Ленточный фильтр - Belt filter

Схема ленточного фильтра: шлам в загрузочная воронка зажат между двумя фильтровальными тканями (показаны зеленым и фиолетовым). Жидкость извлекается сначала под действием силы тяжести, затем путем продавливания ткани через ролики. Фильтрат выходит через дренаж, а твердые частицы соскребают в контейнер.

В ленточный фильтр (иногда называемый ленточный пресс фильтр, или же ленточный фильтр-пресс) является промышленным машина, используемый для процессов разделения твердой и жидкой фаз, особенно обезвоживание из шламы в химическая индустрия, добыча полезных ископаемых и очистка воды. Ленточные фильтр-прессы также используются при производстве яблочный сок, сидр и виноделие.[1] Процесс фильтрация в первую очередь получается путем передачи пары фильтрация полотна и ремни через систему роликов. Система занимает ил или же суспензия как фид, и разделяет его на фильтрат и твердый торт.

Приложения

Ленточный фильтр в основном используется для обезвоживания.[2] осадка, суспензии и экстракции сока из яблок, груш и других фруктов, а также винограда для виноделия и т. д. Ленточные фильтры используются как в муниципальных, так и в промышленных целях в различных областях, включая городские сточные воды и очистки сточных вод, металлургия и горнодобывающая промышленность, сталелитейные, угольные, пивоваренные, красильные, кожевенные, а также химические и бумажные заводы.[3]

Применение ленточного фильтра ограничивается только осадком, суспензией или фруктовым пюре, которые он может обрабатывать. Шлам от бытового использования включает сырой, анаэробно сброженный и аэробно сброженный ил, квасцовый ил, отстой для смягчения извести и ил речной воды.[4] В промышленности любой шлам или суспензия получают из отходов пищевой промышленности, отходов целлюлозы и бумаги, химических шламов, фармацевтических отходов, шламов от промышленных отходов и нефтехимических отходов.[4] Эти отходы могут включать смешанный ил, минеральную суспензию, пылевой осадок, выбранный промывочный шлам для угля, биологический ил, первичный ил и солому, древесную массу или макулатуру.[3]

Некоторые цели обезвоживания включают уменьшение объема для снижения затрат на транспортировку и хранение, удаление жидкостей перед их захоронением, снижение потребности в топливе перед дальнейшей сушкой или сжиганием, производство соответствующего материала для компостирования, предотвращение стекания и накопления при использовании на земле и оптимизацию других видов сушки. процессы.[2] Ленточные фильтры специально разработаны для каждого из этих конкретных применений и типов кормов.

Преимущества / ограничения

Существует множество процессов физического разделения, аналогичных ленточным фильтр-прессам, используемым для обезвоживания, в том числе центрифуги, вакуумно-дисковые фильтры, пластина и рама фильтр-пресс. По сравнению с другими компрессионными фильтрами в ленточных фильтрах используется относительно более низкое давление.[5] Хотя центрифуги имеют более низкое содержание влаги, более низкие затраты и более простые операции по переработке угольных хвостов,[6] Ленточные фильтры, как правило, производят меньше шума и имеют гораздо более быстрое время запуска и выключения.[2]

Ленточные фильтры считаются простыми и надежными, имеют хорошую доступность, низкую укомплектованность персоналом, простое обслуживание и длительный срок службы.[2][4][7] Ленточный фильтр наиболее предпочтителен, если он установлен таким образом, чтобы его можно было видеть на уровне пола, что упрощает регулировку и контроль. Это, конечно, зависит от освещения и вентиляции.[7]

Ленточный фильтр-пресс часто используется для очистки сточных вод, и поэтому запах подаваемого осадка, летучие выбросы и химические вещества, используемые при очистке, могут стать проблемой.[2] Один из методов борьбы - использование нейтрализующих запах химикатов, таких как перманганат калия.[2] Однако это только нейтрализует запахи и не влияет на газы или химические вещества. Несмотря на то, что все проблемы можно контролировать, закрыв фильтр, он снижает обзор и упрощает доступ к машине для обслуживания и ремонта, что приводит к дорогостоящей автоматизации процесса.[2][5]

Ленточный фильтр-пресс также известен своей высокой производительностью,[5] поскольку он предназначен для работы с избыточной мощностью.[2] Низкая начальная стоимость[5] и низкие эксплуатационные расходы на электроэнергию,[4] однако, если производительность составляет менее 4 миллионов галлонов в день, ленточный фильтр-пресс может быть менее рентабельным, чем транспортировка жидкости, аренда перерабатывающего предприятия или использование немеханических методов обезвоживания, таких как сушильные слои или тростниковые слои.[2]

Ленточные фильтры менее эффективны при переработке некоторых кормов. Если корм не смешан с варочный котел, использование ленточных фильтров будет более дорогостоящим при переработке корма с различным содержанием твердых частиц, так как это требует большего внимания оператора, увеличивая расходы на персонал.[2] Корма с высоким содержанием жира и масла могут снизить процентное содержание твердых частиц в кеке, засоряя ленточный фильтр.[2] и все корма должны быть защищены, чтобы защитить ленту от повреждения острыми предметами. Тип корма также может повлиять на процесс стирки. Ленточный фильтр необходимо часто мыть, что требует большого количества воды и времени.[2] Потери воды и времени, а также связанные с этим расходы могут быть сокращены за счет автоматизации системы мойки и использования стоки.[2]

Доступные дизайны

Конструкции ленточных фильтров разрабатываются с использованием данных производителя о конструкции и производительности, действующих установок, пилотных испытаний, обследований аналогичных установок и испытаний твердых частиц сточных вод.[2] для получения желаемого процента обезвоженного твердого вещества из обрабатываемого ила или суспензии.

Ленточные фильтры пресса имеют 4 основные зоны: зону предварительного кондиционирования, зону гравитационного дренажа, зону линейного сжатия (низкого давления) и зону роликового сжатия (высокого давления).[2][5] Предварительно кондиционированная суспензия, которая флокулируется и / или коагулируется в зависимости от сырья и процесса, сгущается в зоне гравитационного дренажа.[5] Зона гравитационного дренажа представляет собой плоский или наклонный пояс, в котором происходит гравитационный дренаж свободной воды.[2] Площадь гравитационного дренажа рассчитывается в соответствии с концентрацией твердых веществ в сырье. Стандартный размер может использоваться для концентраций твердых частиц 1,5 процента или выше, но установка с большей площадью дренажа или увеличенным размером должна использоваться для исходных твердых частиц от 1,5 до 2,5 процентов для большего отвода свободной воды перед сжатием. Для разбавленного ила с содержанием твердых частиц менее 1,5% можно использовать независимую самотечную дренажную ленту. Этот пояс используется только в зоне гравитационного дренажа, а не в зонах давления.[8] В зонах давления или клина используются две ленты, верхняя и нижняя, для размещения корма вместе,[2] но независимая зона гравитации имеет свой собственный отдельный пояс, что делает ленточный фильтр трехленточной системой. В зависимости от требуемых условий кека, ленточные фильтры могут иметь дополнительные стадии промывки и стадии сушки в инфракрасном диапазоне, горячим газом или даже с помощью микроволновой печи.[7]

Ленточные фильтры очень универсальны и предназначены для обработки шламов, суспензий или фруктовых пюре. Для процесса кормления или обработки, при котором возникает неприятный запах, летучий выбросы, патогены и опасные газы, такие как сероводород[2][7] ленточный фильтр может включать вытяжные шкафы или даже быть полностью заключенным в газонепроницаемый корпус.[7] Из-за ограниченной видимости и повышенной коррозии корпуса процесс ленточного фильтра также можно автоматизировать.[2] Большие площади фильтрации, дополнительные ролики и регулируемая скорость ленты можно найти в усовершенствованных конструкциях фильтров ленточного пресса.[2]

Характеристики процесса

Фильтры ленточного пресса рассчитаны на пропускную способность твердых частиц по весу или объему, а не на поток сточных вод. Концентрация твердых веществ должна определяться на основе концентрации основных твердых веществ в сырье и дополнительных твердых веществ, которые могут выпадать в осадок во время обработки. Концентрация твердых частиц для процесса будет варьироваться, поэтому конструкция должна иметь возможность работать с изменяющейся концентрацией твердых частиц в сырье.[2]

Подача на фильтр ленточного пресса зависит от типа твердых частиц, желаемого продукта и конструкции фильтра. Для большинства типов шлама концентрация сухих веществ в сырье обычно находится в диапазоне 1-10%.[2] Концентрация сухих твердых веществ в обезвоженном иле (или кеке) обычно находится в диапазоне 12-50%.[9] Разбавленная концентрация твердых веществ в сырье приводит к образованию корки с более высоким содержанием влаги, в то время как более высокая концентрация твердых веществ в исходном сырье дает улучшенную скорость фильтрации твердых частиц и более сухой конечный продукт.[5]

Вход в фильтр ленточного пресса обычно измеряется как скорость сухого загрузка твердых тел (масса сухих веществ в раз на ширину ленты). Опять же, загрузка твердых частиц на входе зависит от типа ила и фильтрующего материала, поэтому скорость загрузки сухих твердых частиц в фильтрах ленточного пресса сильно различается. Как правило, уровни загрузки твердых частиц с более низким диапазоном находятся в диапазоне 40–230 кг / ч / м ширины ленты, а скорости загрузки твердых частиц с высоким диапазоном находятся в диапазоне от 300 до 910 кг / ч / м ширины ленты.[9] Хотя загрузка важна для измерения производительности, важно также учитывать толщину корки, которая образуется в секции гравитационного дренажа. Толщина корки влияет на проницаемость фильтрующего материала и скорость фильтрации.[5] Для определения оптимальной толщины осадка необходимо провести испытания на конкретный тип осадка. В некоторых случаях, когда важно извлечение фильтрата, может потребоваться введение жмыха. мойка шаг.

Основная цель фильтра с ленточным прессом - обезвоживание технологического шлама, и большая часть этого обезвоживания происходит в зоне гравитационного дренажа. В зоне гравитационного дренажа концентрация твердых частиц может увеличиваться на 5-10%.[2] Степень обезвоживания в зоне гравитационного дренажа в значительной степени зависит от типа твердых частиц, фильтрующего материала и кондиционирования осадка. На обезвоживание, достигаемое в зоне гравитационного дренажа, отрицательно сказывается, если ил плохо распределен по ленте или время пребывания недостаточное.[9] Кондиционирование осадка - это добавление химикатов для улучшения флокуляция частиц, образуя сгущенный осадок и способствуя обезвоживанию. Обезвоживание можно ускорить добавлением поверхностно-активное вещество и флокуляция достигается за счет добавления высокомолекулярного полимера. Флокуляция улучшается за счет оптимальной дозировки полимера, разбавления и перемешивания полимера. В pH подачи суспензии также необходимо отслеживать и контролировать, поскольку низкий pH снижает флокуляцию.[10] Важно найти оптимальное значение для каждого параметра кондиционирования, поскольку слишком большое количество полимера или его перемешивание могут отрицательно сказаться на флокуляции и значительно увеличить эксплуатационные расходы.[10] Эффект кондиционирования ила наиболее очевиден в зоне гравитационного дренажа, который может быть легко воспроизведен в лабораторных масштабах, где может быть определена оптимальная стратегия кондиционирования.[10] Чтобы фильтр ленточного пресса был промышленно применимым, он должен быть экономически эффективным, и, следовательно, желательна максимальная производительность. Без достаточного кондиционирования гравитационный дренаж обычно является этапом ограничивающего процесса, но при оптимальном разбавлении этап ограничения процесса может быть перемещен в зону сжатия.[10]

В зоне сжатия фильтра ленточного пресса фильтровальная корка сжимается между двумя лентами и проходит через ролики для оказания давления на осадок. Существует оптимальное количество валков, при превышении которого продукт не обязательно будет сушить. Более сухой продукт получается за счет снижения скорости ленты, а не увеличения времени прессования.[11]

Общие характеристики фильтра ленточного пресса улучшаются там, где минимизируются вариации таких параметров, как тип шлама, концентрация твердых частиц в сырье и кондиционирование.[9]

Эффективность фильтра ленточного пресса часто оценивается на основе содержания сухих твердых веществ в лепешке продукта, извлечения твердых частиц и боковой миграции ила на ленте.[11] Извлечение твердых частиц - это процент сухих твердых веществ, извлеченных из исходного шлама. Извлечение твердых частиц зависит от фильтрующего материала, который должен быть выбран с учетом хорошей проницаемости, чтобы способствовать обезвоживанию, но с достаточно малым диаметром пор, чтобы извлечение твердых частиц не сильно уменьшалось. Важно, чтобы фильтр ленточного пресса имел эффективную секцию промывки ленты, чтобы ослепляющий не снижает проницаемость ремня.[5] Улавливание твердых частиц напрямую связано с качеством фильтрата, и, следовательно, фильтрующий материал и технологическая схема должны удовлетворять желаемым качествам осадка и фильтрата. Содержание сухих веществ является мерой степени обезвоживания. Степень обезвоживания увеличивается при уменьшении скорости ленты.[11] Снижение скорости ленты снижает производительность процесса. Следующая корреляция связывает входной массовый расход со скоростью ленты:[11]

Где Q0 = массовый расход (кг / с), м0 = массовая нагрузка (кг / м2), сб = скорость ленты (м / с) и Lосадок0 = начальная ширина осадка по ленте (м). Таким образом, для поддержания экономической производительности промышленного масштаба при более низкой скорости ленты необходимо увеличить массовую нагрузку и ширину ила на ленте. Было обнаружено, что увеличение содержания твердых частиц немного снижает концентрацию сухих твердых частиц в кеке, в то же время значительно увеличивая возможность перетекания осадка через ленту.[11] Боковое перемещение ила на ленте является мерой того, как ил распространяется по ширине ленты. Повышенная боковая миграция ила означает, что ил выходит за край ленты и перетекает в фильтрат. Следовательно, повышенная боковая миграция ила отрицательно влияет на качество фильтрата и извлечение сухих твердых частиц.

Как правило, минимальная расчетная толщина разгрузочной корки составляет 3–5 мм.[5] Это гарантирует, что кек будет достаточно толстым для разгрузки и легко снимается с ленты.

Эвристика дизайна

Для увеличения стоимости и снижения влажности продукта наиболее распространенными вариантами обезвоживания являются: загуститель, утолщение глубокого пласта, ленточные прессы и мембранные фильтр-прессы. В целом центрифуги и другие конкурирующие технологии не показывают значительного преимущества по стоимости по сравнению с фильтром ленточного пресса при такой же степени сухости кека. Стоимость флокулянта часто составляет основную стоимость эксплуатации оборудования для обезвоживания. Фильтры ленточного пресса обычно имеют самый низкий расход флокулянта для любого из перечисленных процессов, за исключением мембранных фильтр-прессов и центрифуг.[12]

Увеличение концентрации исходных твердых веществ увеличивает скорость фильтрации твердых частиц, минимизирует содержание влаги в кеке и дает более однородный осадок, что является желательным результатом. Если увеличение концентрации твердых исходных веществ нецелесообразно, добавление флокулянтов на стадии предварительной обработки дает аналогичный результат. Оптимальный уровень дозировки флокулянта можно найти, отслеживая вязкость суспензии.

Однородный лепешки желательны, так как если исходная суспензия слишком разбавлена, лепешка на фильтре будет содержать более высокое содержание влаги в результате расслоения. Минимальная концентрация сырья, которая приводит к однородной лепешке, определяется путем наблюдения за образцом суспензии. Если происходит быстрое осаждение, образовавшийся осадок на фильтре не будет однородным, и скорость фильтрации снизится.[5]

Минимальная толщина выгрузки кека для горизонтальных фильтров ленточного пресса составляет около 5 мм.[5]

Выбор ремня имеет решающее значение для работы фильтра ленточного пресса, поэтому доступно большое разнообразие материалов и переплетений. Фильтровальная ткань для фильтра ленточного пресса должна быть как можно более открытой при сохранении желаемой прозрачности фильтрата или, если используется предварительное покрытие, чтобы предотвратить потерю предварительного покрытия. Более легкие ткани производят более чистый фильтрат и не блокируются так быстро, однако их долговечность и срок службы значительно короче, чем у более тяжелых тканей.[5] Доступны как бесшовные, так и шовные ленты. Ремни со швом изнашиваются быстрее и вызывают износ роликов и ракельного ножа. Также доступны шовные ремни типа «молния» и «клипса» с застежкой-молнией, имеющей более длительный срок службы, поскольку они обеспечивают меньшее прерывание. Бесшовные ремни имеют самый длительный срок службы, но они более дорогие. Также необходимо убедиться, что ленточный пресс совместим с бесшовной лентой.[9]

Повышение температуры загружаемой суспензии снижает вязкость жидкой фазы. Это полезно, так как увеличивает скорость фильтрации и снижает влажность кека. Те же преимущества могут быть получены с помощью других методов сушки, таких как пропускание сухого пара через обезвоженный осадок для повышения температуры оставшейся влаги или другие сушка методы могут быть использованы.[5]

Толщину кека, возможно, придется контролировать или ограничивать, когда требуется промывка кека или когда конечная влажность кека является критическим параметром. Когда время промывки кека является доминирующим фактором, максимальная скорость фильтрации будет иметь место при достижении минимальной толщины кека для выгрузки. Время, необходимое для промывки, увеличивается пропорционально соотношению толщин лепешки в квадрат. Например, если толщина лепешки увеличится вдвое, время промывки увеличится примерно в 4 раза.

Необходимые системы доочистки

Полностью чистый фильтрат не может быть получен с использованием фильтров ленточного пресса, за исключением редких случаев. Таким образом, может потребоваться дополнительная обработка фильтрата перед его повторным использованием или сбросом в качестве отходов. Если фильтр находится после осветлитель или загуститель, фильтрат (и промывочная вода) могут быть возвращены в осветлитель, чтобы снизить требуемую прозрачность фильтрата и позволить использовать более прочные ткани. Если рециркуляция или повторное использование недопустимы, фильтрат следует выгружать в соответствии с законодательством и требованиями лицензии. Перед сливом может потребоваться дополнительная очистка осветленной воды (фильтрация или химическая обработка).[5]

Фильтровальный кек обычно имеет достаточно высокую концентрацию твердого вещества, чтобы можно было использовать все типы методов утилизации без дополнительной обработки, включая повторное использование в процессе, захоронение / компостирование и сжигание. Содержание полимера делает фильтровальную лепешку из фильтра ленточного пресса более подходящей для вышеупомянутых методов утилизации, чем лепешку, кондиционированную хлоридом железа и известью, которая может происходить с другими процессами обезвоживания.[9]

Последние достижения

К значительным достижениям в технологии фильтров ленточных прессов относятся: разработка тканей с использованием трех ремней и клинового ремня. Разработки ткани включают двойное переплетение, которое включает в себя различные типы пряжи, чтобы объединить определенные преимущества каждой из них.[5] Также доступна плетеная лента с двойным переплетением, которая имеет больший срок службы и долговечность, чем обычная проволочная лента.[13]

Фильтр ленточного пресса, использующий три ленты, может достигать независимых скоростей и иметь различные типы лент для зон давления и силы тяжести.[8][14] Это позволяет системе фильтрации выдерживать более высокие гидравлические нагрузки, возникающие с разбавленным исходным шламом (концентрация исходных твердых веществ ниже 1,5%). Трехленточная система более эффективна как с более высокой производительностью, так и с концентрацией твердого кека за счет механической сложности.[8]

Клиновой ремень похож на ленточный фильтр-пресс, с тем основным отличием, что используется только один ремень, сложенный по центральной линии. Технология не получила широкого распространения. Обычно может быть достигнуто конечное содержание твердых веществ в сухом остатке 9-13%; это меньше, чем у конкурирующих технологий. В настоящее время эта технология подходит для небольших применений (примерно до 3000 л суспензии в час при максимальном размере ленты 0,75 м). Клиновые ремни имеют небольшую площадь основания, низкое потребление энергии и воды для стирки, а также низкие капитальные и эксплуатационные расходы. Они являются самонастраивающимися и могут перерабатывать шлам различного состава, сокращая при этом участие оператора.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Основные ленточные фильтр-прессы, предназначенные для производства яблочного сока, сидра и виноделия». Получено 5 марта 2014.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Информационный бюллетень по технологии Biosolids: ленточный фильтр-пресс, Агентство по охране окружающей среды США, 2000 г.
  3. ^ а б http://www.china-blackstone.com В архиве 6 октября 2017 г. Wayback Machine, Zhengzhou Black Stone Machinery Co. LTD., 2012 г., 1 октября 2013 г.
  4. ^ а б c d http://www.beltfilterpress.com, Komline-Sanderson, 2013, "Ленточный фильтр-пресс", Komline-Sanderson Engineering Corporation, Пипак, США, просмотрено 2 октября 2013 г.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п Р. Перри, Д. Грин, Справочник инженеров-химиков Перри, 8-е издание, McGraw-Hill, 2007, Нью-Йорк
  6. ^ Моханти, М. Ван, З. Хуанг, З., Хирши, Дж., 2004 г. Оптимизация характеристик обезвоживания стального ленточного фильтра, Журнал подготовки угля, 24:53 68
  7. ^ а б c d е Спаркс, Т.,Фильтрация твердых веществ и жидкостей - Руководство пользователя по минимизации затрат и воздействия на окружающую среду; Максимальное качество и производительность, Эльзевир, Портленд, 2012 г.
  8. ^ а б c http://www.beltfilterpress.com, Komline-Sanderson, «Ленточный фильтр-пресс GRS Series III Kompress», Komline-Sanderson, 1 октября 2013 г.
  9. ^ а б c d е ж Информационный отчет о конструкции: ленточные фильтр-прессы, Агентство по охране окружающей среды США, 1986 г.
  10. ^ а б c d Ричард А. Подуска П.Е. Кандидат наук. И Б. Х. Коллинз младший, Простой лабораторный метод определения работы ленточного фильтр-пресса, Письма об экологических технологиях, 1980, 1:12, стр. 547-556
  11. ^ а б c d е Оливер Дж. И Вакселер Дж., Обезвоживание бытового ила ленточным фильтр-прессом: влияние рабочих параметров, Журнал химической технологии и биотехнологии, 2005, 80, стр. 948-953
  12. ^ http://www.acarp.com.au/abstracts.aspx?repId=C14012, Бикерт. G, «Технологии обезвоживания хвостов для углеперерабатывающих заводов Австралии», Программа исследований Австралийской угольной ассоциации, номер отчета C14012, 2004 г., просмотрено 2 октября 2013 г.
  13. ^ http://spirofil-averinox.com/product-groups/synthetic-woven-belts В архиве 24 июля 2013 г. Wayback Machine Спирофил-Аверинокс, 2012, «Синтетические тканые ленты и синтетическая фильтровальная ткань», Спирофил-Аверинокс, просмотрено 2 октября 2013 г.
  14. ^ http://www.engamerica.com/uploaded/Doc/BDP_Belt_Filter_Press.pdf[постоянная мертвая ссылка ], BDP Industries, "Ленточный фильтр-пресс Model 3DPTM", BDP Industries, Нью-Йорк, США, просмотрено 2 октября 2013 г.
  15. ^ Молодой. D, охра. P и Kuijvenhoven. K, Технология обезвоживания V-образного ремня, 31-й ежегодный семинар Qld Water Industry - эксплуатационные навыки, Университет Центрального Квинсленда, 2006 г.

внешняя ссылка