7. Промывка осадков на фильтрах и в центрифугах

Осадки, образующиеся на фильтрах и в фильтрующих центри­фугах, как уже известно, подвергаются промывке с целью удале­ния удерживаемой ими жидкой фазы разделяемых суспензий. Выбор промывной жидкости зависит от требований, предъявляе­мых к осадку и фильтрату в процессе их дальнейшей переработки. В вакуум-фильтрах и фильтрующих центрифугах промывная жидкость подается в диспергированном виде на поверхность осадка, а в фильтрах, работающих под избыточным давлением (например, в фильтр-прессах) — сплошным потоком. При этом промывная жидкость главным образом вытесняет жидкую фазу суспензии, заполняющую пространство между твердыми части­цами осадка, и в меньшей степени — удерживаемую силами по­верхностного натяжения и адсорбционными. Соотношение между этими количествами жидкой фазы суспензии зависит от структуры твердых частиц и образуемого ими осадка; оно определяется экс­периментальным путем.

Процесс промывки осадка протекает в две стадии. Во время первой из них, обычно очень непродолжительной, фильтрат пор-шнеобразно вытесняется промывной жидкостью из пор осадка; эта стадия заканчивается при появлении на выходе из пор первой порции промывной жидкости. Продолжительность первой ста­дии х_г может быть найдена из уравнения (V.21), так как скорость промывки равна скорости фильтрования в последний момент этого

процесса: С = У_п/х_г = Ар/р_ср [/?„ -f ^ло ( *°р )], где р_ср —

средняя вязкость фильтрата и промывной жидкости (примерно среднеарифметическая), V_n — объемный расход промывной жид­кости за время Т|_.

Однако x₀V/F = 6 — конечной толщине слоя осадка на филь­тровальной перегородке, а при порозности осадка е имеем V„ = = eF8, поэтому

Ч = ИЦс M + Яп)]/А/> (а)

На протяжении второй стадии процесса, наряду с вытеснением остатка фильтрата из пространства между твердыми частицами, происходит диффузионный перенос отмываемого вещества изнутри твердых частиц в промывную жидкость. Концентрация отмывае­мого вещества а_а в уходящей промывной жидкости при этом не­прерывно падает (рис. V-27). Опыт показывает, что концентра­ция а_п примерно пропорциональна концентрации отмываемого ве­щества в жидкости, заполняющей пространство между твердыми частицами осадка а, т. е. а_п = ка.Если объемный расход промыв-пой жидкости за время dx составляет dV_a, а объем осадка с по­стоянной порозностью е равен V₀, то количество унесенного отмы­ваемого вещества составит еК₀ da, поэтому а_п = —eV₀da/dV_n.

Так как dVJdx —- CF, da_n = к da и V₀ = F8, то получаем: daja_a = —(кС/еб) dx.

Интегрирование последнего уравнения при постоянных зна­чениях к, г, С и б в пределах от а'_п при т = 0 до значения а_п при т = т₂ в конце второй стадии про­цесса приводит к следующей за­висимости:

г, = (еб/кС) In (a'Ja"_n) (б)

Эффективность промывки осад­ка 1] выражается степенью из­влечения отмываемого вещества. Обозначив концентрации послед­него до и после промывки соот­ветственно через а_х и а₂, находим:

и нетканые материалы из природных и синтетических волокон); 2) полужесткие (пакеты металлических сеток, слои воло­кон, стружки и т. п.); 3) жесткие (плоские и цилиндрические пористые перегородки из керамики, пластмасс, спеченых или спрессованных металлических порошков); 4) зернистые (слои кокса, гравия, песка).

Рис. V-28. Фильтры для очистки газов от взвешенных твердых час­тиц:

а — рукавный фильтр; б — пат­ронный фильтр; / — корпус; 2 —. бункер для пыли; 3 — трубная ре­шетка; 4 — рукава; 5 — крышка рукавов с крючками". 6 — рама для подвески рукавов; 7 — опора с пру­жиной; 8 — штуцер для! входа газо­взвеси; 9 — штуцер для выхода газа: 10 — продувочный штуцер; 11 — шнек; 12 — лазы; 13 — кол­лектор сжатого воздуха; 14 — фильтрующие гильзы

Перегородками первой группы оснащены широко применяемые в промышленности рукавные фильтры (рис. V-28, а). По­следние состоят из сварного металлического корпуса прямо­угольного или круглого сечения, внутри которого расположена трубная решетка с патрубками. На последние надеваются нижние концы тканевых рукавов (чаще всего диаметром 200 мм и длиной 3000 мм) с несколькими вшитыми в них проволочными кольцами. Верхние концы рукавов закрыты крышками с крючками для под­вески на общей раме, сваренной из металлических полос и уголь­ников. Рама подвешена на стержне, проходящем через верхгаою крышку корпуса и имеющем пружинную опору. Газовзвесь, по­ступая через нижний штуцер под трубную решетку, входит во все рукава. При этом газ фильтруется через ткань, оставляя взве­шенные твердые частицы (пыль) на внутренней поверхности ру­кавов, и уходит через штуцер в верхней крышке корпуса. Для очистки рукавов от осевшей пыли поток газа периодически (через 5—10 мин) отключается на 20—30 с, в течение которых рукава, висящие на общей пружинной опоре, встряхиваются при помощи кулачкового механизма. Отключение и включение газового по­тока и кулачкового механизма производятся автоматически. При встряхивании рукавов пыль падает в конусное днище корпуса, откуда удаляется обычно шнеком. Если рукава выполнены из тол­стой ворсистой ткани, то после их встряхивания производят (через отдельный штуцер) продувку чистым газом в обратном на­правлении для удаления мелких частиц, проникших внутрь ткани. Рукавные фильтры обычно монтируются на общих коллекторах в виде ряда параллельно работающих секций (в каждой 12—25 ру­кавов). Это позволяет не прерывать очистку газов на время удале­ния пыли из отдельных секций.

Рукавные фильтры работают практически в режиме постоянной скорости фильтрования, поэтому промежутки времени между встряхиванием рукавов определяются располагаемым перепадом давлений, возрастающим по мере увеличения толщины слоя осев­шей пыли (обычно Ар = 2—3 кПа). Скорость фильтрования С в рукавных фильтрах зависит от материала рукавов и свойств отделяемой пыли и колеблется в пределах 50—200 м³/(м²-ч). При производительности по газу V м³/ч требуемая суммарная поверх­ность рукавов F = V/C м², а число рукавов диаметром d и длиной / составляет: i = Fin dl = V/nC dl. Для повышения производи­тельности рукавные фильтры непрерывно регенерируют путем непрерывной продувки сжатым газом.

Достоинством рукавных фильтров является высокая степень обеспыливания газов (до 5 мг/м³), их недостатками — большой износ рукавов, а также ограниченность диапазона рабочих тем­ператур: верхний предел ограничивается свойствами ткани, а ниж­ний — точкой росы (во избежание увлажнения и замазывания ткани).

Фильтры с полужесткими фильтровальными перегородками, применяющиеся для очистки мало запыленных газов (1—5 мг/м³), состоят из набора круглых элементов, уложенных друг на друга в цилиндрическом корпусе. Каждый элемент состоит из двух пер­форированных дисков или сеток, между которыми зажат слой фильтровального материала (стекловолокно, шлаковая вата, ме­таллическая стружка), иногда смоченного маслом для лучшего улавливания мелкодисперсной пыли. Элементы располагаются перпендикулярно потоку газа. Для тонкой очистки газов от аэро­золей используют фильтровальные перегородки из ультратонких полимерных волокон (перхлорвинил, полиарилаты и др.), обла­дающих высокой механической, химической и термической стой­костью (фильтры Петрянова).

К числу фильтров с жесткими фильтровальными перегород­ками относятся патронные фильтры, аналогичные по принципу действия и устройству рассмотренным выше патронным фильтрам для разделения суспензий (рис. V-28, б). Здесь газ фильтруется через пористые стенки (снаружи внутрь) ряда открытых сверху гильз, плотно закрепленных в трубной решетке. Очистка наружной поверхности гильз от осевшей пыли произ­водится периодически обратной продувкой сжатым воздухом. Фильтр отделяет твердые частицы размером более 0,5 мкм.

В фильтрах с зернистым слоем газ освобождается от взвешен­ных твердых частиц при прохождении через слой мелко дроб­леного материала (шлак, кокс, гравий, песок и т. п.). Фильтрую­щий слой в аппаратах периодического действия неподвижен и опирается на опорнораспределительную решетку или сетку. В ап­паратах непрерывного действия фильтрующий зернистый мате­риал непрерывно перемещается между фильтровальными пере­городками. Очищаемый газ последовательно проходит в перекрест­ном токе через ряд вертикально перемещающихся зернистых слоев, образующих как бы ряд отдельных секций. По выходе из каждой секции или из нескольких секций загрязненный зернистый мате­риал промывается и возвращается элеваторами через питатели снова в фильтрующую секцию.