Вакуумный керамический фильтр - Vacuum ceramic filter

А вакуумный керамический фильтр предназначен для отделения жидкостей от твердых частиц в целях обезвоживания. Устройство состоит из ротатора, резервуара для суспензии, керамической фильтровальной плиты, распределителя, разгрузочного скребка, устройства очистки, рамы, перемешивающего устройства, системы трубопроводов, вакуумной системы, автоматической системы дозирования кислоты, автоматической системы смазки, клапана и разгрузочного желоба. Принцип работы и принцип конструкции вакуумного керамического фильтра аналогичен принципу действия обычного дискового фильтра, но фильтрующая среда заменена мелкопористым керамическим диском. Материал диска инертен, имеет длительный срок службы и устойчив практически ко всем химическим веществам. Производительность можно оптимизировать, принимая во внимание все те факторы, которые влияют на общую эффективность процесса разделения. Некоторые из переменных, влияющих на характеристики вакуумного керамического фильтра, включают концентрацию твердых частиц, скорость вращения диска, уровень суспензии в питающем резервуаре, температуру подаваемой суспензии и давление во время стадий обезвоживания и образования фильтрационной корки.[1]

Спектр приложений

Вакуумные керамические фильтры используются в следующих отраслях:

Этот процесс используется во время большого непрерывного процесса отделения свободных фильтрующих суспензий, когда промывка не требуется.[2] В основном фильтр предназначен для разделения твердых и жидких смесей путем удаления воды из минеральных концентратов и формования кормовых суспензий в гранулы.[3] Это достигается за счет капиллярного действия под низким вакуумным давлением.[2] Гранулирование суспензий осуществляется путем добавления твердого вещества к осадку сточных вод, чтобы вода могла быть легко удалена из смеси. В конечном итоге готовые кексы содержат очень мало влаги и могут попадать в сточные воды. За этим процессом обычно следует отбеливание и нагревание пирога. Конечным продуктом этой фильтрации является сухой осадок и фильтрат, не содержащий твердого продукта.

Преимущества и ограничения

Основное преимущество перед другими системами фильтрации - снижение энергопотребления до 90%, так как воздух не проходит через диски.[4] за счет использования капиллярной силы, действующей на поры. Прорыву воздуха препятствуют мелкие поры фильтра, что позволяет поддерживать более высокий уровень вакуума.[5] Следовательно, потери вакуума меньше, а это означает, что требуемый вакуумный насос меньше, чем в обычных дисковых фильтрах, что сводит к минимуму эксплуатационные расходы. Мощность, потребляемая вакуумным керамическим фильтром 45 м2 площади фильтрации составляет 15 кВт, при этом 170 кВт потребляют аналогичные фильтры с тканевыми мембранами.[6]

Как правило, обычные дисковые фильтры не подходят для промывки кека, потому что вода быстро стекает с поверхности кека. Поскольку твердые частицы кека опрыскиваются промывочной жидкостью для удаления примесей, они не подходят для обычных систем фильтрации, в которых происходит образование каналов или неравномерное распределение, приводящее к растрескиванию корки.[4] Однако было доказано, что промывка кека более эффективна с вакуумными керамическими фильтрами из-за постоянного профиля потока и равномерного распределения кека.[7]

Еще одним преимуществом вакуумного керамического фильтра является высокая производительность при очень низком содержании воды и более сухой фильтровальной лепешке.[4] Для сравнения производительность керамического фильтра ВДФК-3 сравнивалась с существующими вакуумными фильтрами барабанного типа БОУ-40 и БЛН40-3 для фильтрации гидроксид алюминия. По результатам, среднее содержание влаги было на 5% (абс. Или отн.) Ниже, когда использовался вакуумный керамический фильтр.[6]

Вакуумные керамические фильтры также имеют более длительный срок службы, в то время как тканевые фильтры необходимо заменять, что в конечном итоге увеличивает содержание влаги в осадке, снижает производительность и нарушает производственные операции.[6] Кроме того, керамический фильтр достаточно надежен как механически, так и химически, чтобы выдерживать регенерацию.[8]

Несмотря на то, что вакуумный керамический фильтр оказался большим нововведением, все же существуют некоторые ограничения при эксплуатации оборудования. Керамические фильтры демонстрируют большие колебания давления при обратной промывке (0,05 ~ 0,35МПа ). Это увеличивает кратковременное отрицательное давление и вызывает образование разбавленной кислоты из-за явления падающего всасывания. Это отрицательно скажется на очищающем эффекте керамических пластин и эффективности фильтра.[9]

Доступные дизайны

Существует множество критериев проектирования, которые различаются в зависимости от типа диска и требуемой фильтрующей способности.[10] Типичный фильтр для извлечения железа содержит 12 керамических фильтрующих пластин фильтрующих элементов (дисков), которые имеют диаметр около 2705 мм, что составляет общую фильтрующую поверхность 120 м2.[11] Этот фильтр больше всего подходит для фильтрации загружаемых суспензий с высокой концентрацией твердых веществ (5-20% по весу).[2] и частицы размером от 1 до 700мкм.[2] Площадь имеющихся в керамическом фильтре фильтров до 45 м2, что делает их полезными для переработки металлов и минеральных концентратов.[2]

Керамические диски доступны двух типов: литые и мембранные.[10] Литая пластина представляет собой цельную керамическую пластину с однородной поверхностью и гранулированным сердечником. Фильтрующая среда литой плиты - это толстые стенки, разделенные керамическими гранулами. Эти особенности образуют жесткую механическую структуру. Тип мембранной пластины содержит тонкую мембрану поверх более крупной сердцевины и многослойную пористую структуру из оксида алюминия. Грубая часть оборудования обеспечивает механическую прочность его конструкции, а промежуточный слой действует как мембранный носитель. Мембрана внешнего слоя действует как фильтрующий слой. Фильтрующий слой керамического фильтра имеет однородные поры, что означает, что только частицы определенного размера могут быть отфильтрованы с помощью вакуумных керамических фильтров.

Основные характеристики процесса

Работа дискового вакуумного фильтра состоит как минимум из трех этапов:

Этап 1: Формирование торта

Диски вращаются в лотке для суспензии, разделенные на отсеки, чтобы уменьшить объем, удерживаемый в них в любой момент времени, и, следовательно, сократить время пребывания суспензии в лотке. Время, доступное для этого этапа, зависит от двух факторов: скорости вращения диска и высоты уровня навозной жижи в бассейне.[7] Внутри дисков создается вакуум для ускорения фильтрации кека.

2 этап: Обезвоживание торта

Промывка в основном ограничивается верхними частями, где поверхность кека ориентирована почти горизонтально,[2] что происходит при температуре подачи. В керамическом фильтре используется спеченный глинозем диск для обезвоживания суспензии при низком вакууме. Обезвоживание происходит путем забора воды из суспензии за счет капиллярного действия. Это гарантирует, что воздух или частицы не попадут в фильтрующую среду и не засорят ее.[3] Однако, если применяется слишком много промывочной воды, она может стечь по жмыху и попасть в корм. впадина, где он просто разбавляет суспензию.

3 этап: Сушка торта

Конечное содержание воды (влаги) в кеке регулируется путем пропускания через кек сухого (холодного или горячего) воздуха или газа. Время сушки зависит от синхронизации распределительного клапана, уровня суспензии в резервуаре, скорости вращения и положения скребка.[12]

4 этап: Выгрузка торта

Это типичные условия для работы вакуумного керамического фильтра в целом:

  • Уровень суспензии: должен быть выше, чем верх секторов, когда они проходят через желоб (в противном случае воздух просто пройдет через ткань во время образования корки).[13]
  • Пропускная способность твердых частиц: до 4000 кг / м2час
  • Типичная фильтрующая способность: 200-5000 л / м2час
  • Типичный расход воздуха / расход: 50–80 м3/ ч · м2 при вакууме 500 Торр
  • Перепад давления: Обычно перепад давления с керамическим диском составляет от 0,90 до 0,95 бар. Однако перепады давления на фильтре обычно не превышают 85 кПа, что позволяет непрерывно обрабатывать широкий диапазон подаваемых материалов.
  • Скорость вращения: более высокие скорости вращения обеспечивают более высокую производительность твердого продукта за счет образования более тонких лепешек. Однако это может быть не совсем желательно, так как эффективность стирки может быть снижена. Кроме того, повышенная скорость вращения требует больше электроэнергии.[2]
  • Минимальная толщина кека: 3 / 8-1 / 2 дюйма или 10–13 мм (для эффективной разгрузки)
  • Для разгрузки кека требуется погружение: 25% цикла
  • Максимальное эффективное погружение диска: 28% цикла.

Оценка основных характеристик

Важнейшими рабочими параметрами дисковых фильтров являются высота шламового резервуара, волнение а также интенсивность и скорость вращения диска, поскольку они будут определять время образования корки и высыхания.[7] Важно постоянно перемешивать суспензию, чтобы предотвратить осаждение твердых частиц. Чрезмерно высокая интенсивность перемешивания может повлиять на образование лепешки или изменить гранулометрический состав продукта. Один из наиболее часто используемых агитаторы для фильтрации с использованием вакуумных дисковых фильтров представляет собой колеблющуюся мешалку ленточного типа, расположенную на дне резервуара, которая требует довольно высоких скоростей вращения для образования однородной суспензии. Для обработки быстро осаждающихся шламов высокой концентрации обычно используются роторные дисковые фильтры с нижней загрузкой.

Этап 1: Фильтрация

Фильтрат из внутренних каналов дисков удаляется за счет низкого вакуума, используемого в фильтре, в то время как небольшой перепад давления на диске вызывает образование корки.[3] Более толстый осадок, полученный на этой стадии, обеспечивает более эффективную промывку при более высоких расходах промывочного раствора. Однако это приводит к потреблению большего количества воздуха при выпуске из-за пониженного сопротивления и незначительно более низкой влажности кека.

2 этап: Обезвоживание

В редких случаях из-за равномерной структуры образующихся корок, устойчивого профиля потока керамического фильтрующего материала и безгазового фильтрационного осадка промывка керамических дисковых фильтров оказалась эффективной.[7] Образование более толстых корок во время фильтрации и более высокий уровень вакуума приводит к большему удалению растворенных веществ.[2]

3 этап: Увольнять

Обычный скребок хорошо работает, когда лепешки относительно толстые и нелипкие. Готовые лепешки выгружаются с помощью лезвий или проволочных скребков с обеих сторон дисков. Однако следует рассмотреть и установить другие типы мешалок, если пирог липкий или тонкий. Система обратного воздушного потока часто используется для облегчения удаления корки там, где более влажная корка выходит из дискового фильтра.

Эвристика дизайна

Скорость образования коркиСтавкаСреда, используемая для фильтрации
Стремительный0,1-10,0 см / сРемни, барабаны верхней подачи, центрифуги толкающие
Середина0,1-10,0 см / минБарабаны вакуумные, диски, центрифуги очистительные
Медленный0,1-10,0 см / чНапорные фильтры, седиментационные центрифуги
  • Если для образования лепешки толщиной 1/8 дюйма требуется более пяти минут, не следует пытаться непрерывно фильтровать.[14]
  • Для незначительного скопления корки в осветлителе для фильтрации используются картриджи, барабаны для предварительного покрытия или песочные фильтры.
  • Если предполагается, что фильтрующая поверхность будет больше нескольких квадратных метров, рекомендуется провести лабораторные испытания, чтобы определить, является ли промывка кека критической. Если есть проблема с сушкой кека, может потребоваться предварительное покрытие фильтра.[14]
  • Для тонкоизмельченных руд и минералов скорость фильтрации вращающегося барабана может составлять 1500 фунтов / (день) (кв.футов) при 20 об / ч и вакууме 18-25 дюймов рт.[14]
  • Крупные твердые частицы и кристаллы можно фильтровать со скоростью 6000 фунтов / (день) (кв.футов) при 20 об / ч и вакууме 2-6 дюймов рт.
  • Площадь поверхности пористой керамики: Пористая керамика, обработанная золь-гель методом, имеет чрезвычайно большую площадь поверхности, от 200 до 500 квадратных метров на грамм.[15]

Производство и доочистка потока отходов

Фильтрат - это отходы, которые выбрасываются в вакуумные керамические фильтры через поток отходов. Во время промывки кека на твердые частицы кека распыляется промывочная жидкость для удаления примеси или дополнительные фильтрат. Фильтрат поступает в емкость для фильтрата и сливается через сливную систему. Однако фильтрат пригоден для повторного использования и имеет низкое содержание взвешенных твердых частиц. Таким образом, его можно повторно использовать в системе без дальнейшей обработки. Фильтрат используется для промывки диска во время промывки противотоком, чтобы очистить микропористую структуру и удалить остатки осадка.

Новые разработки

Одним из улучшений по сравнению со стандартной конструкцией керамического вакуумного фильтра является использование серийных распределений пор по размеру неволокнистых пористых керамических фильтров.[12] Пористость этого типа керамики может варьироваться от 20% до 60% по объему, что обеспечивает низкий перепад давления потока жидкости и газа.[12] Для различных конструкций доступны пористые керамические фильтры нестандартных размеров: от диаметра 1 мм до внутреннего диаметра 0,5 мм. Неволокнистый пористый керамический фильтр более устойчив к щелочной и кислый условия по сравнению с волокнистыми керамическими фильтрами. Таким образом, он имеет более длительный срок службы, поскольку обладает хорошей износостойкостью и устойчивостью к эрозии, а также способен выдерживать высокие температуры.[12]

Еще одно усовершенствование применяется на стадии регенерации, когда остаточный осадок на фильтре удаляется путем обратной промывки чистой заводской водой для промывки внутреннего керамического фильтра.[15] Обезвоживание фильтрационной корки керамических фильтров обеспечивает низкую конечную влажность корки при минимальных затратах на эксплуатацию и обслуживание. Остаточная влага удаляется из фильтрационной корки за счет капиллярного действия внутри керамических элементов, которые вращаются выше уровня суспензии. Этот процесс обеспечивает максимальную фильтрацию, а конечный осадок может поддерживаться при минимальном содержании влаги благодаря эффективной очистке обоих керамических секторов. Кроме того, производительность можно оптимизировать за счет использования системы ультразвуковой очистки для достижения эффективных рабочих условий.[15] для регенерации плит. Использование фильтрата в замкнутом водном цикле при проектной эксплуатации позволяет снизить расход воды до 30-50%.[15] Может быть получена высокая чистота фильтрата, поскольку в фильтрате, полученном в результате этого процесса, содержится всего 0,001-0,005 г / л твердых веществ.[12] В конечном итоге это приводит к снижению расхода полимерного флокулянта в загустителях. В эту конструкцию были добавлены керамические скребковые ножи, поскольку они способны прорезать массу, образующуюся при обезвоживании фильтровальной корки.[15] Оставшийся на фильтре слой твердого осадка обеспечивает защиту от механического истирания. Таким образом, затраты на техническое обслуживание могут быть уменьшены, а срок службы керамического фильтра увеличивается.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Hakkinen, B.E, Antti. Обезвоживание суспензии железной руды керамическим вакуумным дисковым фильтром.
  2. ^ а б c d е ж грамм час Тарлтон, Стив; Уэйкман, Ричард (2007). Разделение твердой и жидкой фаз: выбор оборудования и разработка технологического процесса. Великобритания: Институт инженеров-химиков.
  3. ^ а б c Гупта, Ашок (2006). Разделение твердой и жидкой фаз - фильтрация. Проектирование и работа по переработке полезных ископаемых - Введение.
  4. ^ а б c Сазерленд, К. (2008). Справочник по фильтрам и фильтрации. Эльзевир.
  5. ^ Wu, Z.H; Hu, Y.J; Ли, Д.Дж .; Муджамдар, А.С.; Ли, З.Й (2010). «Обезвоживание и сушка в обогатительной промышленности: потенциал для инноваций». Технология сушки: международный журнал.
  6. ^ а б c Красный Б., Б. Л., В. В. (2007). Состояние и перспективы использования вакуумных фильтров дискового типа с керамическими фильтрующими элементами для обезвоживания на горно-обогатительных фабриках. Металлург.
  7. ^ а б c d Саволайнена, Микко; Хухтанена, Микко; Хаккинена, Антти; Экберг, Бьярне; Хиндстрёмб, Рольф; Каллас, Юха (2011). «Разработка методики испытаний керамических дисковых фильтров». Минеральное машиностроение. 24 (8).
  8. ^ Салмимис, Риина; Каллас, Юха; Экберг, Бьярне; Гёррес, Гвидо; Андреассен, Йенс-Петтер; Бек, Ральф; Хаккинен, Антти (2013). «Масштабирование и регенерация керамического фильтрующего материала, используемого при обезвоживании концентрата магнетита». Международный журнал по переработке полезных ископаемых.
  9. ^ Чжан, Шаоу; Чжао, Цзюнь; Хан, Цзян; Ху, Чжицзюнь (2011). "Исследование колебаний давления обратной промывки керамического фильтра". Системные науки, инженерное проектирование и информатизация производства.
  10. ^ а б Ларокс. «Ларокс Керамек». Получено 12 октября 2013.
  11. ^ «Вакуумный дисковый фильтр» (PDF). Металл7. Получено 12 октября 2013.
  12. ^ а б c d е «Передовые керамические технологии обеспечивают решения для промышленности». Получено 12 октября 2013.
  13. ^ Искры, Тревор (2012). Фильтрация твердых веществ и жидкостей - Руководство пользователя по минимизации затрат и воздействия на окружающую среду; Максимальное качество и производительность. Эльзевир.
  14. ^ а б c Купер, Джеймс Р .; Пенни, У. Рой; Ярмарка, Джеймс Р. (1990). Оборудование для химических процессов: выбор и проектирование. Бостон: Баттерворт-Хайнеманн.
  15. ^ а б c d е «Керамические дисковые фильтры». Получено 12 октября 2013.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка