Совершенствование рабочего процесса разгрузки осадка рамных фильтр-прессов

Фильтр-пресс представляет собой машину, в которой исходная пульпа обезвоживается на фильтрующей перегородке под воздействием избыточного давления.

Несмотря на ряд недостатков (тяжелый ручной труд при обслуживании, периодичность процесса, потери продукта через неплотности, большой расход ткани), фильтр-прессы продолжают изготовлять многие зарубежные фирмы и предприятия стран СНГ. Это объясняется тем, что фильтр-прессы обладают незаменимой уникальной совокупностью технологических достоинств. Фильтр-прессы позволяют обрабатывать трудно разделяемые тонкодисперсные шламистые суспензии и гарантируют высокую степень разделения, получение чистого фильтрата и осадка минимальной влажности (менее 50%). Кроме фильтр-прессов только вакуумные фильтры позволяют получать осадки такой же низкой влажности, однако движущая сила фильтрации (т. е. перепад давления на фильтрующей перегородке) в вакуумных фильтрах на порядок ниже, чем в фильтр-прессах, т. к. в них перепад давления даже теоретически не может быть больше атмосферного давления. Работа фильтр-прессов практически не зависит от степени минерализации и ионной характеристики жидкой фазы фильтруемой суспензии, что позволяет применять эти аппараты для фильтрования высоко агрессивных пульп, как кислых, так и щелочных, а также высококонцентрированных солевых растворов и пульп при высокой температуре (до 100 °С) с соблюдением условия охраны окружающей среды. Фильтр-прессы предоставляют возможность тщательно промывать полученный осадок горячей водой при высоком давлении.

При кажущейся громоздкости и металлоемкости, по удельной металлоемкости и отношению занимаемой площади к поверхности фильтрования фильтр-прессы находятся в ряду наиболее экономичных в этом отношении конструкций фильтров, уступая лишь листовым и тарельчатополочным фильтрам.

Поэтому фильтр-прессы широко применяются в горнорудной, угольной, металлургической, химической, нефтехимической и пищевой промышленности.

Наиболее известны такие производители фильтр-прессов как «Краусс-Маффей», «Хеш», «Шуле» (ФРГ), «Карлсон-Форд» (Англия), «Миура», «Курита», «Эймко» (Япония), «Фильтрокс-Верк» (Швейцария), «Шрайвер» «Вэмко», «Ласта» (США), «Сведала» (Швеция), «Макон», «Делькор» (Италия), «Ларокс», «Оутокумпу» (Финляндия), Бердичевский завод химического машиностроения «Прогресс», НПК «Восточная Украина», НПО «Пензхиммаш» и другие.

По режиму работы фильтр-прессы относятся к устройствам периодического действия. В зависимости от способа формирования фильтровальной ячейки фильтр-прессы делятся на рамные и камерные. Ряд недостатков автоматических камерных фильтр-прессов (например, изменение направления фильтрации при каждом новом цикле работы, необходимость в случае повреждения ленты замены сразу всей фильтровальной ткани, необходимость установки промежуточных приводов протягивания ленты, неизбежное вытягивание ткани) не позволяют им вытеснить из эксплуатации рамные фильтры.

С другой стороны, разгрузка пастообразного осадка рамных фильтр-прессов является трудоёмкой и травмоопасной операцией. В силу органических недостатков известные варианты механизации разгрузки осадка на предприятиях практически не применяются, а используются ручные методы в неблагоприятных условиях гидрометаллургических цехов. Ударная очистка рам от осадка приводит к их деформации, снижает герметизацию, вызывая дополнительные потери раствора при эксплуатации, а обслуживающему персоналу приходится непосредственно контактировать с продуктами металлургического, химического или обогатительного производства, которые могут быть агрессивными, ядовитыми или горячими.

Рис. 1.1. Фильтр-пресс с верхней подвеской плит (НИК «Восточная Украина»).

Об актуальности проблемы разгрузки осадка рамных фильтр-прессов свидетельствует также большое количество выданных патентов на изобретения (России, Японии, США, Великобритании) в этой области.

На основании произведённой систематизации существующих и запатентованных конструкций фильтр-прессов по способу разгрузки осадка с анализом их достоинств и недостатков в работе был сформулирован принцип конструирования нового фильтр-пресса, механизм разгрузки которого позволит исключить ручной труд и сократить простои оборудования при условии качественного удаления осадка. Этому принципу отвечает предложенная автором конструкция вертикального рамного фильтр-пресса, на которую получен патент РФ. Разгрузка фильтр-пресса осуществляется при комбинированном инерционном и гравитационном полевом воздействии на осадок. При приложении вибрации осадок псевдоожижается за счет разрушения надмолекулярных связей. Однако достижение наиболее полного разрушения структуры осадка, например, за счет внутреннего резонанса, противоречит условию снижения инерционных нагрузок на конструктивные элементы фильтр-пресса.

В работе установлены закономерности отделения осадка от конструктивных элементов фильтровальных ячеек и его истечения из рамного пространства с учетом эффекта виброожижения осадка и получены эмпирические зависимости свойств осадка от амплитуды и частоты вибрации, что позволило создать методику определения оптимальных параметров предложенного механизма разгрузки.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Параметры привода, обеспечивающего вибрационное воздействие на разгружаемый из рамного пространства фильтр-пресса тиксотропный осадок, на различных стадиях разгрузки определяются из условия нарушения равновесия массива осадка с преодолением его адгезионных и когезионных связей при комбинированном инерционном и гравитационном полевом воздействии с учётом сил внутреннего и внешнего трения псевдоожиженного осадка.

2. Минимальное значение амплитуды создаваемых самобалансным виброприводом колебаний, ограниченное условием компенсации упругих деформаций соединительных звеньев пакета плит и рам, обеспечивает снижение инерционных нагрузок на конструктивные элементы фильтр-пресса, а частота колебаний выбирается одновременно с шириной разгрузочных зазоров согласно уравнению истечения осадка и проверяется по условиям отделения осадка от фильтроткани на начальной и завершающей стадиях разгрузки с учетом увеличения амплитуды колебаний на завершающей стадии.

Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения и списка использованной литературы из 89 наименований, содержит 120 страниц машинописного текста, включает 43 рисунка и 11 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Для совершенствования процесса разгрузки пастообразного осадка рамных фильтр-прессов эффективным является применение способа, основанного на одновременном удалении материала из всех ячеек аппарата при одновременном формируемом механизмом разгрузки вибрационном воздействии на все элементы пакета плит и рам,.

2. Параметры привода, обеспечивающего вибрационное воздействие на разгружаемый из рамного пространства фильтр-пресса тиксотропный осадок, на различных стадиях разгрузки определяются из условия нарушения равновесия массива осадка с преодолением его адгезионных и когезионных связей при комбинированном инерционном и гравитационном воздействии с учетом сил внутреннего и внешнего трения псевдоожиженного осадка.

3. Созданные математические модели процессов отделения слоя осадка от фильтроткани и последующего истечения осадка через разгрузочные зазоры позволяют выбирать требуемые амплитуду и частоту вибропривода механизма разгрузки и размеры зазоров раскрытого пакета плит и рам в зависимости от физико-механических свойств осадка, геометрических размеров фильтровальных ячеек аппарата и толщины слоя осадка фильтрования, при этом относительное отклонение величин, рассчитанных согласно уравнениям, описывающим процесс разгрузки осадка из рамного пространства, от значений, установленных эмпирическим путем не превышает 10%.

4. Для снижения инерционных нагрузок на конструктивные элементы фильтр-пресса и уменьшения разгрузочных зазоров между плитами и рамами рекомендуется применять режим порционного истечения осадка, а ширину зазора между плитой и рамой принимать пропорциональной квадратному корню произведения модуля сдвига осадка и предела прочности осадка при растяжении.

5. Для исследованных материалов, образующихся в процессе очистки анолита электролиза никеля, при частоте колебаний до 350 с" 1 и амплитуде 0.54−4 мм, достигнуто уменьшение коэффициентов внутреннего и внешнего трения до 4 раз, а пределов прочности адгезионных и когезионных связей осадков до 6 раз.

6. Установлено, что применение для разрушения структуры осадка минимальной амплитуды колебаний отвечает минимальным инерционным нагрузкам на конструкцию, при этом наименьшая величина амплитуды определяется условием компенсации упругих деформаций звеньев, соединяющих плиты и рамы.

7. Методика проектирования механизма разгрузки конкретного осадка заключается в определении минимального значения амплитуды колебаний, экспериментальном установлении физико-механических характеристик кека (соотношение прочности когезионных и адгезионных связей осадка при отрыве и при сдвиге в статических условияхзависимости прочности адгезионных и когезионных связей осадка и коэффициентов его внутреннего и внешнего трения от частоты колебаний при выбранной амплитуде) и выбора частоты вибрации из условия осуществления всех стадий процесса разгрузки.

8. Для расчёта режима порционного истечения осадка при отделении мениска осадка требуется создание методики и проведение серии экспериментов с целью исследования упругих свойств осадка.

9. Рекомендуется применять дорезонансный режим работы самобалансного вибропривода с учетом возможности увеличения интенсивности колебаний на завершающей стадии разгрузки аппарата без перехода через резонанс.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.