с фильтруемой жидкостью примерно на 1/3 высоты.

Рассмотрим процесс в одном отсеке. Вначале в нем создается вакуум и жидкость засасывается внутрь отсека (зона фильтрации I). После того как отсек выходит из фильтруемой жидкости, в него засасывается воздух для просушивания осадка (зона просушивания II). Если требуется промывка, то после этого подводится промывная вода (зона промывки IV). Затем внутри отсека создают избыточное давление, и воздух проходит сквозь слой осадка - на фильтрующей ткани (зона отдувки VI). После этого осадок срезается ножом с фильтрующей ткани, а оставшаяся после срезания пленка осадка удаляется при продувке фильтра сжатым воздухом (зона продувки VIII). Затем цикл повторяется. Нож для съема осадка не соприкасается с поверхностью барабана - он является лишь направляющей плоскостью. III, V, VII и IX - мертвые зоны, препятствующие сообщению между собой рабочих зон.

Отсос воздуха из барабана, подача сжатого воздуха в барабан, откачка отфильтрованной жидкости производятся через трубы, соединенные с золотниковым механизмом. Таким образом, за один оборот барабана непрерывно автоматически чередуются циклы работы фильтра - фильтрование, промывка, сушка и разгрузка.

Максимальная производительность достигается при наибольшем погружении барабана (-40% поверхности); размеры поверхности фильтрации таких аппаратов меняются от 0,25 до 85 м 2 . Барабаны диаметром более 3,7 м обычно не применяют. Толщина слоя осадка в барабанных вакуумных фильтрах непрерывного действия поддерживается 20-40 мм, а при трудно фильтруемых осадках достигает всего 5-10 мм. Толщина слоя осадка зависит от частоты вращения барабана, которая может изменяться от 0,1 до 1,5 об/мин.

влажность осадка редко бывает ниже 10 %, чаще 30 % и более. Пар и газы из верхней части аппарата отводятся в конденсатор. Если высота помещения позволяет установить барометрическую трубу высотой -10,5 м, то вакуумный насос соединяют непосредственно с аппаратом, что устраняет необходимость установки конденсатора. Расход энергии на вращение фильтра составляет от 0,4 до 4 кВт.

На рис. 133 показан фильтр фирмы Краусс-Маффей-Империал (ФРГ). Такие фильтры выпускают 22 типоразмеров с поверхностью фильтрации от 0,25до 60 м2. Габаритные размеры фильтра приведены в табл. 34 и на рис. 134.

Фильтры изготовляют из гуммированной или специальной стали. Прокладки между ячейками заменяются быстро; их можно изготовить из стали, эбонита, поливинилхлорида, полиэтилена независимо от материала самого барабана. Фильтры имеют шесть различных систем для съема уплотненного осадка, выбираемых в зависимости от характера продукта. Это съем шнуровой, цепной, вальцовый, ножевой с отдачей и без отдачи, шаберный с предварительным фильтром и съем со сходящим фильтровальным полотном. Фильтр снабжен маятниковой мешалкой.

Барабанный вакуумный фильтр с наружной фильтрующей поверхностью принадлежит к типу фильтров, в которых направление движения фильтрата и действие силы тяжести противоположны. Это заставляет принимать меры, препятствующие оседанию частиц или замедляющие его. Для взмучивания твердой суспензии со дна корыта вакуумного фильтра и равномерного распределения ее в перемешиваемом объеме чаще всего применяют качающуюся.мешалку. Можно также повысить концентрацию суспензии, вследствие чего увеличивается вязкость и скорость,оседания твердых частиц уменьшается.

На рис. 135 показан герметизированный барабанный вакуумный фильтр конструкции НИИХИММАШа (поверхность 75 ма). Он предназначен для улавливания взвеси парафина и церезина из масла при температуре -32° С. Применение крупных фильтров уменьшает металлоемкость оборудования на единицу фильтрующей поверхности на 20%, производственную площадь - на 15% и почти в 2 раза сокращает количество обслуживающего персонала.

Характеристики барабанных ячейковых вакуумных фильтров отечественного производства с наружной фильтрующей поверхностью приведены в табл. 35. Фильтры предназначены для разделения твердой и жидкой фаз суспензии со следующими характеристиками: структура твердой фазы - кристаллическая или аморфная (в основной структуре допускается малое количество коллоидных частиц); концентрация суспензии 5-40%; плотность твердой фазы 1-3; температура суспензии не выше 90° С; реакция i нейтральная либо слабощелочная.

Если фильтруемость продукта очень высокая, например при наличии крупных кристаллов или песка, то нецелесообразно применять барабанный вакуумный фильтр, так как здесь трудно обеспечить равномерное прилипание материала к фильтрующей поверхности. В этих случаях целесообразно при-] менять непрерывные ленточные или тарельчатые фильтры. В случае, если! необходимо несколько промывок из-за сильного прилипания, целесообразно! применить ленточный фильтр. Когда суспензия содержит мало взвешенных! частиц или твердые вещества создают опасность забивания фильтрующего! материала, целесообразно использовать фильтр с намывным слоем.

Таблица 35

Фильтры со шнуровым съемом осадка могут работать при очень малой толщине отфильтрованного слоя (3 мм). При этом в большинстве случаев осадок можно удалять без отдувки сжатым воздухом. Ячейковый шнуровой фильтр (корд-фильтр) имеет по окружности барабана желоба с входящими в них бесконечными толстыми шнурами, образующими фильтрующую основу. Осадок отлагается непосредственно на шнурах, вместе с ними сходит с поверхности барабана и окончательно удаляется при перегибе шнуров на валике небольшого диаметра (рис. 136).

Фирмой Филипп (Франция) предложен метод съема осадка пучком шнуров для тонкого слоя отфильтрованного материала. Особенностью конструкции является применение одного бесконечного шнура, благодаря чему уменьшается возможность износа в местах соединения шнуров. В случае разрыва шнура аппарат автоматически останавливается. Исправление производится достаточно быстро, так что не возникает опасности смешивания суспензии с отфильтрованной жидкостью. Схема такого устройства для удаления осадка приведена на ри с. 137.

Применяют также барабанные вакуумньх. фильтры с ленточным съемом осадка (фирмы Ведаг, ФРГ; Эймко, США и др.). Фильтровальная ткань в зоне съема сходит с барабана на систему роликов, где осадок сбрасывается с ткани, а лента после этого промывается. Стоимость фильтров повышается примерно на 20%, но зато качество фильтрации значительно улучшается. На рис. 138 показана схема устройства фирмы Филипп (Франция), в котором над тканью, закрепленной на барабане фильтра, находится вторая ткань, значительно более тонкая и оказывающая небольшое сопротивление. На этой ткани осадок собирается и уносится наружу. Ткань отделяется от барабана в месте, где находится ролик, и возвращается на барабан, направляемая другим роликом, где снова погружается в ванну с суспензией. Перед погружением в ванну сетка очищается водой, подаваемой через трубчатую форсунку.

С каждой стороны выходящей ткани прикреплен шнур для придания жесткости материалу. Если ширина стола большая, то перемещением ленты управляют с помощью фотоэлементов, соединенных с сервомотором.

Роликовый (или вальцевый) съем осадка применяют в случае, если осадок сильно забивает материал. Ролик изготовляют из шлифованного металла (см. рис. 136, III). Твердые вещества, прилипающие к нему, удаляются лезвием, край которого изготовлен из резины или пластмассы. На рис. 136, II показана схема наиболее простого способа удаления осадка скребком, обычно металлическим, нож которого расположен параллельно образующей барабана. Такой съем рекомендуется при большой толщине слоя осадка.

Для улучшения условий стока фильтрата, а также устранения возможности проникновения воздуха через неплотности созданы конструкции вакуумных фильтров без центрального золотника. Эти фильтры применяют в целлюлозно-бумажной промышленности. Они подходят для суспензий с большим содержанием жидкой фазы и осадком, легко снимающимся с поверхности фильтрата и не замазывающим его пор.

Для быстрофильтруемых суспензий применяют однокамерные или безъячейковые вакуумные фильтры с фильтрующей поверхностью от 0,1 до 10 м 2 . На поверхности барабана безъячейкового фильтра сделаны рифления, которые через небольшие отверстия сообщаются с внутренней полостью барабана. На внутренней поверхности барабана, напротив отверстий, имеются кольцеобразные приливы, образующие поверхность контакта между барабаном и камерами отдувки. Камеры отдувки, число которых определяется числом кольцеобразных приливов, укреплены на полом валу, опирающемся на станину фильтра.

Мембрана для уплотнения между камерой отдувки и контактирующей поверхностью барабана при подаче воздуха в камеру прогибается и передает усилие на эластичную прокладку. Для подвода воздуха жидкости в крышке камеры и в эластичной прокладке предусмотрены специальные отверстия. Фильтрат отсасывается через вал барабана. Для разделения фильтрата и отдувочного воздуха в полом валу установлена перегородка. Другим конструктивным решением этого фильтра является применение башмака с узкими продольными щелями,скользящего по внутренней поверхности барабана. Башмак отсекает вакуумное пространство от секций барабана, в которых происходит съем осадка, подводит воздух продувки осадка и изменяет степень погружения барабана в суспензию, док обычно снимается сжатым воздухом; иногда применяют пульсирующую подачу воздуха, вызывающую колебания фильтровальной ткани.

В конструкции безъячейкового фильтра Ротафильтр фирмы Филипп Франция) предусмотрена возможность замены трущегося элемента.

Благодаря этому отпадает необходимость шлифовки внутренней части барабана и уменьшается износ. Фильтр показан на рис. 139. Схема процесса продувки при помощи трех роликов, покрытых слоем резины или пластмассы, приведена на рис. 140.

Бункерный барабанный фильтр разделен на секции, имеющие бортики высотой 15 см или более. Суспензию подают в бункер при его верхнем положении на барабане. После этого в течение некоторого времени осадок осаждается в бункере. Затем секция подключается к вакуумному пространству для окончательного обезвоживания и сушки. При нижнем положении бункера секция отсоединяется от вакуума и осадок падает. Такие фильтры обычно применяют для грубых осадков. Поверхность фильтрации от 1,0 до 30 м 2 . Применяют также барабанный вакуумный фильтр с верхним питанием. Здесь нет корыта для суспензии, а есть распределительный короб в верхней части. Осадок на фильтре продувается горячим воздухом. Такие фильтры-сушилки изготовляют с поверхностью от 0,8 до 9,4 м 2 . Одна из разновидностей фильтра с верхним питанием - двухбарабанный вакуумный фильтр. Барабаны фильтра вращаются в противоположных направлениях с одинаковой скоростью. Недостаток фильтра - малая рабочая поверхность; достоинство - благоприятные условия для отложения, промывки и просушки осадка.

Особенность работы фильтра в том, что до начала фильтрации на рабочую поверхность наносится слой вспомогательного фильтрующего вещества, так называемый намывной слой (обычно диатомит или древесная мука). В зависимости от фильтруемого продукта и качества вспомогательного фильтрующего вещества толщина намывного слоя осадка составляет от 25 до 75 мм. Намывной слой наносят следующим образом. Суспензия материала, из которого образуется намывной слой, профильтровывается через вакуумный фильтр определенными порциями, причем фильтрация чередуется с просушкой образовавшегося слоя. При таком способе нанесения слой древесной муки получается плотным и не сжимается при дальнейшей работе. Время нанесения фильтрующего слоя от 0,5 до 2 ч.

При работе фильтра осадок снимается при помощи поступательно перемещающегося ножа с микрометрической подачей, причем вместе с осадком снимается тонкий слой вспомогательного вещества. Такой процесс можно применять только в том случае, если остающийся на фильтре продукт не нужен, а важен только фильтрат. В некоторых случаях, напротив, снимают верхний слой продукта, оставляя часть его на фильтре вместе с вспомогательным веществом. В этом случае наносят очень тонкий вспомогательный слой. Такой процесс предохраняет фильтрующую ткань от быстрого забивания, например, при извлечении дрожжей из питательной среды и приготовлении некоторых антибиотиков.

Далее рассмотрим только фильтр первого типа, где вместе с осадком снимется слой вспомогательного вещества. Такой фильтр работает от 8 ч до 10 дней, после чего снова наносят намывной слой. Применяют его для сильно разбавленных суспензий, содержащих небольшое количество взвесей и не образующих слоя осадка, толщина которого достаточна для нормальной работы фильтра непрерывного действия обычного типа.

Он также предназначен для Фильтрации коллоидальных и липких веществ, быстро забивающих поры ткани. Облагороженный диатомит и древесную муку применяют потому, что они являются сильно пористыми веществами. При герметизации аппарата в нем возможна обработка физиологически вредных растворов.

Нож с микрометрической подачей (рис. 141) имеет острую режущую кромку и при каждом обороте барабана фильтра приближается к его поверхности на расстояние 0,05-0,1 мм (при работе с диатомитом). При работе с древесной мукой эти значения несколько выше.

На рис. 142 приведена схема фильтра с намывным слоем. Фильтр состоит из горизонтального барабана, погруженного в жидкую суспензию на глубину от 30 до 50%. Вакуум у поверхности барабана создают с помощью внутренних трубок, проходящих через цапфу барабана и через клапан на одном конце фильтра. Через клапан фильтрат проходит в ресивер, где жидкость отделяется от воздуха или другого газа, причем жидкость обычно откачивается центробежным насосом, а газ - вакуумным насосом, а если необходимо, то и конденсатором.

Лезвие ножа снимает слой до тех пор, пока расстояние между поверхностью барабана и ножом не достигает (3-3,2 мм. После этого барабан очищают и вновь покрывают слоем диатомита толщиной от 50 до 100 мм. Такая схема применена фирмой Джонс Манвиль Селит Дивижн (США).

Основными преимуществами барабанных вакуумных фильтров, работающих с намывным слоем, являются:

постоянное обновление фильтрующей поверхности перед погружением в суспензию, благодаря чему скорость фильтрации не только не снижается, но и может возрастать по мере среза осадка;

высокое качество фильтрата;

возможность работы без подачи сжатого воздуха во время фильтрации и связанное с этим уменьшение расхода энергии; уменьшение расхода фильтровальной ткани благодаря работе без отдувки и наличию защитного слоя вспомогательного фильтрующего вещества.

Следует также отметить, что глубину среза осадка выбирают с расчетом обеспечения постоянной скорости фильтрации в течение всего периода работы Снижение скорости указывает на то, что поверхность фильтрующего слоя очищается недостаточно и следует увеличить глубину среза. Возрастание скорости характерно для излишней глубины среза, которая сокращает время работы нанесенного фильтрующего слоя. Наиболее приемлем срез глубиной, при которой средняя скорость фильтрации за период от одного до другого среза остается приблизительно постоянной.

В барабанном вакуумном фильтре наружной фильтрующей поверхностью наиболее крупные частицы суспензии расположены в нижней части резервуара, а на поверхности фильтра в первую очередь отлагаются мелкие частицы. Осадок из мелких частиц является очень плотным, затрудняет фильтрацию и тем самым уменьшает производительность фильтра. Во внутреннем вакуумном фильтре, наоборот, наиболее крупные частицы в первую очередь отлагаются на фильтровальной ткани, так как суспензия подается внутрь барабана, а вакуум создается в кольцевом пространстве по окружности барабана. Это пространство разделено перегородками на отдельные отсеки так же, как и в барабанном фильтре с наружной фильтрующей поверхностью. Рабочая сторона с фильтрующей тканью обращена внутрь барабана.

В Суспензия по трубе поступает внутрь барабана и располагается в его нижней части. При этом на фильтрующей поверхности в первую очередь осаждаются наиболее крупные частицы как более тяжелые, вследствие чего нет забивки пор ткани мелкими частицами. Снимаемый ножом осадок падает в помещенный внутри барабана ленточный или шнековый транспортер и удаляется через открытую торцовую часть барабана.

Барабанный вакуумный фильтр с внутренней поверхностью фильтрации рис. 143) предназначен для обезвоживания тяжелых суспензий с быстро исаждающейся твердой фазой, главным образом в производствах по обогаще-ьию руд черных и цветных металлов. Фильтр включает: вращающийся гори-рштальный барабан с 16 секциями, расположенными по внутреннему пери-ierpy и состоящими по длине из двух частей каждая (один конец барабана Впирается через бандаж на опорные ролики, другой - через цапфу барабана!аподшипник скольжения стойки); распределительную головку с цапфой природа фильтра; желобчатый ленточный транспортер для выгрузки осадка, расположенный внутри барабана и опирающийся через металлическую кон-I струкцию с одной стороны на стенку барабана, с другой-на внешнюю стойку. I Лента транспортера имеет самостоятельный привод. Труба для подачи и рас-I !ределения подлине барабана суспензии установлена внутри барабана с укло-I им и имеет отверстия с шиберами.

Фильтры такого типа предназначены для работы с быстрофильтрующи рея суспензиями и неприлипающими осадками. Установлены размеры фильтрующих поверхностей для каждого типа фильтра: 0,25; 1; 5; 10; 25; 40; 63 и 80 м 2 .

Вакуумный дисковый фильтр состоит из ряда дисков, насаженных на пустотелом валу и обтянутых фильтровальной тканью (рис. 144). Внутренняя полость каждого диска разделена на отдельные секторы аналогично барабанному фильтру. Частота вращения вала с дисками до Зоб/мин. Диски погружают в чан с суспензией на глубину -33%. Благодаря наличию вакуума во внутренней полости диска туда засасывается жидкость, а осадок остается на его наружной поверхности. Смена циклов та же, что и в барабанном фильтре. Когда осадок достигнет места выгрузки, ткань слегка надуется воздухом и осадок отделится от нее. По сравнению с барабаными эти фильтры имеют значительно более развитую поверхность фильтрации.

Дисковые вакуумные фильтры непрерывного действия имеют поверхность фильтрации до 85 м 2 ; разрабатываются также фильтры с поверхностью 150 и 200 м2. Они имеют некоторые преимущества по сравнению с барабанными вакуумными фильтрами: значительно меньший расход энергии; простота смены фильтрующей ткани и меньший расход ее (при повреждении ткань может быть заменена на одном лишь секторе, составляющем от 1/8 до 1/12 части окружности диска); компактность установки и более низкая стоимость аппарата.

Для улучшения условий отделения отфильтрованного осадка при отдувке и уменьшения износа фильтрующей ткани в некоторых случаях применяют вакуумный дисковый фильтр с выпуклыми секторами. Выпуклая форма секторов благоприятствует полной очистке фильтрующей поверхности, и кромки пластин для съема осадка могут отстоять от нее на расстоянии до 20 мм. Рабочая поверхность фильтров с выпуклыми секторами составляет от 10 до 80 м 2 .

В табл. 36 приведены основные типоразмеры отечественных дисковых фильтров для фильтрации жидкотекучих нейтральных, кислых и щелочных суспензий, у которых скорость осаждения частиц твердой фазы преобладающего класса крупности не превышает 18 мм/с. Дисковые вакуумные фильтры ДУ имеют детали из чугуна или углеродистых сталей; ДК - из кислотостойких сталей, неметаллических материалов и частично гуммированных материалов.

Недостатки дисковых вакуумных фильтров: малое время промывки; отсутствие мешалки в чане, из-за чего получается осадок высокой и неравномерной влажности. Однако иногда применяют дисковые фильтры с гребковыми мешалками, смонтированными в U-образном чане. Обычно изготовляют фильтры с 16 дисками диаметром от 1,2 до 3,7 м.

В вакуумном тарельчатом фильтре непрерывного действия горизонтальный диск насажен на вертикальном валу. Внутренняя полость диска раздев

Рис. 146. Схема работы горизонтального фильтра:

1 - слабая промывная жидкость; 2 - промывка осадка; 3 - обезвоживание осадка; 4 - питание; 5 - обезвоживание осадка; 6 - промывка водой; 7 - крепкая промывная жидкость; 8 - маточник; 9 - сушка ткани; 10 - распределитель вакуума; 11 - обезвоживание; 12 - продувка воздухом; 13 - очистка ткани; 14 - разгрузка

лена на отдельные ячейки, а каждая ячейка соединена с распределительной головкой, находящейся под диском. Поверх диска, снабженного бортами натянута фильтровальная ткань. Суспензию подают сверху на ткань. Фильтрация происходит за время почти полного оборота диска в горизонтальной плоскости. Фильтр работает при разрежении 100-200 мм рт. ст.

Горизонтальные тарельчатые вакуумные фильтры применяют главным образом для обезвоживания крупнозернистых тяжелых суспензий. Они очень удобны для фильтрации осадков, требующих тщательной промывки. На рис. 145 показан тарельчатый вакуумный фильтр (в разрезе).

Разновидностью является фильтр со съемом осадка при помощи спиральной ленты, расположенной рядом с питающим коробом. Производительность фильтра высокая, так как в отличие от барабанного фильтра холостых пробегов между циклами нет.

Карусельные фильтры, или план-фильтры, с опрокидывающимися ковшами дают возможность лучшей очистки фильтрующей ткани, но имеют при тех же размерах меньшую поверхность по сравнению с тарельчатыми фильтрами. Вращающаяся кольцевая рама фильтра состоит из металлических конструкций. В ней установлены ковши, открытые сверху и вращающиеся на радиально расположенных осях. Такой фильтр представляет собой как бы непрерывную цепь из отдельных вакуумных нутч-фильтров, которые при выгрузке переворачиваются (рис. 146). Внутренняя сторона каждого лотка соединена трубой с общим трубным узлом. Фильтры такой конструкции обычно имеют диаметр кольцевой рамы от 6 до 20 м.

В центре вращения карусели фильтра установлена распределительная головка, соединенная в верхней вращающейся части с ковшами, а в нижней неподвижной части - с соответствующими коммуникациями. Суспензия и промывные жидкости заливаются в ковши с помощью специального устройства, расположенного над вращающейся кольцевой рамой с ковшами.

Ленточный фильтр состоит из ряда неподвижно расположенных вакуумных камер, вдоль которых передвигается конвейерная резиновая лента с вырезами. На ленту натянута фильтровальная ткань. По центру ленты предусмотрены дренажные отверстия. Пройдя последовательно все операции фильтрования, осадок снимается с ткани у конечного ролика. Ленточный фильтр имеет.те же преимущества, что и горизонтальные фильтры, в то же время холостой пробег здесь составляет более 50%. До начала процесса фильтрации ткань непрерывно промывается. Этот фильтр дороже других горизонтальных фильтров. Поверхность его обычно составляет юг 0,1 до 9 м 2 .

Схема ленточного фильтра фирмы Филипп (Франция) приведена на рис. 147. Резиновая конвейерная лента приводится в движение ведущим барашком 3. Ведущий барабан приводится от электродвигателя через редуктор вариатор скорости таким образом, что время полного цикла фильтрации составляет от 1 до 10 мин. Жидкость для фильтрации поступает через воронку распределяется в зоне между заслонами 6 и 7, где фильтрат отсасывается, образовавшийся на ленте осадок проходит под заслоном 7, который имеет тик из тонкой резиновой ленты. В следующих зонах (8 и 9) производится промывка водой. Перегородки в вакуумном пространстве 10 съемные.

Патрубки 11-14 соединены с ресиверами, в которых газ и жидкость разделяются под вакуумом. В конце хода ленты осадок обезвоживается и снимается около ведущего барабана. Ресиверы опорожняются с помощью барометрических конденсаторов или центробежных насосов.

Поверхность фильтрации таких фильтров до 30 м2, предусмотрен выпуск фильтров с поверхностью 60 м2. Фильтр показан на рис. 148.

Преимущества вакуумного ленточного фильтра непрерывного действия! в основном следующие. Фильтр прост по конструкции, так как в нем отсутсвует распределительная головка, а весь он может быть выполнен из антикоррозионных материалов.

Ни одна из частей фильтра не подвергается значительному износу, облегчен доступ ко всем частям фильтра. Производительность такого фильтра возрастает вследствие того, что в первую очередь отлагаются более крупные частицы и исчезает опасность забивания пор ткани мелкими частицами. Благодаря горизонтальному расположению поверхности можно также получать больший слой осадка (до 12 см). Этих преимуществ нет в фильтрах с наружной поверхностью фильтрации.

Важны также удобная промывка благодаря горизонтальному расположению аппарата, а также возможность промывки фильтровального полотна во время холостого хода. Такая промывка производится трубчатыми форсунками с соплами для подачи воды в направлении, обратном направлению фильтрации. Благодаря этому ткань меньше изнашивается и удлиняется срок ее службы. Замена фильтровального полотна здесь также не представляет затруднений.

Область применения ленточных фильтров та же, что и горизонтальных тарельчатых и карусельных, однако, по некоторым данным, производительность ленточного фильтра выше из-за большей скорости перемещения ленты.

В тех случаях, когда фильтрование нужно провести быстро и если в обычных условиях оно вызывает затруднения, пользуются фильтрованием под вакуумом. Сущность его заключается в том, что в приемнике создают уменьшенное давление, вследствие чего жидкость фильтруется под давлением атмосферного воздуха. Чем больше разность между атмосферным давлением и давлением в приемнике, тем быстрее идет фильтрование истинных растворов кристаллических веществ. Коллоиды фильтруют под вакуумом при соблюдении особых условий.

Для фильтрования под вакуумом собирают установку, состоящую из фарфоровой воронки Бюхнера, колбы Бунзена, предохранительной склянки или предохранительного приспособления, помещаемых между колбой Бунзена и вакуум-насосом.

Смочив фильтровальную бумагу на воронке водой, открывают водоструйный насос и проверяют, хо* рошо ли прилажен фильтр. В случае хорошо положенных фильтров слышится спокойный шумящий звук; если же фильтры положены неплотно и происходит подсос воздуха, слышится свистящий звук. Различить эти-два звука даже при небольшом навыке очень легко. Края неплотно положенного фильтра прижимают пальцем к сетчатой перегородке до тех пор, пока свистящий звук не сменится спокойным шумом.

После этого, не выключая насоса, в воронку {до половины ее высоты) наливают жидкость, подлежащую фильтрованию. В колбе Бунзена создается разрежение, и жидкость из воронки (под влиянием атмосферного давления) протекает в колбу. Новые порции жидкости добавляют в воронку периодически. Если.осадок рыхлый, его уплотняют какой-либо плоской стеклянной пробкой. Отсасывание продолжают до тех пор, пока с конца воронки не перестанет капать жидкость; тогда выключают насос, воронку вынимают, а находящееся в ней вещество вытряхивают на лист фильтровальной бумаги вместе с фильтром и подсушивают. Фильтр отделяют от еще влаж* ного осадка.

При работе с колбой Бунзена водоструйный или масляный насос можно периодически выключать, не нарушая скорости фильтрованик. Для этого между колбой Бунзена и предохранительной склянкой Вульфа включают тройник, на боковой отросток которого надевают резиновую трубку с винтовым зажимом; такой же зажим находится на резиновой трубке, соединяющей тройник с колбой Бунзена. В начале работы зажим на боковой трубке тройника полностью закрывают. Когда в колбе будет достигнуто нужное разрежение, закрывают полностью зажим между колбой и тройником; после открывают зажим на боковой трубке тройника и выклн> чают насос.

Если пробка к колбе Бунзена хорошо подобрана, то вакуум может сохраняться достаточно долго. Время от времени, в зависимости от скорости фильтрования, колбу нужно снова соединять с насосом.

Вместо тройника можно-применить трехходовой кран или колбу Бунзена соединить с насосом резиновой трубкой длиной не менее 15-20 см. Когда нужное разрежение будет достигнуто, резиновую трубку плотно зажимают пальцами, снимают с насоса и закрывают отверстие ее стеклянной палочкой. Периодически колбу соединяют с насосом для создания в ней вакуума.

Указанный прием особенно рекомендуется при работе с медленно фильтрующимися жидкостями, так как при этом не нужно наблюдать за насосами, в лаборатории меньше шума от их работы и, кроме того, достигается экономия воды или электроэнергии.

Для защиты осадка от загрязнений и влияния воздуха бюхнеровскую воронку закрывают куском резиновой пластины (например, от медицинских перчаток) или полиэтиленовой пленки (или другой подобной по эластичности). Края пластины прикрепляют к воронке при помощи резиновой или изоляционной ленты (рис. 366).

При фильтровании очень удобно пользоваться вакуум-насосом системы Комовского. Это небольшой прибор, имеющий ручной привод и дающий очень хорошее разрежение; его присоединяют к колбе Бунзена и делают несколько поворотов маховичка. Во время фильтрования маховичок периодически вращают.

Насос Комовского относится к масляным вакуум-насосам; обращение с.ним такое же, какие другими масляными вакуум-насосами (см. гл. 12 «Дистилляция»).

При фильтровании под вакуумом нужно следить, чтобы фильтрат не слишком заполнял колбу и не поднимался до уровня отростка, соединенного с насосом. Иначе фильтрат будет втягиваться в насос и нарушится правильный ход работы. Поэтому, по мере накопления фильтрата, колбу отъединяют от насоса *, удаляют из нее фильтрат и снова присоединяют.

* Прежде, чем остановить водоструйный насос, его следует осторожно отъединить от колбы, иначе из иасоса затянется вода. Очень удобно в работе приспособление для фильтрования под вакуумом (рис. 367). Фильтром в нем является трубка / или пробирка из обожженной белой глины (шамотной, но не глазурованной) или же трубка, свернутая из металлической сетки и обвернутая сверху фильтрующим материалом. Нижний конец как шамотной, так и сетчатой трубки может быть закрыт пробкой. Трубка 2, соединяющая колбу Бунзена с фильтром /, одним своим концом должна доходить почти до дна его.

Рис. 366. Резиновый предохранитель для фильтрования с отсасыванием: 1 - резиновая пластинка; 2 - резиновая лента (или изоляционная); 3 - воронка; 4 - колба.

Рис. 367. Приспособление для фильтрования под вакуумом: 1- фильтр; 2 - трубка; 3 -пробирка.

Рис. 358. Фарфоровый конус для фильтрования.

С этим прибором работают, когда нужен один филь"-трат и. не заботятся об осадке. Особенно хорошо его применять для фильтрования небольших количеств жидкости. В этом случае фильтрат можно собирать в пробирку 3, помещенную в колбу Бунзена.

Когда приходится фильтровать много жидкости, трубка 2 должна быть опущена в колбу ниже уровня отростка, соединенного с вакуум-насосом.

Осадок с фильтра можно или счищать лопаточкой или же, соединив колбу с водоструйным нагнетательным насосом, отделять осадок от фильтра воздухом.

В тех случаях, когда фильтрование через обычную фильтровальную бумагу идет медленно (например, фильтрование белковых растворов), рекомендуется применять целлюлозную массу (бумажную массу). Для приготовления целлюлозной массы белую фильтровальную бумагу нарезают или разрывают на небольшие кусочки; кладут их в стеклянный или фарфоровый стакан, куда наливают такое количество воды, чтобь? набухшую бумагу можно было без особого труда перемешивать стеклянной палочкой. Стакан с размокшей бумагой нагревают до кипения при постоянном перемешивании, пока вся фильтровальная бумага не разварится в однородную массу. Цосле этого целлюлозную массу вливают в бюхнеровскую воронку, причем вначале вакуум не создают и целлюлозную массу распределяют равномерно по всей воронке. Затем возможно полно отсасывают воду из массы.

Если на дно бюхнеровской воронки не положить кусочек марли или другой редкой ткани, часть целлюлозных волокон может пройти в первую порцию фильтрата. Этот фильтрат снова выливают в воронку и добиваются того, чтобы в колбу начал поступать чистый фильтрат. Полученный таким образом слой из целлюлозной массы толщиной до 10 мм может долгое время служить для фильтрования.

Когда скорость фильтрования через целлюлозную массу замедлится вследствие забивания отфильтрованными осадками, массу можно регенерировать путем повторного кипячения с большим количеством воды, сменяемой три-четыре раза. Промытую целлюлозную массу снова откидывают на бюхнеровскую воронку и готовят фильтрующий слой.

При фильтровании. тяжелых осадков бумажный фильтр может прорваться; для предотвращения, этого применяют так называемые конусы для фильтрования. Они бывают фарфоровые (рис. 368) и платиновые. Конус вставляют в воронку и уже в него кладут фильтр. Фильтрование ведут, как обычно.

Но если в лаборатории этих приспособлений нет, укрепить основание фильтра можно при помощи тонкой ткани, например муслина. Для этого из взятой ткани вырезают круг, делают из него конус, в который вставляют бумажный фильтр. Или же кладут концентрически на круг из материала бумажный фильтр и складывают их вместе.

В некоторых случаях осадок после фильтрования высушивают. Для этого помещают его на фильтре вместе с воронкой в сушильный шкаф, рядом же ставят открытый б»кс. После того как осадок высохнет, фильтр берут пинцетом или щипцами и быстро перекладывают в бюкс. Последний для охлаждения ставят открытым в эксикатор с хлористым кальцием. Приблизительно через час бюкс закрывают и оставляют его около весов минут на 30, после чего взвешивают.

Значительно удобнее применять так называемый тигель Гуча (рис. 369), имеющий сетчатое дно. Тигель Гуча втавляют при помощи пробки в колбу Бунзена. В тигель помещают; асбестовый фильтр, взвешивают его ввсместе с последним после высушивания, отфильтровывают через него осадок, промывают, сушат и снова взвешивают.

Для приготовления такого асбестового фильтра длинные и короткие волокна асбеста отдельно прокаливают в фарфоровом тигле и по охлаждении нагревают с концентрированной соляной кислотой в закрытой фарфоровой чашке на водяной бане в течение 1 ч; после этого сливают соляную кислоту, асбест переносят в воронку, снабженную платиновым конусом, и до тех пор промывают горячей водой (применяя насос), пока кислота не будет вполне удалена (фильтрат не должен давать опа-лесценции с азотнокислым серебром). Очищенный таким образом асбест сохраняется в склянке с притертой пробкой. На дно тигля кладут слой в 1-2 мм длинноволокнистого асбеста, слегка придавливают его стеклянной палочкой и затем, перемешав в стакане коротковолокни-стый асбест с водой, выливают мутную жидкость в тигель, создавая при этом небольшое разрежение в колбе Бунзена насосом.

Рис. 359. Монтаж тигля Гуча: 1 - тигель Гуча; 2-воронка; 3 - пробка.

Рис. 370. Стеклянный фильтр с вплавленной фильтрующей пластинкой из пористого стекла.

После того как образуется слой из коротких асбестовых волокон приблизительно в 1 мм, поверх асбеста кладут фарфоровую сетчатую пластинку, придавливают ее слегка стеклянной палочкой.и снова льют в тигель взмученный в воде асбест так, чтобы последний покрыл пластинку. После этого промывают водой до тех пор, пока промывные поды не станут совершенно прозрачными. Затем, высушив тигель при нужной температуре, его взвешивают и тогда он готов для фильтрования.

Один и тот же фильтр может служить для бесчисленного множества определений. При значительном накоплении в тигле осадка удаляют верхний слой его, не разрушая асбестового фильтра, и продолжают дальше пользоваться тиглем.

Когда осадок перенесен в тигель Гуча, дожидаются пока жидкость не заполнит поры фильтрующего слоя и только после этого начинают медленное отсасывание. При этом условии осадок остается рыхлым и может быть лучше промыт. В тот момент, когда прибавляют промывную жидкость, отсасывание прекращают, для того чтобы жидкость проникла во все слои осадка.

Хотя фильтрование через тигель Гуча во многих случаях удобнее фильтрования через бумажный фильтр, однако его не всегда можно применять. Осадки, которые подлежат отделению на тигле Гуча, должны быть кристаллическими или порошкообразными. Тигли Гуча совершенно непригодны для фильтрования студенистых и коллоидных осадков, например ZnS, Al(OH)3 и пр., при обычных условиях.

Вместо тиглей Гуча в лабораториях часто применяют стеклянные тигли с вплавленной фильтрующей пластинкой из прессованного (пористого) стекла (нутч-фильтры). Они удобнее тем, что при работе с ними не приходится пользоваться асбестом, так как фильтруют через спрессованное толченое стекло, впаянное прямо в стенке тигля (рис. 370) или воронки.

Преимуществом таких воронок является то, что через них можно фильтровать концентрированные кислоты и,разбавленные щелочи. Они устойчивы к влажным и корродирующим газам.

Фильтрующие пластинки из пористого стекла различают по пористости и диаметру пор (табл. 14). Новые фильтры перед употреблением следует промыть с отсасыванием горячей соляной кислотой, а в заключение тщательно вымыть водой. При такой обработке удаляются все примеси и частички пыли, которые могут содержаться в порах.

Таблица 14 Фильтрующие пластинки нз пористого стекла

Пористость	Диаметр пор		Важнейшие области применения
			Для специальных областей применения
			Для фильтрования очень грубых осадков
			Для фильтрования грубых нлн желатиноз-ных осадков; грубого фильтроааиня газов; при экстрагировании грубозернистых материалов, как подложка для других фильтрующих материалов
			Для препаративных работ со средними по величине и кристаллическими осадками; пегрубого фильтрования газов

Существуют вакуум-фильтры периодического и непрерывного действия. Примером вакуум-фильтров периодического действия являются чаны с плоским горизонтальным вакуум-фильтром (нутч-фильтры). Над дном резервуара расположена горизонтальная фильтрующая перегородка, дно чана подсоединено через приемный резервуар к вакуумному насосу. Фильтрующая поверхность такого аппарата 1÷6 м 2 , толщина осадка 50÷100 мм, рабочее давление 0,065÷0,09 МПа. Нередко такие чаны делают опрокидывающимися для выгрузки осадка. Фильтры больших размеров опрокидывают с помощью червячного механизма. Дешевизна изготовления, про­стота конструкции и обслуживания, возможность многократной тщательной промывки осадка делают этот аппарат удобным для эксплуатации на предприятиях небольшой мощности и для обра­ботки небольших порций богатых ценными металлами концентра­тов и шламов. Общий недостаток фильтров этого типа - малая производительность вследствие ручной выгрузки осадка и боль­шие интервалы между отдельными фильтрациями.

Вакуум-фильтры непрерывного действия относятся к группе фильтров, наиболее совершенных в конструктивном отношении и наиболее часто используемых в гидрометаллургии.

Основные типы таких фильтров: 1) барабанные с фильтрацией на внешней и на внутренней поверхности; 2) дисковые.

Характерная особенность вакуум-фильтров непрерывного дей­ствия - полная автоматизация смены отдельных циклов процесса фильтрации, протекающих на их рабочей поверхности. В процессе фильтрации поддерживается постоянный вакуум.

В барабанных вакуум-фильтрах (рисунок 17) с фильтрацией на внешней поверхности барабан фильтра погружен на ~1/3 в филь­труемую пульпу и вращается со скоростью 5÷20 об/ч.

Твердый осадок образуется на поверхности, погруженной в фильтруемую суспензию. По мере вращения барабана раствор от­сасывается с поверхности фильтра вместе с образовавшимся на ней осадком. Осадок промывается и подсушивается, а затем уда­ляется скребком. Автоматичность смены отдельных циклов дости­гается подводом вакуума и сжатого воздуха с помощью золотни­кового распределительного устройства.

1 – мешалка; 2 – корыто; 3 - редуктор; 4 - электродвигатель; 5 - подшипники; 6 - барабан; 7 - цапфа; 8 – распределительная головка; 9 – устройство для затирания трещин в осадке

Рисунок 17 - Барабанный вакуум-фильтр

Техническая характеристика барабанных вакуум-фильтров с фильтрацией на внешней поверхности следующая:

Размеры барабана, м:

диаметр....... 1,6 1,75 2,6 2,6 2,975

длина........ 0,6 0,9 1,3 2,6 4,4

Площадь фильтрующей

по­верхности, м 2 …….. 3 5 10 20 40

Мощность электродвигателя,

кВт.......... 0,7 0,7-1,0 1,4-2,1 2,0-2,5 4,5

Масса металлических

час­тей, т........ 3,59 5,61 11,73 12,47 17,81

При фильтрации на вакуум-фильтре устанавливают один или два ресивера, через которые вакуум-насос соединяется с соответ­ствующими трубами золотникового распределительного устройст­ва. Фильтрат и промывные растворы, накапливающиеся в ресиве­рах, удаляются центробежными насосами (рисунок 18). Производи­тельность фильтра в основном зависит от свойств твердой фазы (минералогического состава, крупности частиц, коллоидно-хими­ческих свойств) и степени разжижения фильтруемой пульпы (ж:т).

1 - вакуум-фильтр; 2 - сборник для основного фильтрата; 3 - автоматический кла­пан; 4 - поплавки; 5 - сборник для промывных вод; 6 - центробежные насосы; 7 - барометрический конденсатор.

Рисунок 18 - Схема установки барабанного вакуум-фильтра

При фильтрации пульпы, содержащей глину и значительное коли­чество мелкой фракции, при ж:т = 1,5÷1 производительность филь­тра обычно 1 т/м 2 за 1 сут. При зернистом материале и при ж:т = 1:1 она достигает 2,5-5 т/м 2 .

Барабанные вакуум-фильтры с внутренней фильтрующей по­верхностью обычно применяются в тех случаях, когда отделяемые растворы не представляют ценности (например, обезвоживание концентратов), так как конструкция фильтров не позволяет осу­ществлять промывку. Осадок очищают репульпацией и повторной фильтрацией. Поэтому такие фильтры непригодны для отделения растворов в гидрометаллургических процессах.

Дисковые вакуум-фильтры (рисунок 19) получили довольно широ­кое распространение. Они компактны, удобно разбираются на со­ставные части и при разделении корыта на изолированные секции могут быть применены для фильтрации в одном агрегате разных продуктов или для повторной фильтрации с промежуточной репульпацией.

Вертикальное расположение фильтрующих поверхно­стей дисков затрудняет промывку обрабатываемого материала на поверхности фильтра. Поэтому осадок, как обычно, репульпируют промывными растворами или водой в чане с мешалкой. После этого проводят вторичную фильтрацию. Последний метод особенно при­годен для фильтрации пульп с повышенным содержанием метал­ла в жидкой части или пульп с высокой адсорбционной способ­ностью их твердой части.

Рисунок 19 – Дисковый вакуум-фильтр

Техническая характеристика дисковых вакуум-фильтров с диа­метром барабана 1,8 (в числителе) и 2,5 м (в знаменателе) сле­дующая:

Число дисков, шт........ 2/4 4/6 6/8

Площадь фильтрующей поверхности,

м 2 .......... 9/34 18/51 27/68

Мощность электродвигателя, кВт …. 1,5-2,2/3,8 2,2/4,5 2,6/4,5

Масса металлических частей, т …. . 2,72/6,00 3,64/7,98 4,72/9,12

Фильтры, работающие при избыточном давлении фильтруемой пульпы

Такие фильтры составляют обширную группу. Пульпу в этих фильтрах подают насосом под давлением. Поэтому их обыч­но называют фильтр-прессами.

Наибольшее распространение получили рамные фильтр-прессы (рисунок 20), состоящие из ряда чередующихся друг с другом плит и рам, имеющих боковые ручки, которыми они опираются на парал­лельные брусья станины пресса. На станине расположены конце­вая неподвижная и перемещающаяся на роликах подвижная пли­ты. Между этими плитами плотно зажимается комплект плит и рам.

1 – неподвижная концевая плита; 2 - плиты; 3 - рамы; 4 – подвижная концевая плита; 5 - станина; 6 – гидравлический зажим; 7 – штуцер для ввода осветляемого раствора; 8 – кран для вывода фильтрата и промывной воды

Рисунок 20 – Рамный фильтр-пресс

Боковые поверхности плит (рисунок 21), плоские по краям во внутренней части имеют нарифления. Желобки (рифли) плиты со­общаются в нижней ее части с каналом для отвода фильтрата. В верхней, плоской части плиты расположены три отверстия: цент­ральное для фильтруемого раствора, два других для промывного раствора. Между плитами и рамами помещены «салфетки» из фильтровальной ткани. Полые рамы фильтр-пресса, зажатые меж­ду плит, образуют камеру для осадка. Отверстия в плитах совпа­дают с отверстиями в рамах и «салфетках», благодаря чему в фильтр-прессе создаются сквозные каналы для осветляемого раствора. Канал для осветляемого раствора соединен с внутренними поло­стями рам. Мутный раствор насосом подается под давлением в центральный канал фильтр-пресса (рисунок 22). Фильтрат продавли­вается через ткань, стекает по желобкам плит и по отводным кана­лам с кранами попадает в корыто, установленное вдоль фильтра. Из корыта фильтрат направляется в сборник осветленного раство­ра. Для промывки осадка перед выгрузкой плиты используют фильтрпрессы двух типов: фильтровальные и промывные. Промыв­ная плита отличается от фильтровальной тем, что каналы для по­дачи промывных вод соединены в ней отверстиями с боковыми по­верхностями плиты. При промывке сливные краны промывных плит закрывают, поэтому вода проходит через желобки промыв­ной плиты и фильтровальную ткань в осадок и движется последо­вательно через слой осадка, ткань и желобки фильтровальной плиты, после чего сливается через кран. После промывки плиты и рамы раздвигают и осадок под действием силы тяжести частично попадает в сборник, установленный под фильтром. Остальную часть осадка выгружают вручную лопаткой.

А, А 1 – разрезы промывной и фильтровальной плит

Рисунок 21 – Плита (а) и рама (б) фильтр-пресса

1 – промывная плита; 2 – рама; 3 – фильтровальная плита

Рисунок 22- Схема работы фильтр-пресса при фильтрации (а) и промывке осадка (б)

Рамы и плиты для фильтр-прессов изготавливают из чугуна или дерева. Для фильтрпрессов с чугунными рамами и плитами допу­стимо абсолютное давление до 1,5 МПа, в фильтр-прессах с деревянными рамами и плитами до 0,5 МПа. Размеры сторон квадрат­ных рам фильтров составляют 0,315-1,0 м. Число рам колеблется от 6 до 50. Плиты и рамы сжимают с помощью гидравлического или электромеханического устройств.

Основные достоинства фильтр-прессов- большая поверхность фильтрации на единицу площади, занимаемой фильтром, и высокая производительность, достигающая 10 м 3 /(м 2 ·сут).

Производительность рамных фильтр-прессов по твердому 50- 200 кг/(м 2 ·сут). Чаще всего их применяют не для основной филь­трации, а для осветления растворов или при обработке богатых продуктов.

Нарушения, влияющие на ход технологического процесса: по­рыв ткани (попадание кека в фильтрат); неисправность плит и рам (снижает производительность за счет поступления большого количества фильтрата в поддон).

Литература:1осн. , 4 осн. , 1 доп.

Контрольные вопросы

2. Какой характерной особенностью обладают вакуум-фильтры непрерывного действия?

3. В каких случаях обычно применяются барабанные вакуум-фильтры с внутренней фильтрующей поверхностью?

4. Какие из фильтр-прессов получили наибольшее распространение?

5. Из каких материалов изготавливаются рамы и плиты фильтр-прессов?

6. Что является основным достоинством фильтр-прессов?