Гидродинамические процессы, используемые при переработке промышленных отходов, включают: гравитационное отстаивание под действием силы тяжести в отстойниках и флотаторах, разделе­ние под действием центробежной силы в центрифугах и гидроцик­лонах, фильтрацию под действием разности давлений через фильт­рующую перегородку в различных фильтрах и др.

Принципиальной разницы в механизмах протекания гидро- и аэродинамических процессов нет. Конечно, существенные отличия плотностей и вязкостей жидкой и газовой сред приводят к разли­чию скоростей процессов и к отличиям в конструкциях оборудова­ния для осуществления гидро - и аэродинамических процессов сепа­рирования отходов. Основной причиной этих отличий является со­отношение силы тяжести частиц и величины сопротивления их пе­ремещению под действием этой силы, оказываемого той или иной средой. Поэтому здесь будут рассмотрены и процессы разделения частиц отходов в воздушных потоках. К таким процессам следует отнести прежде всего очистку газов от твердых частиц в циклонах и рукавных фильтрах, а также процессы пневмосепарации в аппа­ратах различной конструкции.

Гравитационное отстаивание основано на различии скоростей падения в жидкой или воздушной среде частиц разного размера и плотности. Двухфазные смеси, компоненты которых различаются по плотности, довольно легко разделяются в устройствах, основан­ных на использовании сил гравитации. В простейшем случае седи­ментацию можно описать как установившееся движение единичной сферической частицы в безграничном объеме жидкости (газа). Скорость такого движения v4 при ламинарном режиме обтекания частицы определяется формулой Стокса:

(6.22)

Где G - ускорение действующего на частицу гравитационного поля; гч - радиус частицы; уЖ - кинематическая вязкость жидкости; Яч> Рж ~ плотности соответственно частицы и жидкости.

Выделение из воды тонущих или всплывающих примесей от­стаиванием является наиболее простым и экономичным процессом, в связи с чем отстойники различных типов получили широкое рас­пространение в промышленности.

Области применения гравитационных методов обогащения при­ведены в табл. 6.17.

Таблица 6.17 Области применения гравитационных методов обогащения Крупность, мм Плотность, кг/м3 Метод обогащения Мини­ Макси­ Мини­ Макси­ Мальная Мальная Мальная Мальная Отсадка 0,074 250 1200 15600 Концентрация на столах 0,074 13 1200 15600 Тяжелосредная сепарация 6,0 300 1200 5200 Обогащение: В гидроциклонах 0,074 20 1200 8000 На шлюзах 0,045 30 2500 15600 В винтовых сепараторах 0,045 16 2500 15600 В моечных желобах 6,0 100 1200 2500 В шнековых сепараторах 6,0 50 1200 2500 Гидроклассификация 0,074 2 2500 4200 Пневматическая отсадка 1,0 25 1100 2500 Пневматическая сепарация 6,0 75 1100 2500

Отсадка является высокопроизводительным, экономичным и универсальным способом разделения отходов. Универсальность этой технологии хорошо видна из данных табл. 6.17, в которой приведены граничные условия применяемости различных гравита­ционных методов обогащения.

Отсадка представляет собой процесс разделения твердых ча­стиц по плотности под действи­ем переменных по направлению вертикальных струй воды (воз­духа), проходящих через реше­то отсадочной машины.

Отсадка наиболее эффектив­на при разделении отходов, со­держащих достаточно крупные зерна с сильно различающейся плотностью.

Рис. 6.28. Технологический компле»^ отсадки:

I - отсадочная машина; 2 - элеваторы; 3 - бак оборотной воды; 4 - воздуходувка; 5 - зумпф оборотной воды; б - насос

В результате разделения (рис. 6.28) смеси измельченных отходов, поступающих в отса­дочную машину, получают две фракции (I и II) материалов с различной плотностью и проме­
жуточный продукт (III), который подлежит дальнейшему разделе­нию.

Отсадке обычно подвергают предварительно обесшламленные широко - или узкоклассифицированные материалы с крупностью 0,5 - 100 мм для нерудных и 0,2 - 40 мм для рудных материалов. При отсадке крупного материала на решете образуется так называ­емая постель - слой толщиной в 5 - 10 диаметров наибольших час­тиц. При отсадке мелкого материала (до 3-5 мм) на решете ук­ладывают искусственную постель из крупных тяжелых частиц ма­териала, размер которых в 3 - 4 раза превышает размер наиболее крупных частиц питания. В процессе отсадки материал расслаива­ется: в нижнем слое концентрируются тяжелые частицы, в самом верхнем - легкие мелкие. Получаемые слои разгружают раздельно.

Отсадочные машины различаются способом создания пульсаций (движением диафрагмы, поршня, решета, пульсирующей подачей сжатого воздуха), типоразмерами, числом фракций выделяемых продуктов, конструктивными особенностями.

Их производительность Q (т/ч) может быть определена по формуле:

Q = 3600 YcpBHvt, (6.23)

О

Где уср - средняя насыпная плотность материала постели, т/м, В - Ширина отсадочного отделения, м; Я - высота отсадочной постели, м; Vf - средняя скорость продольного перемещения материала в ма­шине, м/с.

Связь производительности отсадочной машины с качеством продуктов отсадки выражается уравнением:

Q = 3600ycf>BHLK/t], (6.24)

Ще L - длина отсадочной машины, м; К - коэффициент пропорци­ональности, характеризующий удельную скорость разделения, с"1 (обычно в пределах 0,01 - 0,05 с" ); rj - критерий точности разде­ления.

Обогащение в тяжелых средах заключается в разделении ма­териалов по плотности в гравитационном или центробежном поле в суспензии или жидкости, плотность которой является промежу­точной между плотностями разделяемых частиц.

Тяжелые суспензии представляют собой взвешенные в воде тонкодисперсные частицы тяжелых минералов или сплавов-утяже­лителей, в качестве которых используют ферросилиций, пирит, пирротин, магнетитовий и гематитовый концентраты и другие ма­териалы крупностью до 0,16 мм. Максимально возможная плот­ность суспензии 3500 - 3800 кг/м3. В качестве тяжелых жидкостей используют растворы хлоридов кальция и цинка (плотность соот­ветственно 1654 и 2070 кг/м3), тетрахлорид углерода (плотность 1600 кг/м3), тетрабромэтан (2810 кг/м3), раствор иодида калия (3196 кг/м ) и другие соединения.

Плотность суспензии (г/см ) определяют по формуле:

<5с = С(<5у - 1) + 1, (6.25)

Где С - объемная концентрация утяжелителя, доли единицы; <5у - плотность утяжелителя, г/см3.

Масса утяжелителя (кг) в данном объеме суспензии составляет:

Ту = F<5y(<5c - 1)/(<5у - 1), (6.26)

•3

Где V - объем суспензии, дм ; <5у и <5С - плотность соответственно утяжелителя и суспензии, кг/дм3.

Для поддержания устойчивости суспензии в нее добавляют гли­ну (до 3% от массы утяжелителя) или применяют смесь порошков утяжелителей различной плотности.

Наиболее распространенными аппаратами обогащения в тяже­лых средах являются барабанные, конусные, колесные и гидроцик­лонные сепараторы.

Производительность барабанного и колесного сепараторов опре­деляют по всплывающему легкому продукту. Производительность конусного и гидроциклонного сепараторов рассчитывают по пита­нию.

1 - ванна; 2 - элеваторное колесо; 3 - перфорированные черпаки; 4 - скребковый механизм; / - уровень суспензии; II - загрузка; III — концентрат; IV - суспензия; V - слив суспензии

На рис. 6.29 показан колесный тяжелосредный сепаратор СК-12.

Разделяемая смесь поступает по загрузочному лотку в ванну, состоящую из двух соединенных в нижней части отделений. В од­ном из отделений размещено элеваторное колесо для выгрузки сус­пензии вместе с потонувшей, более тяжелой фракцией. Легкая фракция выгружается одновременно с тяжелой, но в верхней части ванны. Их перемешивание в зоне выгрузки предотвращается раз­делительной перегородкой.

Другим видом оборудования для разделения смешанных отхо­дов способом тяжелосредной сепарации является сепаратор СБС-5, разработанный специально для технологических линий по перера­ботке алюминиевого лома. Он предназначен для разделения сме­шанных отходов на фракции с высоким содержанием магния (плотность < 2650 кг/м ), с высоким содержанием цинка (плот­ность > 2850 кг/м ) и меднокремниевые алюминиевые сплавы про­межуточной плотности. Техническая характеристика сепаратора СБС-5 приведена ниже:

Производительность по исходному продукту, т/ч 10

Крупность исходного продукта, мм...................... 10 - 100

Плотность сортируемого материала, кг/м3 . . . 2550- 3100

Мощность привода, кВт.......................................... 2,2

Габаритные размеры сепаратора, м....................... 3,36x1,8x2,05

Масса сепаратора, т............................................... 3,47

Суспензия подается в сепаратор вместе с исходным питанием по загрузочному желобу. Всплывший в обогатительной ванне бара­бана продукт транспортируется вдоль барабана потоком суспензии и затем выгружается вместе с ней из сепаратора через подвижный разгрузочный порог. Потонувший продукт опускается на дно бара­бана и при его вращении извлекается из суспензии лопатками, расположенными на внутренней поверхности цилиндра барабана, а затем поступает в желоб выгрузки.

Сепарация на концентрационных столах характеризуется раз­делением минеральных частиц по плотности в тонком слое воды, текущей по наклонной плоской деке стола, совершающей возврат­но-поступательное горизонтальное движение перпендикулярно на­правлению движения воды.

Деки бывают трапециевидной и прямоугольной формы. На час­ти поверхности дек в продольном направлении закрепляют парал­лельно располагаемые рифли (планки переменной высоты и дли­ны), длина которых увеличивается от верхнего к нижнему краю стола, ще и происходят сбор и выгрузка легких продуктов. Пульпу разделяемого материала подают в верхний угол поверхности стола (деки). Смывную воду подают с верхнего края деки, ниже места ввода пульпы. Частицы разделяемого материала большей плотно­сти оседают между рифлями и под действием колебаний наклон­ной деки продвигаются вдоль них, достигая нерифленой части де­ки, где образуют веер частиц различной плотности, удаляемых раздельно. Неоседающие частицы меньшей плотности переносятся смывным потоком через рифли и отводятся с поверхности концент­рационного стола.

Более эффективно разделение предварительно классифициро­ванных материалов. Оптимальное отношение длины деки L к ее ширине S определяется крупностью обогащаемых материалов. Концентрационные столы изготавливают в одно - и многоярусном вариантах с деками трех видов: Песковыми (L/S = 2,5 для частиц диаметром D > 1 мм), мелкопесковыми (L/S = 1,8, D = 0,2 - 1 мм), шламовыми (L/S < 1,5, D < 0,2 мм).

К основным регулируемым технологическим параметрам сепа­рации на столах относят число п ходов деки стола в 1 мин и опти­мальную длину одного хода (мм), определяемые по выражениям:

П = 250(6.27)

I = (6.28)

Где Dmax - размер частиц, равный размеру ячеек сита, на котором остаток материала составляет 5%.

Производительность Q (т/ч) концентрационного стола может быть определена по формуле:

Q = К 3Fdcp [(<5Т - Д)/(<5Л - А)] °'6, (6.29)

Где К - коэффициент (обычно К = 0,1^; <5 — плотность питания сто­ла, г/см ; F — площадь деки стола, м ; Dcp - средний арифметиче­ский диаметр частиц, мм; <5Т, д„ — плотность соответственно тяже­лой и легкой фракций, г/см ; А - плотность среды (для воды А = 1), г/см3.

Сепарация отходов с различной плотностью с помощью кон­центрации на столах после измельчения в шаровой мельнице, от­мывки на деке концентрационного стола и магнитной доочистки обеспечивает высокую степень их разделения.

Обогащение в винтовых сепараторах и шлюзах происходит, как и на столах, в потоке пульпы разделяемых материалов, подавае­мой в верхнюю часть наклонного желоба (содержание твердого ве­щества в пульпе 6 - 40%, высота потока 6-15 мм).

Винтовые сепараторы представляют собой неподвижные вер­тикальные винтообразные желоба (число витков 4 - 6) с поверхно­стью специального профиля. Тяжелые частицы пульпы сосредото­чиваются в желобе ближе к вертикальной оси его витков и разгру­жаются посредством отсекателей в соответствующие приемники. Легкие частицы концентрируются в периферийной части желоба и разгружаются в нижней части сепаратора. Желоб имеет угол на­клона к горизонту, характеризуемый отношением шага к диамет­ру, (0,4-0,6).

При максимальной крупности частиц обогащаемых материалов 0,2 - 8 мм и плотности извлекаемых материалов 6 - 7,5 г/см средняя производительность винтовых сепараторов диаметром 0,5 - 1,2 м составляет 0,3 - 12 т/ч. Обогащение предварительно класси­фицированных и обесшламленных материалов дает лучшие пока­затели.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы, характеризующиеся более широкими желобами и меньши­ми наклонами днищ желобов.

Струйные сепараторы снабжены суживающимся к нижнему концу и устанавливаемым под углом 15 - 20 град желобом или конусом. Пульпу при содержании твердого вещества 50 - 60% за­гружают в верхнюю часть желоба. Сокращение расстояния между стенками желоба от загрузочного конца к разгрузочному приводит к увеличению высоты потока от 1,5 - 2 до 7 - 12 мм. Частицы большей плотности концентрируются в нижних слоях потока, а меньшей - сосредоточиваются в верхних его слоях. Разделенные потоки частиц поступают в отдельные приемники. Производитель­ность этих аппаратов определяется крупностью и составом смеси и обычно составляет 0,9 - 5,5 т/ч на 1 м2 рабочей площади желоба. Их можно использовать и для классификации строительного песка.

Шлюзы характеризуются наличием наклонных (3 - 15 град) лотков с укрепленными на их дне трафаретами (бруски, уголки, профилированные коврики, панцирные сетки, ткань) для задержа­ния тяжелых частиц подаваемой в верхнюю часть лотка пульпы перерабатываемых отходов. Эти аппараты могут быть неподвижны­ми и подвижными, глубокого (высота потока до 0,4 м для перера­ботки материала крупностью от 20 до 100 мм и более) и мелкого (высота потока до 0,05 м для материалов крупностью до 20 мм) заполнения. Аппараты мелкого заполнения называют подшлюзка - ми. Легкие частицы пульпы уносятся потоком через трафареты, частицы большей плотности оседают в межтрафаретных простран­ствах, после заполнения которых при прекращении подачи пульпы их смывают водой в приемник.

Необходимую для заданной объемной производительности ши­рину шлюза В (м) определяют по выражению:

В = Q/(Yh), (6.30)

1

Где Q - расход пульпы, м /с; v - скорость потока пульпы, м/с; H — Высота потока, м.

Расход пульпы определяют по уравнению:

Q = Q{/D + тж/тТВ), (6.31)

Где Q - расход твердого вещества питания, т/с; д - плотность твер­дого вещества, т/м ; тж - масса жидкости; ттв - масса твердого тела).

Ширина шлюзов обычйо составляет 0,5 - 1,5 м, длина 6 - 20 м. Пример технологического комплекса обогащения на шлюзах представлен на рис. 6.30.

Для разрушения и удаления глинистых, песчаных и других ми­неральных, а также органических примесей твердых отходов часто используют процессы их промывки (отмыв­ки), которые проводят в промывочных ма­шинах разнообразной конструкции (гидромо­ниторы, барабанные грохоты, вращающиеся скрубберы, корытные мойки, аппараты авто­клавного и других ти­пов). В качестве про­мывочного агента наи­более часто использу­ют воду [в ряде случа­ев с добавками поверх­ностно-активных ве­ществ (ПАВ)]; иногда применяют острый пар и различные растворители.

\ч s "•>

NS>"l Концентрат F

Отходы

Рис. 6.30. Технологический комплекс обогащения на шлюзах:

I - шлюз; 2 - привод; 3 - бак питания; 4 - зумпф питания; 5,7 - насосы; 6 - зумпф концентрата; 8 - Зумпф смывной воды

Рис. 6.31. Некоторые инерционные приемы разделения смесей твердых отходов: А, б — баллистическая сепарация; в - сепарация, основанная на различии коэффи­циентов трения; I - ленточные транспортеры", 2 - роторы; 3 - пластинчатый транс­портер; 4 - отражатель; JIH - фракция легких неупругих материалов; ТУ - фракция тяжелых упругих материалов

Помимо описанных гравитационных методов сепарации в прак­тике переработки твердых отходов используют и другие, часто на­зываемые инерционными, которые основаны на различии плотно­стей компонентов обрабатываемых отходов, а также их упругостей и коэффициентов трения. Некоторые из таких методов представле­ны на рис. 6.31.

Пенная сепарация — физико-химический процесс, заключаю­щийся в избирательной адсорбции поверхностно-активных компо­нентов жидких систем на поверхности поднимающихся пузырьков воздуха.

Концентрирование суспензий или растворов этим методом ос­новано на использовании пузырьков газа для увеличения подъем­ной силы, действующей на отделяемые частицы. Газовые пузырьки "прилипают" к частицам, понижая при этом их эффективную плотность до величины меньшей, чем плотность воды.

Газовые пузырьки могут образовываться несколькими метода­ми. В зависимости от способа создания пузырьков воздуха в жид­кой среде пенная сепарация подразделяется на механическую и пневматическую, а также сепарацию с выделением растворенного в жидкости воздуха за счет снижения давления.

При механической пенной сепарации образование пузырьков воздуха происходит при мехническом взаимодействии воздуха и воды, создаваемом с помощью специальных турбинок импеллеров. Полученные механическим способом пузырьки воздуха имеют большие размеры, что снижает эффективность сепарации.

При пневматической пенной сепарации образование пузырьков воздуха происходит за счет диспергирования сжатого воздуха в по­ристых или перфорированных аэраторах. Этот способ сепарирова­ния также недостаточно эффективен из-за сложности получения мелких пузырьков воздуха.

Более эффективным является создание пузырьков воздуха при снижении давления. При этом способе воздух растворяется в жид­кости при повышенном давлении, а пузырьки выделяются при его снижении в системе до атмосферного, так как снижение давления приводит к уменьшению растворимости воздуха. Это наиболее час­то используемый способ, так как он позволяет получать большое число пузырьков малого размера (30 - 120 мкм). Такой способ пенной сепарации получил название напорной флотации.

В технологическую линию для осуществления процесса пенной сепарации входят нагнетательный насос, устройство для подачи воздуха, флотационная камера, где происходит насыщение жидко­сти воздухом, и выделительная камера. Исходное сырье и воздух поступают в камеру, где происходит насыщение суспензии возду­хом, и затем в выделительную камеру. Твердые частицы всплыва­ют, образуя слой на поверхности жидкости, и удаляются скребка­ми. Осветленная жидкость отводится из аппарата с помощью регу­лируемого водослива.

Пропускная способность флотационных установок по жидкости, как правило, больше, чем гравитационных, так как скорость подъ­ема частиц активированного ила при флотации обычно превышает скорость их оседания в гравитационном поле.

Преимущества флотационных установок перед гравитационны­ми при концентрировании активированного ила заключаются в бо­лее высокой концентрации твердой фазы в выходящем потоке, лучшем улавливании твердых частиц, более высокой пропускной способности и более низких капитальных затратах. Эксплуатаци­онные затраты на флотацию обычно выше, так как включают сто­имость вспомогательных химических агентов и энергии на подго­товку и подачу воздуха и воды в аппарат для насыщения.

Пенная сепарация подразделяется на пенное фракционирова­ние (ПФр) и пенную флотацию (ПФл).

4

Рис. 6.32. Механизм пенного фракционирования:

1 - смесь жидкости и твердых частиц; 2 — воздушный пузырек; 3 - гидрофоб­ Ные частицы; 4 - гидрофильные частицы

/ - водная фаза; 2 - поверхность раз­дела; 3 - пузырек воздуха; 4 - гидро­фильный конец молекулы; 5 - гидро­фобный конец молекулы

Рис. 6.33. Механизм пенной флотации:

Пенным фракционированием называется выделение из раство­ров растворенных в них веществ. Пенной флотацией называется выделение нерастворимых веществ из дисперсных систем. При пенном фракционировании (рис. 6.32) гидрофобная часть поверх­ностно-активных молекул вещества перемещается к поверхности раздела газа и жидкости, и молекулы принимают устойчивое поло­жение относительно пузырька воздуха. Гидрофильные концы моле­кул остаются в водной фазе, а гидрофобные проникают в газовую фазу. При непрерывном процессе пузырьки всплывают на поверх­ность жидкости и образуют слой пены. Если образующаяся пена устойчива, ПАВ будет накапливаться в пенном слое. Удалением с поверхности слоя пены ПАВ отделяются от растворяющей их жид­кости. Растворенные вещества с низкой способностью к образова­нию пены могут быть подвергнуты пенному фракционированию путем добавления в жидкость пенообразующего агента. В качестве пенообразующих веществ используют масла, жирные кислоты и их соли, дитиокарбонаты, алкилсульфаты, амины и другие соедине­ния.

Удаление нерастворенного взвешенного вещества методом пен­ной флотации происходит следующим образом (рис. 6.33). Мель­чайшие пузырьки воздуха, образующиеся при его подаче в жид­кость в сжатом состоянии, скапливают вокруг себя гидрофобные взвешенные частицы. Благодаря разнице плотностей эта агрегация частиц и пузырька устремляется к поверхности жидкости, и взве­шенное вещество концентрируется в слое пены. Затем пена вместе с взвешенными частицами удаляется.

Эффективность пенной сепарации зависит от устойчивости и дренажной способности пены (т. е. способности к влагоотдаче). Дренажная способность зависит от содержания жидкости внутри слоя, размера пузырьков, вязкости и поверхностного натяжения стенок пузырька.

На устойчивость пены влияют концентрация водородных ионов (рШ, температура, размер пузырьков, объемная концентрация растворенного вещества. Степень отделения зависит и от соотно­шения жидкости и газа, площади поверхности пузырька, высоты слоев жидкости и пены и ее долговечности.

Многочисленные конструкции флотационных установок можно разделить по их устройству на горизонтальные, вертикальные, ра­диальные, многокамерные, колонные. Устройство некоторых из них показано на рис. 6.34 - 6.36.

Рис. 6.34. Устрой­ство горизонталь­ного флотатора:

1 - флотационная камера; 2 - выдели­тельная камера; 3 - скребковое устройст­во; 4 - сборный кар­ман очищенной во­ды; 5 - камера для сбора пены; 6 - шту­цер для слива пен­ной массы; 7 - пат­рубок для слива ос­ветленной воды; 8 - Дросселирующее устройство

І_ L i. l _L. J_ т±..і

^ п=J-L, :г

! ! ЛГ I I I »1

Фракционирование пеной используется для удаления абсорби­рующих очищающих средств и других ПАВ из промышленных и бытовых сточных вод. Оно находит применение и при обработке промышленных отходов для удаления некоторых ПАВ. Метод мо­жет быть использован при очистке отходов пищевых и текстиль­ных предприятий, а также сточных вод целлюлозно-бумажного производства.

Рис. 6.35. Устрой­ство вертикального флотатора:

1 - впускная труба;

6 10 11

А-А

2 - патрубок для слива пенной массы;

3 - флотационная камера; 4 - выдели­тельная камера; 5 - Приемный карман пенной массы; 6 - Скре-бок; 7 - опор­ная балка скребко­вого механизма; 8 - Электропривод; 9 - Слой всплывшей массы; 10 - сливная камера осветленной воды; 11 - муфта для регулирования уровня воды; 12 - Слив-ная труба; 13 - Сборная щелевая труба; 14 - патрубок опорожнения флота­тора

Пенная флотация применяется для обработки загрязненных металлом сточных вод [очистка смазывакмце-охлаждающих жидко­стей (СОЖ)], улавливания масел из отходов нефтепереработки, при очистке воды, используемой для мойки автомобилей, и в дру­гих целях.

Jb

О

Га I

Mr

В

T

M/w

10

J J

Рис. 6.36. Устройство КОЛОН­НОГО флотатора:

1 - флотационная колонна;

2 - выделительная камера; 3 - сборный карман пенной мас­сы; 4 - скребковое устройство; 5 - слой пены; 6 - отводящий лоток; 7 - радиальный водорас­пределитель; 8 — смотровое ок­но; 9 - кольцевое пространство; 10- дросселирующая диафраг

Ма на впускном патрубке

Пенная сепарация нашла применение сравнительно недавно, но получает все большее распространение. Это обусловле­но тем, что при относительно небольших капитальных и эксплуатационных затра­тах, простом аппаратурном оформлении она позволяет решать весьма широкий круг задач, связанных с очисткой воды от диспергированных или растворенных примесей.

Центробежной сепарацией называют процессы разделения неоднородных фаз в центрифугах и гидроциклонах, в основе которых лежит действие центробежных сил.

Для центрифугирования используют центрифуги, в которых в зависимости от конструкции проводят центробежное осаждение или центробежное фильтрова­ние. Для осаждения используют центри­фуги, имеющие ротор со сплошной стен­кой, а для фильтрования — центрифуги с перфорированной стенкой ротора. Сус­пензии можно разделять в аппаратах обеих конструкций, а эмульсии - только в аппаратах со сплошной стенкой ротора. Для реализации этих процессов произво­дят осадительные и фильтрующие цент­

Рифуги.

При разделении суспензий в фильтрующих центрифугах жид­кость фильтруется через перфорированную стенку ротора, а твер­дые частицы задерживаются ею. Образовавшийся на стенке осадок выгружается в непрерывном или периодическом режиме.

В осадительных центрифугах, имеющих ротор со сплошной стенкой, твердая фаза с более высокой плотностью отлагается на стенке, а жидкая фаза, образующая кольцевой слой ближе к оси вращения, выводится из аппарата. Аналогично происходит разде­ление эмульсий: у сплошной стенки ротора образуется слой более плотной жидкости.

Классификация выпускаемых промышленностью центрифуг проводится по следующим признакам: принципу разделения (ос­новному конструктивному признаку), способу выгрузки осадка, герметичности, взрывозащищенности, возможности регулирования температуры разделяемой смеси.

При выборе центрифуги необходимо учитывать, помимо усло­вий работы, свойства разделяемой смеси, дисперсность твердых ча­стиц, вязкость дисперсионной среды, разницу плотностей разделяе­мых фаз (последний фактор не относится к процессу центробежно­го фильтрования, так как в этом случае разность плотностей двух фаз не влияет на эффективность процесса разделения), концентра­цию вещества в жидкой фазе.

Эффективность разделения материалов в центрифуге определя­ется фактором разделения К, показывающим, во сколько раз ско­рость перемещения частицы под действием центробежной силы больше скорости ее осаждения под действием силы тяжести:

К = с°2г/8 = шІ' (6-32)

Где (о - угловая скорость ротора, рад/с; G - ускорение силы тяже­сти, м/с ; п - частота вращения ротора, мин"1; г - радиус ротора, м.

Таким образом, с увеличением радиуса и скорости вращения ротора растет фактор разделения и, следовательно, эффективность работы центрифуги.

При расчете производительности центрифуги необходимо по­мнить, что отделение твердой фазы от жидкости в центрифуге происходит лишь в том случае, когда время пребывания суспензии в роторе tn достаточно, чтобы твердая частица достигла его стенки. Время пребывания жидкости в аппарате:

Tn = V/Q, (6.33)

Где V - объем аппарата; Q - объемная скорость жидкости, проходя­щей через аппарат.

Повышение производительности и эффективности действия центрифуг возможно при переходе к тонкослойной сепарации. Элементы тонкослойной сепарации (тарелки) выполняют кониче­скими с направлением потока разделяемой суспензии к оси ротора, сбором осадка по его периферии и выгрузкой осадка через специ­альные сопла. Такое направление потока в центрифугах с элемен­тами тонкослойной сепарации определяется уменьшением потреб­ной длины канала. Однако в связи с тем, что проходное сечение каналов между тарелками по мере приближения к оси ротора уменьшается, скорость потока возрастает, и на некотором радиусе ротора становится возможным переход от ламинарного режима те­чения к турбулентному. Это приводит к снижению эффективности сепарации твердых частиц от жидкости.

Средняя скорость в межтарелочном канале существенно влияет на эффективность сепарации и размер сепарируемых частиц. Она определяется соотношением:

V = Q/(btRh), (6.34)

Где А — расстояние между тарелками (толщина потока).

С увеличением скорости потока одновременно уменьшается центробежная сила, в связи с чем наиболее благоприятные условия для сепарации частиц обеспечиваются на периферии тарелок.

Важнейшую роль при центрифугировании играет система вы­грузки осадка, которая может быть ручной, шнековой, ножевой, гравитационной, поршневой, инерционной и вибрационной.

Материал, из которого изготавливают детали центрифуг, дол­жен быть устойчивым к средам, которые будут на него воздейство­вать. Для изготовления центрифуг используют легированные кор - розионностойкие стали, титановые сплавы, чугун, пластики, рези­ну.

Наиболее крупную группу машин составляют непрерывно дей­ствующие осадительные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка типа ОГШ. Отличием этих центрифуг является использование шнека для выгрузки осадка. Он размещен внутри ротора и вращается вместе с ним в одном направлении, но с раз­ной скоростью, что позволяет выгружать из ротора образующийся на его стенке осадок твердой фазы. Центрифуги типа ОГШ ис­пользуют для разделения суспензий с концентрацией твердой фазы от 1 до 40% (объемн.) с крупностью частиц более 5 мкм при раз­ности плотностей фаз более 0,2 г/см3. Кроме того, эти центрифуги применяют для гидравлической классификации суспензий по круп­ности твердых частиц и для других целей. В соответствии с назна­чением центрифуги типа ОГШ подразделяют на осветляющие, классифицирующие, обезвоживающие и универсальные.

Производительность центрифуг типа ОГШ по суспензии со- ставляеіг 2-80 м3/ч; они имеют ротор диаметром от 200 до 1000 мм, скорость вращения ротора - от 6000 до 1000 мин"1 и соответст­венно фактор разделения - от 4000 до 560.

На рис. 6.37 показано устройство непрерывно действующей го­ризонтальной осадительной центрифуги модели ОГШ-501К-10.

J 2 1 Рис. 6.37. Устройство центрифуги ОГШ-501К-10: 1 - станина; 2 - планетарный редуктор; 3 - механизм защиты редуктора; 4 - кожух; 5 - ротор; 6 - шнек; 7 - приводные Ремни; 8 - труба питания

Машина предназначена для обезвоживания и сгущения осадков сточных вод с использованием флокулянтов. Она имеет удлинен­ный противоточный ротор и устройство для регулирования относи­тельной скорости вращения шнека с целью подбора оптимального ре­жима работы. Основные характеристики центрифуги ОГШ-501К-10 приведены ниже:

Расчетная производительность по

TOC o "1-3" h z суспензии, м /ч.............................................. 15

Наибольший внутренний диаметр

Ротора, мм................................................... 500

Максимальное число оборотов

Ротора, мин" ............................................. 2300

Отношение длины ротора к диаметру 3,6 Максимальный фактор разделения 1960 Мощность электродвигателей, кВт:

Привода........................................................ 3,6

Маслонасоса................................................ 0,25

Габариты, мм................................................... 3650x2200*1300

Широко используются промышленностью автоматические гори­зонтальные фильтрующие и осадительные центрифуги типа ФГН и ОГН с ножевым съемом осадка. Они имеют простую конструкцию, высокое качество разделения, возможность обработки суспензий в широком диапазоне концентраций и размеров частиц твердой фа­зы. В табл. 6.18 приведены некоторые характеристики автоматиче­ских горизонтальных центрифуг.

Таблица 6.18 Основные характеристики автоматических горизонтальных центрифуг Показатели ФГН-63 ФГН-90, ОГН-90 ФГН-125 ФГН-180, ОГН-180 ФГН-200, ОГН-200 2ФГН-220, 20ГН-220 Внутренний 630 900 1250 1800 2000 2200 Диаметр рото­ Ра, мм Частота вра­ 2390 1700 1000 720 760 600 Щения рото­ Ра, мин"' Максималь­ 2000 1450 710 520 640 445 Ный фактор Разделения Объем рото­ 40 130 315 850 1250 2750 Ра, дм3 Максималь­ 50 150 400 1000 1500 3500 Ная загрузка, Кг

Центрифуги типа ФГН и ОГН герметичны и могут работать во взрывоопасных помещениях и в помещениях с повышенной влаж­ностью. Однако периодичность работы центрифуг этого класса, их высокая металлоемкость и ряд других недостатков ограничивают области их применения.

На рис. 6.38 показана конструкция автоматической горизон­тальной центрифуги с ножевой выгрузкой осадка модели ФГН - 633К-02 с диаметром ротора 630 мм. Машина может устанавли­ваться во взрывоопасных помещениях класса В-Ia. Детали центри­фуги, соприкасающиеся с обрабатываемой суспензией, изготавли­ваются из нержавеющей стали. Для съема нерастворимого осадка с поверхности ротора центрифуга оборудована специальным меха­низмом, имеющим самостоятельный привод.

Рис. 6.38. Устройство центрифуги ФГН-633К-02: 1 - станина; 2 - главный вал; 3 — кожух; 4, 5 - патрубки отвода фильтрата и жид­кости, перелившейся через борт ротора; 6 - разгрузочный бункер; 7 - гайка; 8 - за­щитный колпак; 9 - щетки; 10 - крышка кожуха; 11 - прокладка; 12 - патру­бок отсоса паров и газов; 13 - поворотный нож; 14 - ротор; 15 - герметизирующее уплотнение; 16, 18 - трубы загрузки и промывки; 17 - разделительный клапан; 19 - Патрубок поддува инертного газа; 20 - регулятор загрузки; 21, 23 - маслонасосные станции; 22 - электродвигатель; 24 - виброизолирующее устройство; 25 - гидромо­тор; 26 - обгонная муфта

Более совершенными являются фильтрующие горизонтальные центрифуги с пульсирующей выгрузкой осадка типа ФГП. У цент­рифуг этого типа, имеющих горизонтально расположенный ротор, выгрузка осадка осуществляется пульсирующим толкателем. Тех­нические характеристики центрифуг ФГП приведены в табл. 6.19.

На рис. 6.39 показано устройство высокопроизводительной не­прерывно действующей горизонтальной центрифуги с пульсирую­щей выгрузкой осадка марки 1/2ФГП-145. Машина обеспечивает хорошее разделение суспензии в больших объемах, обеспечивая влажность твердой фазы не более 5%.

Таблица 6.19 Технические характеристики центрифуг с пульсирующей выгрузкой твердой фазы Показатели 1/2ФГП - 40 1/2ФГП - 63 1/2ФНП - 80 1/2ФГП - 120 1/2ФГП - 145 1/2ФГП - 180 Внутренний диаметр рото­ра первого каскада, мм 400 630 800 1200 1450 1800 Общая рабо­чая длина ро­тора, мм 335 425 530 710 875 975 Частота вра­щения, мин' 1600 1200 1200 750 650 500 Макс, фактор разделения 570 595 644 377 340 251 Макс, число двойных хо­дов толкате­ля, мин" 45 55 45 30 50 60 Производи­тельность по осадку, кг/ч 2200 3500 7000 15000 40000 80000

Эти центрифуги предназначены для разделения хорошо фильт­рующихся концентрированных суспензий с содержанием твердой фазы более 20% (объемн.) с размером твердых частиц более 100 мкм. Преимущества центрифуг типа ФГП - непрерывность фильтрации, возможность промывки осадка, высокие степень раз­деления и производительность. Они просты в эксплуатации и обла­дают низкой энерго - и металлоемкостью.

Рис. 6.39. Устройство центрифуги 1/2ФГП-145:

Лромиїка

I - кожух; 2 - опорное кольцо 1-го каскада ротора; 3 - фильт­рующее сито 1-го каскада ротора; 4 - текстолитовое уплотни - тельное кольцо; 5 - днище 2-го каскада; 6 - желоба подачи про­мывной жидкости в тыльную часть ротора; 7 - гадроцилиндр; 8 - ленточный тормоз; 9 - металлическая заглушка; 10 - уголок; II - торцовая муфта; 12 - холодильник; 13 - станина; 14 - пли­ Та виброизоляции; 15 - штуцер отвода фильтрата

Для разделения высококонцентрированных суспензий, содер­жащих твердые частицы размером более 150 мкм, при объемной концентрации твердой фазы 40-50% применяют непрерывно дей­ствующую горизонтальную центрифугу со шнековой выгрузкой осадка марки ФГШ-401К-01. Производительность центрифуги по осадку 5000 кг/ч при наибольшем диаметре конического ротора 400 мм и максимальном факторе разделения 1500.

Большую группу машин составляют центрифуги подвесные с верхним и нижним приводом типа ФМБ и ФМД. Их используют при необходимости высокой степени обезвоживания твердой фазы, в производствах небольшого масштаба, для разделения трудно - фильтруемых суспензий, содержащих частицы более 10 мкм. Под­весные осадительные машины с нижним приводом типа ОМД и ОМБ используют для отстаивания жидкостей в тех случаях, когда применение отстойных центрифуг непрерывного действия невоз­можно или неэффективно. В табл. 6.20 приведены характеристики некоторых подвесных центрифуг с нижним приводом.

На рис. 6.40 показано устройство подвесной центрифуги с ниж­ним приводом и нижней вызгрузкой осадка модели ФМД-125. Центрифуга герметична и может использоваться во взрывоопасных помещениях класса В-1а.

Рис. 6.40. Устройство центрифуги ФМД-125: 1 - ротор; 2 - кожух; 3 - загрузочный конус; 4 - опора ротора; 5 - подвеска; 6 - обод; 7 — корпус; 8 — механизм натяжения; 9 — привод

Таблица 6.20 Некоторые характеристики подвесных центрифуг с нижним приводом Показатели ФМБ-633 ФМБ-803, ОМБ-803 ФМД-802, ОМД-802 ФМБ-160 ФМД-125 Диаметр ротора, мм 630 800 800 1600 1250 Высота ротора, мм 400 400 400 500 500 Частота вращения ротора, мин" 1900 1500 1500 750 950 Максим, фактор раз­деления 1250 1000 1000 500 630 Объем ротора, дм3 63 100 100 500 315 Максим, загрузка, кг 80 125 125 630 400

Особую группу составляют трубчатые центрифуги, имеющие высокую скорость вращения трубчатого ротора. Их применяют для осветления суспензий (центрифуга типа OTP) и для их разделения (типа РТР). Осветляющие центрифуги могут работать в непрерыв­ном режиме, а разделяющие - в периодическом, что связано с руч­ной выгрузкой осадка. Эти центрифуги используют для осветления низкоконцентрированных суспензий и для разделения стойких эмульсий (например, для очистки воды от отработанных масел). Трубчатые центрифуги имеют скорость вращения ротора до 15000 мин"1, максимальную загрузку ротора диаметром до. 150 мм - 20 кг.

Трубчатый ротор таких центрифуг имеет вертикальную ось вращения, плавающую нижнюю опору скольжения, вал ротора имеет гибкую верхнюю подвеску. Устройство трубчатой центрифу­ги модели РТР-15 показано на рис. 6.41. Диаметр ротора этой цен­трифуги составляет 150 мм, рабочая высота ротора 750 мм, полез­ный объем 11,8 л. Такая центрифуга имеет пропускную способ­ность по воде до 2000 л/ч.

Широкое применение для выделения из жидкостей частиц раз­мером от 0,2 до 0,5 мм (иногда до 1 мм) находит сепарация в гид­роциклонах., Гидроциклоны, подобно центрифугам, работают по принципу центробежной сепарации.

Конструкция гидроциклона показана на рис. 6.42. Он состоит из цилиндрической и конической частей. Вращение жидкости в гидроциклоне осуществляется в результате движения суспензии

Рис. 6.41. Устройство трубчатой центрифуги РТР-15: 1 - сборник масла; 2 - заземление; 3 - опора нижняя; 4 - станина; 5 - тормоз; 6 - ротор; 7 - карман приемный; 8, 9 — тарелки нижняя и верхняя; 10 — крышка; II - электродвигатель; 12 — ограждение; 13 - шкив; 14 — ролик натяжной; 15 — опора верхняя

Через тангенциальный патрубок 4, расположенный вверху цилинд­рической части 2. Коническая часть гидроциклона 1 оканчивается шламовой насадкой 5, через которую отводится осадок, выделен­ный из обрабатываемой суспензии. Осветленная жидкость вытека­ет через сливной патрубок 3, расположенный по оси гидроциклона.

Перемещение частиц взвеси в поле действия центробежной си­лы, развивающейся при работе гидроциклона, во много раз интен­сивнее осаждения их под действием силы тяжести.

Фактор разделения К для гидроцикло­нов колеблется в пределах от 500 до 2000. В гидроциклонах, как и в центрифугах, разде­ление суспензий происходит под действием центробежной силы, но по способу действия они значительно различаются. В центрифу­ге суспензия вращается вместе с барабаном и при постоянной угловой скорости практи­чески не перемещается по его поверхности. При этом на частицы не действуют никакие касательные силы. В гидроциклоне же на частицы суспензии действуют большие тан­генциальные силы, поддерживающие их в непрерывном относительном движении. Между слоями возникает напряжение сдви­га, действующее на твердую частицу как поперечная сила. Для улучшения отделения частиц взвеси от жидкости в центрифугах при постоянной частоте вращения барабана необходимо увеличить его диаметр. В гидро­циклонах, наоборот, это прямо пропорцио­нально связано с уменьшением диаметра аппарата. Уменьшение диаметра гидроциклона приводит к сниже­нию его производительности. В тех случаях, когда требуется более тонкая очистка продукта при значительном его количестве, ис­пользуют батарейные гидроциклоны (мультигидроциклоны), пред­ставляющие собой несколько параллельно включенных элементар­ных гидроциклонов.

В гидроциклоне вращательное движение разделяемой суспен­зии определяется прежде всего законом сохранения момента коли­чества движения

PcuR = const, (6.35)

Где и - окружная скорость потока суспензии плотностью рс на рас­стоянии R от оси вращения.

ОСВЕТЛЕННАЯ ВОДА

Рис. 6.42. Общий вид гидроциклома

Для расчета сепарации в гидроциклонах важно знать характер распределения радиальных и осевых скоростей жидкости и соответ­ствующие компоненты скорости частиц. Обычно в зоне между ци­линдрической частью корпуса и патрубком для выхода осветленной жидкости значение осевой скорости принимают равным средней расходной. Теория и расчет гидроциклонов различного типа доста­точно полно изложены в специальной литературе.

В различных технологических процессах переработки вторич­ных материалов широко используют фильтрацию жидкостей и га­зов.

Фильтрацией называется разделение суспензий или аэрозолей с помощью пористых перегородок, пропускающих жидкость (или газ) и задерживающих твердые частицы. Разделение происходит за счет разности давлений среды по обе стороны фильтрующей пере­городки.

Фильтрующей средой является не только фильтрующая перего­родка, но и осадок на ней, образующий в процессе фильтрования вспомогательный фильтрующий слой, который, собственно, и обес­печивает задерживание мельчайших частиц суспензии. По мере увеличения толщины слоя роль фильтрующей перегородки (ткани) сводится лишь к удержанию и транспортировке фильтрующего вспомогательного слоя. Увеличение толщины слоя обеспечивает улучшение качества фильтрации, но уменьшает производитель­ность фильтра.

Фильтруемость суспензий характеризуется удельным сопротив­лением осадка. В данном случае под осадком имеется в виду слой твердых частиц, отлагающийся на фильтровальной перегородке.

Удельным сопротивлением осадка называется сопротивление единицы массы твердой фазы, отлагающейся на единице площади фильтра при фильтровании под постоянным давлением суспензии, вязкость жидкой фазы которой равна единице. Удельное сопротив­ление осадка г, характеризующее сопротивление фильтрации и фильтруемость (водоотдачу) осадков, определяют по формуле:

Г'= [2PF*/(ric)b, (6.36)

Где Р - давление (вакуум), при котором происходит фильтрование; F - площадь фильтрующей поверхности; Rj - вязкость фильтрата; с - масса твердой фазы кека, отлагающегося на фильтровальной перегородке при получении единицы объема фильтрата; b = T/V - параметр, получаемый эмпирическим путем; т - продолжитель­ность фильтрации; V — объем выделяемого фильтрата.

Аппараты для фильтрации классифицируют по следующим признакам: режиму работы, способу создания движущей силы (ве­личине рабочего давления), конструкции.

Фильтрующие аппараты могут работать в непрерывном и пери­одическом режимах. Фильтрование в них может осуществляться. под вакуумом и под давлением. В непрерывном режиме могут ра­
ботать барабанные, дисковые, карусельные, ленточные фильтры, а также фильтр-прессы.

Процесс фильтрации достаточно сложен, поэтому выбор аппа­рата и фильтровального материала для фильтрующей перегородки, как правило, проводится экспериментально на основе предвари­тельных испытаний с учетом свойств суспензии, особенностей тех­нологического процесса и заданной производительности.

Фильтрование состоит из нескольких последовательных стадий: собственно фильтрации, промывки, сушки и выгрузки осадка и ре­генерации фильтрующей перегородки. Эти стадии единого процес­са в непрерывно действующих фильтрах осуществляются одновре­менно в разных зонах, но благодаря непрерывности перемещаю­щейся фильтрующей перегородки процесс в целом также является непрерывным.

Наибольшее распространение в промышленности для фильтрова­ния различных суспензий получи­ли барабанные, ленточные, кару­сельные вакуум-фильтры, различ­ные фильтр-прессы, работающие в непрерывном режиме, а также лис­товые, патронные многоярусные фильтры периодического действия.

Схема работы и устройство ба­рабанного вакуумного фильтра по­казаны на рис. 6.43 и 6.44.

Рис. 6.43. Схема работы вакуум - фильтра

Барабанный вакуум-фильтр ра­ботает следующим образом (см. рис. 6.43). Перфорированный барабан 1, обтянутый фильтроваль­ной тканью, разделен внутренними перегородками на секции. Часть его находится в емкости 3, куда через патрубок 6 непрерыв­но подается фильтруемая суспензия. Барабан вращается по стрел­ке. Фильтрат через фильтрующую перегородку засасывается в сек­цию барабана во время ее погружения в суспензию. Осадок осуша­ется на поверхности барабана после выхода соответствующей сек­ции из суспензии. Затем секция попадает в зону действия маточ­ника 11, где осадок промывается жидкостью, а затем снимается в следующей зоне с помощью ножа 9 и сбрасывается в шламосбор - ник 7, откуда выгружается шнеком 8. Вывод промывной жидкости и фильтрата производится через штуцеры 4 и 5 соответственно, которые вместе со штуцером 10 для подачи обдувочного воздуха присоединены к распределительной головке 2. С ее помощью сек­ции барабана последовательно соединяются с одной из четырех ка-

Рис. 6.44. Устройство барабанного вакуум-фильтра: 1 - промывное устройство; 2 - наружный перфорированный цилиндр; 3 - фильтрующие ячейки; 4 — внутренний сплошной цилиндр барабана; 5 - бара­бан; 6 - торцевые крышки барабана; 7, 16 - фланцевые цапфы; 8 - подшипник скольжения; 9 — электродвигатель; 10 — маятниковая мешалка; 11 - ванна; 12 - Распределительная головка; 13 — шайба; 14 - выводные трубки; 15 — ролики; 17 — Соединительная трубка

Мер (для фильтрации под вакуумом, для подсушки образовавшего­ся осадка под вакуумом, для промывки, для обдува воздухом и удаления осадка). Затем цикл повторяется.

Барабанные вакуум-фильтры выпускаются с диаметром и дли­ной барабана до 3 и 4 м соответственно и с площадью фильтрую­щей поверхности до 40 м. Аналогичным образом, т. е. при после­довательном протекании стадий процесса фильтрования, работают и другие вакуумные фильтры. На рис. 6.45 показана конструкция ленточного вакуумного фильтра.

Рис. 6.45. Ленточный вакуум-фильтр: а - общий вид; б - конструкция фильтровальной ленты

ОО

Фильтрующая поверхность ленточного вакуум-фильтра выпол­нена в виде непрерывной ленты, благодаря конструкции которой обеспечивается ее плотное прилегание к столу и предотвращается слив суспензии.

Лента 4 натянута на приводной 1 и натяжной 7 барабаны. Ее верхняя ветвь находится на столе, а нижняя часть опирается на ролики. По всей длине стола, имеющего форму желоба, проходит вакуум-камера 3. Суспензия подается на ленту из разливочного бункера 6, а промывная вода - из камеры 2. Камеры соединены между собой коллекторными трубами 5. При работе ленточного ва­куумного фильтра фильтрат проходит через перфорированную ленту и фильтровальную ткань, а осадок задерживается на послед­ней. При дальнейшем продвижении ленты осадок промывается, подсушивается, срезается ножом 8 и сбрасывается в шламосборник 9. Поверхность фильтровальной ленты в ленточных вакуум-фильт­рах достигает 10 м2.

Преимуществом ленточного вакуум-фильтра является то, что направление движения потока при фильтровании совпадает с на­правлением действия силы тяжести. При фильтровании суспензий сначала осаждаются грубые частицы, образуя дополнительный фильтрующий слой, через который идет дальнейшее фильтрова­ние, что создает оптимальные условия для процесса. К недостат­кам ленточных вакуум-фильтров следует отнести их сравнительно большие габариты.

Другим распространенным оборудованием для обезвоживания осадков являются фильтр-прессы. Они обеспечивают наиболее пол­ное обезвоживание фильтруемых суспензий, но имеют несколько меньшую производительность, чем вакуум-фильтры. Широко рас­пространены и фильтр-прессы, которые пригодны для непрерывной и периодической работы. В отличие от рассмотренных выше аппа­ратов они работают под давлением. Фильтр-прессы используются для отделения твердых частиц диаметром до 3 мм при их содержа­нии в жидкости от 5 до 500 г/л. Поверхность фильтрации фильтр- прессов может составлять от нескольких квадратных метров до не­скольких сот квадратных метров, давление фильтрации - от 0,3 до 2,0 МПа. Примером может служить высокопроизводительный вер­тикальный фильтр-пресс типа ФПАКМ с поверхностью фильтрова­ния до 50 м (рис. 6.46)

Фильтр-пресс типа ФПАКМ устроен следующим образом. Ком­плект горизонтальных подвижных фильтрующих плит 12 располо­жен между верхней упорной 9 и нижней нажимной 14 плитами. Фильтрующие плиты опускаются и поднимаются с помощью меха­низма гидрозажима 17. Фильтровальная ткань 4 проходит между плитами и циклически приводится в движение механизмом 18.

Очистка фильтровальной ткани от осадка производится в камере регенерации 3, которая вместе с опорной плитой 16 установлена на общей раме 1. Отвод фильтрата и промывной жидкости произ­водится через блок слива 15. Суспензия, промывная жидкость и воздух поступают на фильтрующие перегородки через общий кол­лектор <S.

В 7 <?

Рис. 6.46. Устрой­ство фильтр-прес­са типа ФПАКМ: 1 - рама; 2 - прием­ный лоток; 3 — ка­мера регенерации; 4 - фильтровальная ткань; 5 - верхний ролик; 6 - ролик ре­гулировки положе­ния ткани; 7 - на­тяжное устройство; 8 - коллектор пода­чи; 9 - верхняя упорная плита; 10 — Направляющий ро­лик ткани; 11 - кол­лектор давления; 12 - фильтроваль­ные плиты; 13 - стяжка; 14 - на­жимная плита; 15 - Блок слива; 16 - Опорная плита; 17 - Механизм гидроза­жима; 18 - привод передвижения ткани

Управление фильтр-прессом автоматическое. Промышленность выпускает фильтр-прессы этого типа с поверхностью фильтрации 2,5; 5; 12,5; 25 и 50 м2.

Близким по принципу работы является фильтр-пресс ФАМО с поверхностью фильтрования 25 м. По сравнению с аналогичным по площади фильтрования фильтр-прессом типа ФПАКМ он менее металлоемок и имеет меньшие габариты. У него есть ряд и других технологических преимуществ, которые сводятся к более низким трудо - и энергозатратам на его эксплуатацию.

Наряду с фильтр-прессами вертикальной конструкции промыш­ленность выпускает и горизонтальные фильтр-прессы, например полностью механизированный и автоматизированный камерный фильтр-пресс типа ФПАВ.

Автомат, управляющий работой пресса, обеспечивает последо­вательную работу на всех стадиях процесса фильтрования. Выпу­скаемые аппараты имеют поверхность фильтрации 20; 32; 50 и 100 м2.

Более совершенны фильтр-прессы с диафрагмами для отжима осадка, под которые подаются вода и воздух соответственно для промывки и подсушки осадка. Эластичная резиновая или пласт­массовая диафрагма выполняет роль дренажной поверхности. Ис­пользование отжимных диафрагм повышает эффективность про­цесса (производительность пресса), снижает конечное содержание влаги в осадке, улучшает качество его отмывки, снижает расход промывной жидкости и сжатого воздуха.

Наряду с непрерывно действующими фильтрами в промышлен­ности широко используются и фильтры периодического действия. Многие из них достаточно совершенны в работе, имеют большую производительность и высокое качество разделения суспензии, что делает их применение в циклических технологических процессах

Вполне оправданным. К ним относятся работающие под давлением листовые, патронные, многоярусные фильтры и друк-фильтры, а также нутч-фильтры, работающие под вакуумом.

Для удаления твердых частиц из жидкостей используют также механиче­ские фильтры с насыпным или намыв­ным слоем фильтрующей массы, а также напорные фильтры с плавающей фильт­ровальной массой. В качестве фильтрую­щего материала в насыпных фильтрах используют песок, антрацит, дробленый мрамор, керамзит, перлит, а для намыв­ного слоя - перлит; в фильтрах с плава­ющей загрузкой - вспененные материа­лы: пенополистирол и пенополиуретан (рис. 6.47).

/ - трубопровод сточной во­

Повышение эффективности фильтра­ции в фильтрах различной конструкции может быть достигнуто специальной об­работкой суспензии, правильным выбо-

Ды; 2 - плавающая загрузка;

L^T^l Г^ Р°м фильтрующей перегородки. Для раз-

Провод очищеннной воды; 6 - рушения и удаления осадка с фильтрую-

Решетки; 7 - трубопровод щей перегородки в некоторых фильтрах

Зп^иІГамк;': используют вибрацию, пульсацию, цент-

Рис. 6.47. Напорный фильтр с плавающей загрузкой:

Трубопровод сжатого воздуха робежную силу и другие способы.

Улучшение фильтруемости суспензии достигается физическими и физико-химическими методами: обработкой в магнитном поле напряженностью 8-Ю4 А/м, применением коагулянтов и флоку - лянтов. Хорошие результаты дает предварительная классификация суспензии в гидроциклонах или флотаторах, позволяющая перед фильтрацией удалить из нее особо мелкие частицы. Улучшению фильтруемости способствует повышение температуры суспензии, так как при этом снижается вязкость жидкости.

При выборе фильтрующей перегородки следует учитывать фор­му и размер пор, химическую активность материала перегородки, ее износостойкость, способность к регенерации, прочность при рас­тяжении, способность к многократным деформациям, жесткость. В качестве фильтровальных материалов используют специальные сорта бумаги, картона, хлопчатобумажные и шерстяные ткани, не­тканые полотна, ткани и сетки из полимерных синтетических ма­териалов (полиамида, полиакрилнитрила, поливинилхлорида, по­лиэтилена, полипропилена, политетрафторэтилена и др.), стеклян­ные и угольные ткани, металлические сетки, керамику и металлокерамику. В частности, для высоковязких жидкостей и рас­плавов полимеров с высокой температурой при фильтрации ис­пользуют фильтрующие элементы из спеченных порошков метал­лов (сплавов на основе титана, никеля, меди).

При выборе аппаратов для фильтрации и материалов для фильтрующих перегородок учитывают свойства фильтруемых сус­пензий, размер и содержание дисперсных частиц, вязкость жидко­сти, производительность по суспензии, особенности организации технологического процесса. Для правильного выбора аппаратов в ряде случаев при отсутствии данных о фильтрации аналогичных, суспензий проводят предварительные испытания.

Аэродинамические процессы также широко используются при утилизации отходов. При создании оборудования для аэродинами­ческого разделения фаз используются гравитационный, центробеж­ный и инерционный механизмы.

Метод пневматической сепарации основан на различии в ско­ростях падения частиц разного диаметра и плотности в воздушной среде. Падение может быть свободным или стесненным.

Свободным называется падение одиночного тела в воздушной среде, когда размеры поперечного сечения агрегата, в котором про­исходит падение, велики по сравнению с размерами падающего те­ла. Если сечение канала агрегата соизмеримо с размерами падаю­щего тела или в канале находятся другие тела различной формы и плотности, то такое падение называется стесненным.

Рис. 6.48. Зигзагообразный пневма­тический сепаратор

Зигзагообразный пневматический сепаратор (рис. 6.48) приме­няется для удаления из дробленого продукта неметаллических примесей: краски, текстиля, дерева и других отходов. Дробленый материал из приемного бункера 1 через шиберную заслонку 2 ро­торным загрузчиком 3 подается в рабочую зону сепаратора. На­встречу потоку дробленого материала подается воздух, который за­хватывает легкие компоненты материала и через патрубок 7 на­правляется на очистку в циклоны и фильтры. Для регулирования режима сепарации предусмотрен шибер 4 для подсасывания возду­ха с целью снижения скорости потока воздуха. Тяжелая фракция накапливается на нижнем шибере 5 и периодически разгружается в короб 6. Конструктивные параметры зигзагообразного сепарато­ра - число колен, сечение, высота секции колена, сечение свобод­ного пролета - определяются характеристиками сепарируемого ма­териала.

7777/7

Рис. 6.49. Поперечно-поточный пнев - мосепаратор

Поперечно-поточный пневмосепаратор (рис. 6.49) работает сле­дующим образом. Материал поступает из бункера 1 в разделитель­ную камеру 2. Наклонные полки 3 сепаратора обеспечивают пере­
сечение потока материала с сепарационными каналами 4. Через них отсасывается легкая фракция разделяемых материалов, кото­рая осаждается в циклоне, а тяжелая фракция самотеком разгру­жается в специальный приемник 5. Основными факторами, влияю­щими на качество разделения в поперечно-поточных пневмосепа - раторах, являются ширина щели сепарационных каналов и кон­центрация материала в рабочем объеме сепаратора.

К устройствам, использу­ющим гравитационный ме­ханизм, относятся пылевые камеры, в которых частицы пыли осаждаются из медлен­но движущегося газового по­тока. Они находят примене­ние в основном для улавли­вания грубых фракций с раз­мером частиц более 500 мкм.

К устройствам, в которых используется центробежный Механизм, можно отнести циклоны и центробежные скрубберы. Эффективность пылевыделения в центробеж­ных очистителях газов зави­сит от диаметра аппарата: чем он меньше, тем выше эффективность. Принцип ра­боты циклона понятен из схемы, приведенной на рис. 6.50.

Рис. 6.50. Циклон НИИОгаза (общий вид и схема движения газа):

I - входной патрубок; 2 - винтообразная крышка; 3 — выхлопная труба; 4 - корпус (цилиндрическая часть циклона); 5 - корпус (коническая часть циклона); 6 - пылевыпу - скное отверстие; 7 - бункер; 8 - улитка для вывода газа; 9 - газоход очищенных газов; 10 — пылевой затвор

Выделение твердых час­тиц в циклоне происходит за счет центробежных сил, воз­никающих при вращении га­зового потока вдоль стенки аппарата. С этой целью очи­щенный газ вводится в кор­пус циклона тангенциально к его поверхности либо закру­чивается внутри него с по­мощью винтообразной крыш­ки. Оседающая на стенке пыль накапливается в бункере и по мере необходимости выгружается из него с помощью пылевого затвора. Циклоны бывают одиночные, групповые и батарейные. Применяют циклоны чаще для очистки газов от крупных и средних твердых частиц.

Достоинством центробежных скрубберов является то, что их стенки орошаются водой, которая, стекая вниз, захватывает части­цы пыли и эффективно выводит их из газового потока.

К устройствам, использующим инерционный механизм, отно­сятся текстильные и зернистые фильтры, скрубберы с насадками, жалюзийные пылеуловители и некоторые другие аппараты. В част­ности, очень широко для очистки дымовых газов используются ру­кавные фильтры, в которых выделение твердых частиц происходит на волокнах фильтровального материала. При этом твердые части­цы образуют слой пыли не только на волокнах, но и между ними,

Рис. 6.51. Конструкция рукавного фильтра типа ФРКИ: 1 - рукав; 2 - крышка; 3 - клапанная секция; 4 — коллектор; 5 — корпус; 6 - бункер; 7 - люк

По мере накопления пыли на поверхности фильтровального материала его фильтрующая способность уменьшается и он регене - руется. Регенерация фильтровального материала производится об­ратной продувкой рукава очищенным газом или встряхиванием. Рукавные фильтры с фильтрующим элементом в виде рукава из текстильного материала широко используются для очистки дымо­вых и аспирационных газов. Применяемые текстильные материалы могут быть ткаными или неткаными, из натуральных и синтетиче-

Рис. 6.52. Полый форсуночный скруббер: 1 - корпус; 2 - форсунки

Ских волокон. На рис. 6.51 пока­зано устройство широко распрост­раненного рукавного, каркасного, импульсного фильтра ФРКИ.

К инерционным очистителям относятся и скрубберы различных конструкций, в которых исполь­зуется столкновение твердых час­тиц с водой, подаваемой в ап­парат в виде капель. Скрубберы позволяют извлекать из газового потока частицы размером 3 - 5 мкм, а в скрубберах Вентури происходит отделение и более мелких частиц. На рис. 6.52 по­казано устройство полого форсу­ночного скруббера.