Для фильтрования осадков с помощью вакуума используют. Вакуумные фильтры. Барабанный вакуум фильтр

Фильтрование под вакуумом – ускоренный процесс очистки осадка, получения жидкости из взвесей, используя вакуум. Есть процессы и растворы, когда фильтрование при нормальном давлении, только под силой тяжести, не идет. Чем больше разреженность воздуха, тем легче идет отделение жидкости от кристаллического осадка. Для коллоидов применяют специальные параметры, подбираемые от свойств вещества.

Самая простая схема такой установки: в колбу Бунзена вставлена фильтровальная воронка , к отростку колбы присоединен насос (вакуумный насос или водный насос Комовского ручной). К водному насосу присоединен шланг, через который идет проточная вода. Чтобы предотвратить выбор воды во время резкой остановки, обычно между насосом и колбой ставится промежуточный сосуд. Приемный сосуд может быть любым (материал, форма, объем), главное, чтобы вся системы была герметична, выдерживала определенное давление, была устойчива к растворителям.

Фильтровальных воронок может быть любое количество, все зависит от мощности насоса, они могут быть каждая на своем приемном сосуде или на установке для многоканального фильтрования одновременно.

Виды воронок

Фильтровальные воронки для вакуумных установок бывают такие:

1. Фильтровальные конусы.
2. Тигли из стекла.

Воронка Бюхнера - что это такое и для чего используется?

Этот лабораторная посуда представляет собой глазированную (кроме кромки) фарфоровую воронку с впаянной пластиной с крупными дырочками. Воронка вставляется в принимающий сосуд (герметичная емкость, колба Бунзена, др.), которая входит в состав установки фильтрации с разреженным воздухом.

На дырчатую пластину воронки Бюхнера выкладывают фильтровальная бумага необходимой плотности, через которую идет фильтрация. Далее собирается система и можно начинать процесс. Раньше применяли асбестовые фильтры, которые можно регенерировать, но из-за высокой опасности для дыхательной системы, асбест запрещен в лабораторной практике.

Фильтровальная бумага

• по месту присоединения и наличию шлифа (со шлифом и без, шлиф на горлышке, на сливной трубке);
• по форме воронки (цилиндрическая , коническая).

Соответственно, есть воронки разного диаметра, с разным шлифом. Если есть шлиф, то воронка подбирается под диаметр колбы-приемника со шлифом. Если диаметры разные, используют переходники стеклянные, понижающие или повышающие шлиф/диаметр горлышка. Если нет шлифа, то воронка вставляется в резиновую пробку с отверстием.

Воронки маркируются номерами, чем меньше номер, тем меньше дырочек в пластинке и тем они крупнее. Например, согласно ГОСТу, название ПОР 1,6 обозначает, размер пор 1,6 мкм (максимально, так как поры разного размера). Согласно ISO эта воронка с пористостью S4. Так сравнивая максимальный размер пор сплавленной стеклянной пластины в фильтре, можно определить, какой это фильтр по международной классификации.

Высокая скорость фильтрации – это большой диаметр воронки, диаметр пор и сила вакуума.

Мойка воронки Шотта

Так как пористая пластинка с порами в микрометры, очистить обычным способом ее невозможно. Используют разные подходы, в зависимости от силы загрязнения.

Способы очистки пористой пластины:

1. Пропустить растворитель (или горячую воду) в обратную сторону (вымыть из пор загрязнение).
2. Кипячение в растворе смеси кислот (соляная:азотная – 1:3). Для самых стойких загрязнений берут царскую водку.

Для усиления эффекта можно делать все манипуляции в ультразвуковой бане.

Тигли Гуча - что это такое и для чего используется?

Для очистки порошкообразных или кристаллических осадков в системе вакуумной фильтрации можно применять тигли Гуча . Тигли представляют собой фарфоровый стаканчик с дырочками в дне (как часть воронки Бюхнера). Тигель вставляют в резиновую основу, фиксируют в воронке и дальше используют, как воронку Бюхнера.

Удобнее применять стеклянные тигли, с плавленой пористой пластинкой (как тигли Шоттта без ножки). Используют, как воронку Шотта. Такие тигли тоже имеют дифференцированную пористость, диаметр, но у них нет горлышка, что делает их более универсальными (можно установить в систему с любым приемным сосудом).

Покупка воронок для вакуумной фильтрации

Чтобы купить все составляющие установки для фильтрования под разреженным воздухом, достаточно обратиться к компании, которая реализует лабораторную посуду. Но так как процессы происходят под вакуумом, воронку Бюхнера, Шотта, колбу Бунзена и другие компоненты системы лучше купить у проверенного поставщика, т.е. у нас, в компании .

Классификация фильтров

Среди фильтров, наиболее часто используемых на обогатительных фабриках для обезвоживания продуктов обогащения, можно выделить следующие типы.

К первому типу фильтров следует отнести фильтры, работающие под гидростатическим давлением столба фильтруемой суспензии. Это самые простые фильтры, к ним относятся фильтрующие чаны или песчаные фильтры. Песчаные фильтры применяются при малом содержании твердой фазы в суспензии и в целях осветления растворов. Они представляют собой чаны, в которых на ложном днище уложен слой песка, служащий фильтрующей перегородкой. Периодически необходимо регенерировать перегородку (промывать водой) или заменять на новую.

Второй тип – это вакуум-фильтры, среди которых различают вакуум-фильтры периодического и непрерывного действия.

К вакуум-фильтрам периодического действия относится рамный вакуум-фильтр. Рамные фильтры применяли в гидрометаллургии для осветления растворов от мути. Пакет из отдельных рамок (до 30 штук) подвешивается на направляющих и помещается в ванну с суспензией (фильтровальный ящик). Прямоугольная рама образована железной газовой трубкой с отверстиями диаметром 5 мм, на которую натянута рубашка из фильтроткани. Газовые трубки при помощи сборника-коллектора соединяются с вакуум-системой. Внутри рамок создается вакуум и начинается процесс фильтрования. На фильтроткани образуется осадок из взвешенных частиц раствора. Когда скорость фильтрования резко падает, вакуум-насос отключают, осветленную суспензию из ванны выпускают и при необходимости осуществляют промывку осадка водой под вакуумом. Разгрузку осадка производят сжатым воздухом, подаваемым через тот же коллектор, и цикл повторяется. Рамные вакуум-фильтры отличает простота конструкции, ремонта и замены изнашиваемых частей. К недостаткам следует отнести малую производительность.

Среди вакуум-фильтров непрерывного действия различают:

– барабанные с внешней фильтрующей поверхностью;

– барабанные с внутренней фильтрующей поверхностью;

– дисковые с боковой фильтрующей поверхностью;

– ленточные с горизонтальной фильтрующей поверхностью;

– план-фильтры.

Третий тип фильтров – фильтр-прессы, которые, в свою очередь, по конструктивному оформлению и по принципу действия подразделяются на вертикальные, горизонтальные, рамные, камерные, ленточные.

К четвертому типу фильтров можно отнести гипербарические или высоконапорные фильтры. Напорный дисковый фильтр представляет собой встроенный в цилиндрическом напорном резервуаре дисковый фильтр. В напорном резервуаре создается повышенное давление с помощью сжатого воздуха. Внутреннее пространство сегментов фильтровальных дисков находится под атмосферным давлением и таким образом создается необходимая для процесса фильтрования разница в давлении по обеим сторонам фильтровального полотна. Высоконапорные фильтры выпускает фирма Andritz (Австрия).

Вакуум-фильтры непрерывного действия работают с применением вакуума, который во время фильтрования поддерживается постоянным, и характеризуются полной автоматизацией смены отдельных циклов фильтрования.

На отечественных железорудных и углеобогатительных фабриках, как правило, применяют дисковые вакуум-фильтры. На фабриках, перерабатывающих руды цветных и редких металлов, наряду с дисковыми, используют барабанные вакуум-фильтры с наружной фильтрующей поверхностью. На фабриках по обогащению апатитовых и фосфоритовых руд распространение получили барабанные фильтры с внутренней фильтрующей поверхностью. На ряде предприятий для обезвоживания зернистого материала применяют ленточные вакуум-фильтры. Для труднофильтруемых суспензий иногда используются барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном. Очень редко применяют нутч-фильтры, карусельные и тарельчатые вакуум-фильтры (план-фильтры).

Барабанный вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью

Барабанные фильтры с внешней фильтрующей поверхностью изготовляют в обычном (типа БОУ) и кислотостойком (типа БОК) исполнении для фильтрования тонкозернистых материалов с верхним пределом крупности 65–70% класса –0,074 мм. Эти фильтры находят наибольшее применение на фабриках, перерабатывающих руды цветных и редких металлов для обезвоживания свинцовых, медных, цинковых, молибденовых концентратов и неметаллических, например, баритовых концентратов.

Фильтры имеют типоразмерный ряд: БОУ 5‑1,75; БОУ 10‑2,6; БОУ 20‑2,6; БОУ 40‑3; БОУ 100‑4,2; где первая цифра это площадь фильтрования, м 2 ; вторая цифра – диаметр барабана, м.

Барабанный вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью (рис. 4.6) состоит из вращающегося барабана 1 , установленного в двух опорных подшипниках 11 , ванны 4 для приема суспензии, мешалки 5 , полых цапф 10 , привода барабана 3 , распределительных головок 2 . Суспензия поступает в ванну снизу по патрубкам, избыток её переливается. Вертикальная перегородка делит барабан на две изолированные друг от друга секции. Барабан погружен приблизительно на 40% фильтрующей поверхности в суспензию. Барабан вращается на полых чугунных цапфах в подшипниках, укрепленных на торцевых стенках ванны. Вращение барабана осуществляется от электродвигателя через многоступенчатый редуктор на приводную шестерню, укрепленную на цапфе барабана.

В ванне установлена качающаяся (маятниковая) мешалка для предотвращения осаждения твердых частиц пульпы. Мешалка имеет отдельный привод 6 . В одной из торцовых стенок ванны имеется переливное окно 16 , через которое удаляется избыток пульпы, благодаря чему поддерживается постоянный уровень пульпы в ванне. Снизу имеются люки 18 для выпуска пульпы при остановке.

Поверхность барабана покрыта перфорированными стальными листами 9 с отверстиями диаметром 5 мм. Сверху на эти листы натягивают фильтроткань, укрепляя её на барабане забивкой жгутов в пазы между ячейками барабана и навивкой мягкой проволоки по окружности барабана.

Рис. 4.6. Барабанный вакуум-фильтр с внешней фильтрующей поверхностью:
1 – барабан; 2 – распределительные головки; 3 – привод барабана; 4 – ванна; 5 – мешалка; 6 – привод мешалки; 7 – опорная рама;
8 – ножевое устройство для съема осадка; 9 – перфорированный лист; 10 – цапфа; 11 – подшипник; 12 – трубы для отвода фильтрата;
13 – сменная ячейковая шайба; 14 – выводные трубы, соединяющие распределительную головку с вакуумом; 15 – выводные трубы для подачи сжатого воздуха; 16 – окно для перелива пульпы; 17 – патрубок для подачи исходной пульпы; 18 – отверстие для выпуска пульпы
из корыта; 19 – отверстие для чистки корыта; 20 – устройство для навивки проволоки на барабан

Внутренняя полость барабана, образованная фильтрующей поверхностью и поверхностью барабана, разделена в радиальном направлении на 24 неглубокие секции (ячейки), каждая из которых соединена отводящими трубками 12 с каналами пустотелых цапф. К торцам пустотелых цапф пружинами прижаты распределительные головки со сменными ячейковыми шайбами 13 . Они служат для попеременного подключения внутренних секций барабана к вакуум-проводу и трубам, подающим сжатый воздух 15 и отводящим фильтрат 14 . Распределительная головка неподвижна и при вращении барабана происходит попеременное соединение отдельных секций барабана с определенными камерами распределительной головки.

Независимо от того, какое оборудование применяется для сгущения осадка сока I сатурации, от осадка отделяется жидкая фаза и осадок промывается. Так как суспензия, поступающая из сгустителей на вакуум-фильтры, имеет температуру около 85 °С, то остаточное давление на вакуум-фильтрах не должно превышать 0,045.. .0,048 МПа. Таким образом, перепад давления, при котором осуществляется фильтрация на вакуум-фильтрах, в 4...5 раз меньше, чем на фильтрах циклического действия. Поэтому толщина слоя осадка на барабанах фильтров допускается не более 10... 12 мм, а для быстрого роста толщины слоя осадка на фильтрующей поверхности фильтра поступающая на фильтрацию суспензия должна содержать сухих веществ не менее 20 %.

Применяются вакуум-фильтры камерного типа и бескамерные.

На рис. а показана принципиальная схема работы камерного вакуум-фильтра. В корпус фильтра 1 подается сгущенная суспензия сока I сатурации, в которую погружен вращающийся барабан 2. Поверхность барабана разделена на отдельные секции перегородками 3. Каждая секция трубками 5 соединена с подвижной головкой 6 фильтра. Головка имеет отверстия, количество которых соответствует количеству секций барабана.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Так как резиновые уплотнения все время прижимаются к внутренней поверхности барабана и работают на истирание, то барабан внутри должен быть гладким. Практика эксплуатации вакуум-фильтров данного типа показывает, что уплотнения быстро изнашиваются. Применение ротационных уплотняющих устройств из синтетических материалов, видимо, может устранить этот недостаток.

Камерный вакуум-фильтр БШУ-40-3-10 (рис.) состоит из следующих узлов: привода барабана фильтра 1, распределительных головок II и VI, барабана III, промывного устройства VII, мешалки для взмучивания осадка IVи привода мешалки V.

Рис. Вакуум-фильтр БШУ-40-3-10

Кроме того, в его состав входят электродвигатель 1, вариатор 2, редуктор 3, патрубок 4 для сжатого воздуха, левая 5 и правая 16 распределительные головки, подшипник 6, шестерня 7, передняя крышка 8, подводящие трубы 9, барабан 10, коллекторные трубы 11, патрубок 12, форсунка 13, трубы 14 для промывки осадка, штанга 15, штуцер 17 для отвода фильтрата, редуктор 18, штанги 19 и 24, спускные штуцера 20 и 22, мешалка 21, корпус 23, штуцера 25, 26, 37 для отвода промоя, устройство 27 для крепления ножа, устройство 28 для намотки проволоки на барабан, кран 29, фильтр 30, кожух 31, распределитель 32, горизонтальные трубы 33 и 35, радиальные трубы 34 и 36, штуцер 38 для подвода суспензии, электродвигатель 39 и редуктор 40.

Барабан 10 фильтра вращается в корпусе 23, куда по штуцеру 38 непрерывно поступает сгущенный осадок. Невращающиеся части распределительных головок 5 и 16 прижаты к торцовым поверхностям вращающихся цапф и при работе фильтра последовательно соединяют секции барабана с соответствующими окнами в неподвижной части распределительных головок.

Когда секция барабана погружена в суспензию, происходит фильтрация за счет разрежения, создаваемого конденсатором в правой распределительной головке 16. Жидкая фаза суспензии отводится при этом через штуцер 17, а на поверхности ткани этой ячейки отлагается слой осадка. Так как при увеличении толщины слоя осадка сопротивление фильтрации растет, то для сохранения производительности фильтра к секции через угол поворота барабана 36° подключается распределительная головка 5 с более высоким разрежением. При этом фильтрат отводится через штуцер 25, а на поверхности ткани этой секции толщина слоя осадка возрастает. Процесс фильтрации в каждой секции барабана происходит до тех пор, пока она находится в зоне фильтрации. Размеры зон фильтрации регламентируются размерами окон в шайбах неподвижных головок (рис.). Фильтр имеет следующие размеры зон в дуговых градусах:

Далее секция барабана проходит промежуточную зону II, входит в зону III первой просушки и промывки при пониженном разрежении, при этом более концентрированный раствор отводится через штуцер 37 правой распределительной головки 16. В зоне V происходит промывка слоя осадка при повышенном разрежении, создаваемом вакуум-насосом через левую распределительную головку. Концентрированный промой отводится через штуцер 25 этой головки (см. рис.).

Рис. Шайбы неподвижных головок вакуум-фильтра БШУ-40-3-10: а - левой головки; б - правой головки; в - схема деления секций барабана фильтра на зоны при совмещении шайб

После V зоны секции барабана вакуум-фильтра соединяются с зоной VII второй просушки и промывки осадка с уменьшенным разрежением. Полученный промой удаляется через штуцер 26 левой распределительной головки. Зона VII отделяется от зоны отдувки осадка IXпромежуточной зоной VIII. Отдувка осуществляется сжатым воздухом с избыточным давлением 0,02 МПа, поступающим по патрубку 4 левой головки.

В этой же зоне осадок снимается с ткани ножом. После прохождения секциями барабана промежуточной зоны X процесс повторяется.

В зонах III, V и VII осадок промывается аммиачной водой, поступающей через кран 29, фильтры 30, распределитель 32, радиальные 36 и горизонтальные 35 трубы в форсунки 13. Через трубы радиальную 34 и горизонтальную 33 в форсунки поступает раствор соляной кислоты для регенерации ткани.

Избыток поступающей в корпус фильтра суспензии удаляется через сливную коробку, а окончательный спуск осуществляется через штуцера 20 и 22.

Барабан фильтра своими цапфами установлен в подшипниках 6 и приводится во вращательное движение с частотой 0,118.. .2,14 об/мин от трехступенчатого электродвигателя 1 максимальной мощности 2,8 кВт через вариатор 2 и редуктор 3.

Мешалка 21 совершает 20 двойных качаний в минуту и приводится в движение от электродвигателя через редуктор 18 и штанги 19 и 24.

Барабан фильтра представляет собой горизонтальный сварной цилиндр, состоящий из двух частей, соединенных при помощи фланцев. На наружной поверхности барабана 1 (рис.) приварены планки 3, разделяющие всю поверхность барабана по длине на 24 секции. На планках установлена перфорированная опорная поверхность 8 (рис. б), через отверстия которой фильтрат проходит в секции. Фильтрация суспензии осуществляется через ткань 2, которая укладывается на опорную поверхность - резиновые коврики 7. Перфорированная опорная поверхность 8 (сетка) крепится на барабане с помощью штифтов 6. Жгут 4 укладывается в пазы 5 планок.

Рис. Барабаны вакуум-фильтров: а - с опорной сетчатой поверхностью; б - с опорной поверхностью в виде резиновых ковриков

В фильтрах типа «Эймко», выпускаемых французской фирмой «Фив Лилль-Кай», вместо перфорированной поверхности барабанов применяются плетеные проволочные сетки 2. На рис. а показан способ закрепления на барабане стальной сетки при помощи штифтов 6, укладка пенькового жгута, закрепление холста 3 проволокой 7.

Жгут укладывается в канавки планок, приваренных на наружной поверхности барабана. Планки образуют отдельные секции барабана. Ткань закрепляется при помощи нержавеющей проволоки.

Резиновые коврики имеют преимущества по сравнению со стальными сетками. Они легко снимаются в случае регенерации их и увеличивают срок службы ткани, так как не окисляют ее.

Из каждой секции фильтров коллекторными трубками фильтрат отводится к распределительным головкам. Секции в верхней части разобщены между собой при помощи резиновых шнуров 4, вставленных в пазы планок 5.

Левая распределительная головка вакуум-фильтра БШУ-40-3-10 (рис.) состоит из подвижной 4 и неподвижной 9 частей со съемными шайбами. Она включает также гнезда 1 и 2, штуцер 3 для подвода сжатого воздуха, шайбы 5 и б, винт 7, ось 8, стакан 10, смотровое стекло 11, опору 12, окно 13, шланги 15, 16 и 18. Шайбы прикрепляются к цапфе барабана, т. е. к подвижной части и неподвижному корпусу головки, винтами 7. Неподвижная шайба имеет окна, количество которых соответствует количеству окон в неподвижном корпусе головки.

Рис. Левая распределительная головка вакуум-фильтра БШУ-40-3-10

Неподвижная часть головки прижимается к подвижной шайбе с помощью пружины 17, насаженной на ось 8. Ось пружины крепится в стакане 10, прикрепленном к цапфе подвижной части головки. Большие полости головки имеют отвод 19, к которому хомутиком 20 крепится рукав 18. Сжатый воздух в головку подается через штуцер 3. Разрежение в определенных зонах фильтра контролируется вакуумметрами, присоединенными к гнездам 1 и 2. Для установки неподвижной головки в определенном положении по отношению к правой головке имеется проушина 14.

Сравнивая конструкции распределительных головок различных типов фильтров, необходимо отметить значительные преимущества распределительных головок фильтра БШУ-40-3-10: они позволяют изменять режим работы фильтра. Неподвижные диски, расположенные в правой и левой распределительных головках, различаются между собой. Так как в каждой секции фильтра имеются по две коллекторные трубки и одна из трубок направлена к правой распределительной головке, а другая - к левой, это позволяет в фильтрах данной конструкции увеличить зону промывки осадка, что обеспечивает более глубокую промывку его при небольших расходах воды, и отобрать часть малоконцентрированного раствора для приготовления известкового молока. Эти вопросы имеют актуальное значение для нормальной работы фильтров.

Фильтр оснащен самоочищающейся ловушкой для отделения окалины от промывной воды, которая подается к форсункам по трубам из нержавеющей стали. При регенерации ткани раствор соляной кислоты поступает в пластмассовые форсунки. Все трущиеся части фильтра смазываются централизованно. Уровень суспензии в корпусе фильтра и сока в ресиверах поддерживается автоматически.

Техническая характеристика вакуум-фильтров БШУ-40-3-10

Производительность по свекле, т/сут................800... 1 ООО

Поверхность фильтрации, м 2 ..........40

Диаметр барабана, мм........................3000

Длина барабана, мм..........................4400

Частота вращения барабана, с -1 ..................0,0026... 0,0260

Температура суспензии при фильтрации, К............273... 368

Угол погружения барабана в суспензию, град.....109... 120

Величина вакуума в зоне фильтрования, МПа.....0,08

Давление при продувке, МПа..........0,2

Установленная мощность, кВт..........7,0

Габаритные размеры, мм......................7350x4585x3942

Масса, кг................21415

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?

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