Как работает фильтр-пресс? Полное руководство по принципу работы

Фильтр-пресс является одним из наиболее распространённых видов оборудования для промышленного разделения твёрдой и жидкой фаз. Он использует фильтрацию под давлением для отделения взвешенных твёрдых частиц от суспензии, образуя фильтрат и обезвоженный фильтрационный осадок.

Как именно работает фильтр-пресс и что происходит внутри оборудования во время каждого цикла фильтрации?

В этом руководстве рассмотрены принцип работы фильтр-пресса, основные этапы фильтрации, конструкция оборудования, типы фильтр-прессов, факторы, влияющие на эффективность процесса, и основные области промышленного применения.

Что такое фильтр-пресс?

Фильтр-пресс — это оборудование для разделения твёрдой и жидкой фаз методом фильтрации под давлением.

Основная часть оборудования представляет собой пакет фильтровальных плит, покрытых фильтровальной тканью. После смыкания плит между ними образуются герметичные фильтрационные камеры. Суспензия подаётся в эти камеры насосом под давлением.

Жидкая фаза проходит через фильтровальную ткань и выводится из фильтр-пресса в виде фильтрата. Твёрдые частицы задерживаются внутри камер и постепенно образуют фильтрационный осадок.

В упрощённом виде процесс можно представить следующим образом:

Подача суспензии → Фильтрация под давлением → Разделение фаз → Формирование осадка → Выгрузка осадка

Фильтр-прессы широко применяются для:

• очистки промышленных сточных вод;
• обезвоживания осадков;
• горнодобывающей и горно-обогатительной промышленности;
• очистки сточных вод после промывки песка;
• обезвоживания хвостов обогащения;
• химического производства;
• очистки гальванических сточных вод;
• металлургии;
• керамической и камнеобрабатывающей промышленности;
• пищевой промышленности.

Как работает фильтр-пресс?

Принцип работы фильтр-пресса основан на подаче суспензии под давлением в закрытые фильтрационные камеры. Под действием давления жидкость проходит через фильтровальную ткань, а твёрдые частицы остаются внутри камер.

Типичный рабочий цикл фильтр-пресса включает следующие этапы:

1. смыкание фильтровальных плит;
2. подачу суспензии;
3. фильтрацию под давлением;
4. формирование фильтрационного осадка;
5. дополнительный отжим мембраной или продувку воздухом при необходимости;
6. размыкание плит;
7. выгрузку осадка.

Этап 1: Смыкание фильтровальных плит

Перед началом фильтрации все фильтровальные плиты сжимаются в единый герметичный пакет.

В промышленных фильтр-прессах для этого обычно используется гидравлическая система. Гидроцилиндр создаёт необходимое усилие и удерживает пакет плит в закрытом положении во время всего цикла фильтрации.

Каждая плита покрыта фильтровальной тканью. При смыкании двух соседних камерных плит между ними образуется пространство для накопления твёрдой фазы.

Пакет плит должен оставаться плотно закрытым, поскольку суспензия поступает внутрь оборудования под давлением.

Этап 2: Подача суспензии

После полного смыкания плит насос подаёт суспензию из резервуара в фильтр-пресс.

Суспензия состоит из жидкой фазы и находящихся в ней взвешенных твёрдых частиц.

Через центральный или другой предусмотренный конструкцией канал материал распределяется по фильтрационным камерам.

В начале цикла в камерах практически отсутствует накопленный осадок, поэтому жидкость сравнительно легко проходит через фильтровальную ткань.

По мере поступления новой суспензии твёрдые частицы начинают накапливаться на поверхности ткани.

Этап 3: Фильтрация под давлением и разделение твёрдой и жидкой фаз

Фильтровальная ткань выполняет функцию основного фильтрующего материала.

Давление, создаваемое подающим насосом, обеспечивает прохождение жидкой фазы через ткань. Твёрдые частицы при этом задерживаются внутри камеры.

Отделённая жидкость поступает в дренажные каналы фильтровальных плит и затем выводится через патрубки для фильтрата.

Полученная после фильтрации жидкость называется фильтратом.

В зависимости от технологического процесса фильтрат может:

• отводиться после достижения необходимых показателей качества;
• возвращаться в систему очистки сточных вод;
• повторно использоваться как технологическая вода;
• направляться на дополнительную очистку;
• возвращаться в производственный процесс.

В горнодобывающей промышленности и на предприятиях по промывке песка возврат фильтрата позволяет сократить потребление свежей воды.

Этап 4: Формирование фильтрационного осадка

По мере продолжения процесса всё больше твёрдых частиц задерживается внутри фильтрационных камер.

В начале фильтрации основную функцию разделения выполняет фильтровальная ткань. После образования слоя твёрдых частиц сам осадок также становится частью фильтрующего слоя.

Толщина осадка постепенно увеличивается до заполнения камеры.

Одновременно возрастает сопротивление прохождению жидкости.

Поэтому скорость выхода фильтрата обычно максимальна в начале рабочего цикла и постепенно уменьшается по мере увеличения толщины осадка.

Когда камеры практически заполнены, а расход фильтрата существенно снижается, основной этап фильтрации приближается к завершению.

Этап 5: Дополнительное обезвоживание осадка

Дальнейший процесс зависит от конструкции фильтр-пресса и требуемой остаточной влажности осадка.

Камерный фильтр-пресс

В камерном фильтр-прессе основное давление фильтрации создаётся подающим насосом.

Суспензия поступает в камеры до формирования фильтрационного осадка и завершения основного этапа обезвоживания.

Камерные фильтр-прессы широко применяются благодаря простой и надёжной конструкции, экономичности и возможности работы с различными промышленными суспензиями.

Если обычная фильтрация под давлением позволяет получить необходимую остаточную влажность осадка, камерный фильтр-пресс часто является рациональным решением.

Мембранный фильтр-пресс

В мембранном фильтр-прессе после основной стадии фильтрации выполняется дополнительный механический отжим осадка.

После заполнения камер специальные эластичные мембраны расширяются под воздействием воды или сжатого воздуха в зависимости от конструкции системы.

Мембраны дополнительно сжимают фильтрационный осадок и удаляют из него часть оставшейся жидкости.

Такой способ позволяет снизить конечную влажность осадка и в ряде процессов сократить продолжительность рабочего цикла.

Мембранный фильтр-пресс целесообразно рассматривать, если:

• требуется более низкая влажность осадка;
• важно снизить расходы на транспортировку и утилизацию осадка;
• необходима более высокая степень обезвоживания;
• материал трудно обезвоживается;
• необходима промывка осадка;
• требуется дополнительный механический отжим.

Этап 6: Выгрузка фильтрационного осадка

После завершения фильтрации и дополнительных стадий отжима или продувки подача суспензии прекращается, а внутреннее давление сбрасывается.

Гидравлическая система открывает пакет фильтровальных плит.

В зависимости от уровня автоматизации плиты могут перемещаться вручную, механически или автоматически.

Сформированный осадок выпадает между плитами в приёмный бункер, на конвейер или в другую систему транспортировки.

Правильно сформированный осадок должен сравнительно легко отделяться от фильтровальной ткани.

Если осадок остаётся слишком влажным, липким или плохо отделяется, возможными причинами могут быть:

• недостаточное давление подачи;
• слишком короткий цикл фильтрации;
• низкое содержание твёрдых веществ в суспензии;
• неправильно подобранная фильтровальная ткань;
• засорение фильтровальной ткани;
• неэффективное кондиционирование осадка;
• неподходящая конфигурация фильтр-пресса.

После выгрузки осадка плиты снова смыкаются, и начинается следующий рабочий цикл.

Принцип работы фильтр-пресса

Основным принципом работы фильтр-пресса является фильтрация под давлением.

Упрощённая технологическая схема выглядит следующим образом:

Резервуар с суспензией → Подающий насос → Фильтр-пресс → Фильтрат + Фильтрационный осадок

Подающий насос перемещает суспензию в камеры и создаёт необходимое давление.

Под действием давления жидкость проходит через фильтровальную ткань, а твёрдые частицы задерживаются внутри камер.

В результате образуются два продукта:

• Фильтрат — жидкость, прошедшая через фильтровальную ткань.
• Фильтрационный осадок — концентрированная твёрдая фаза, оставшаяся внутри камер.

Основные компоненты фильтр-пресса

1. Фильтровальные плиты

Фильтровальные плиты образуют камеры, в которых накапливается осадок.

Размер плит, глубина камер, количество плит и их конструкция определяют общую площадь фильтрации и объём камер.

2. Фильтровальная ткань

Фильтровальная ткань является основным фильтрующим материалом и одним из наиболее важных расходных элементов оборудования.

При её выборе учитываются:

• размер частиц;
• химический состав суспензии;
• рабочая температура;
• вязкость;
• требования к качеству фильтрата;
• давление фильтрации;
• условия отделения осадка.

3. Гидравлическая система

Гидравлическая система создаёт усилие, необходимое для плотного смыкания пакета фильтровальных плит во время работы.

4. Подающий насос

Подающий насос транспортирует суспензию из резервуара в фильтр-пресс.

Давление и расход насоса оказывают существенное влияние на производительность процесса фильтрации.

5. Система отвода фильтрата

После прохождения через ткань жидкость поступает в дренажные каналы плит и выводится через патрубки фильтрата.

6. Система перемещения плит

Автоматические фильтр-прессы могут оснащаться механизмом последовательного раздвижения плит, который облегчает автоматическую выгрузку осадка и сокращает ручной труд.

Что происходит внутри фильтрационной камеры?

Условия внутри камеры постоянно изменяются в течение рабочего цикла.

В начале фильтрации:

Высокое содержание жидкости + небольшое количество твёрдой фазы

В процессе фильтрации:

Увеличение толщины осадка + рост сопротивления фильтрации

К завершению цикла:

Камера заполнена осадком + расход фильтрата снижается

Поэтому постепенное снижение расхода фильтрата является нормальной частью процесса.

Однако чрезмерно низкая скорость фильтрации может быть связана с:

• засорением фильтровальной ткани;
• неправильной проницаемостью ткани;
• недостаточным давлением подачи;
• неисправностью или неправильным подбором насоса;
• слишком мелкими частицами;
• высокой вязкостью суспензии;
• низким содержанием твёрдых веществ;
• неэффективным кондиционированием осадка.

Какие факторы влияют на работу фильтр-пресса?

Содержание твёрдых веществ

Концентрация твёрдой фазы влияет на скорость формирования осадка и продолжительность рабочего цикла.

Размер частиц

Размер и распределение частиц определяют проницаемость сформированного осадка и сопротивление прохождению жидкости.

Вязкость суспензии

Чем выше вязкость, тем сложнее жидкой фазе проходить через слой осадка и фильтровальную ткань.

Давление подачи

Недостаточное давление может привести к низкой скорости фильтрации и повышенной влажности осадка. При этом простое увеличение давления не всегда является правильным решением.

Выбор фильтровальной ткани

Проницаемость и материал ткани непосредственно влияют на скорость фильтрации, прозрачность фильтрата и отделение осадка.

Толщина осадка

Более толстый осадок позволяет увеличить количество твёрдой фазы за цикл, но может увеличить сопротивление фильтрации.

Продолжительность цикла

Слишком короткая фильтрация может привести к высокой остаточной влажности. Чрезмерно длинный цикл снижает суточную производительность оборудования.

Какие бывают фильтр-прессы?

Камерный фильтр-пресс

Камерный фильтр-пресс использует углублённые фильтровальные плиты, которые при смыкании формируют камеры.

Такое оборудование широко применяется для обезвоживания промышленных осадков, в горнодобывающей, химической, металлургической промышленности и при очистке сточных вод.

Подробнее: камерный фильтр-пресс Dazhang.

Мембранный фильтр-пресс

Мембранный фильтр-пресс сочетает стандартную фильтрацию под давлением с дополнительным мембранным отжимом.

Он особенно эффективен в тех случаях, когда необходимо получить более сухой осадок.

Подробнее: мембранный фильтр-пресс Dazhang.

Рамный фильтр-пресс

Рамный фильтр-пресс использует чередующиеся плиты и рамы для формирования фильтрационных камер и применяется в ряде специальных технологических процессов.

Автоматический фильтр-пресс

Автоматическое оборудование может включать гидравлическое смыкание, автоматическое перемещение плит, выгрузку осадка, промывку ткани, поддоны и автоматизированную систему управления.

Камерный или мембранный фильтр-пресс: в чём разница?

Смотреть оборудование:

Камерные фильтр-прессы — модели и характеристики

Мембранные фильтр-прессы — модели и характеристики

Основные области применения фильтр-прессов

Очистка промышленных сточных вод

Фильтр-прессы используются для обезвоживания осадков, образующихся при физико-химической и биологической очистке промышленных сточных вод.

Очистка сточных вод после промывки песка

После сгущения концентрированный осадок направляется в фильтр-пресс, а полученный фильтрат может возвращаться в систему водооборота предприятия.

Обезвоживание хвостов

На горно-обогатительных предприятиях фильтр-прессы применяются для обезвоживания хвостов, концентратов и сгущённых пульп с возможностью возврата воды в производственный процесс.

Гальванические осадки

После химического осаждения металлов образующийся гидроксидный осадок можно обезвоживать на фильтр-прессе, уменьшая его объём перед дальнейшей переработкой или утилизацией.

Химическая промышленность

Оборудование применяется для выделения продукта, разделения катализаторов, очистки технологических потоков и обработки сточных вод.

Почему важна влажность фильтрационного осадка?

Чем больше жидкости остаётся в осадке, тем выше его масса и объём. Это может увеличить расходы на транспортировку, утилизацию, сушку и последующую переработку.

Если камерный фильтр-пресс не обеспечивает требуемую степень обезвоживания, можно рассмотреть оптимизацию процесса или использование мембранного фильтр-пресса.

Почему осадок после фильтр-пресса остаётся слишком влажным?

• слишком низкое давление подачи;
• недостаточная продолжительность фильтрации;
• низкая концентрация твёрдых веществ;
• засорённая фильтровальная ткань;
• неправильно подобранная ткань;
• неэффективное кондиционирование осадка;
• недостаточная производительность насоса;
• неподходящий тип фильтр-пресса.

Почему снижается скорость фильтрации?

Постепенное снижение расхода фильтрата является нормальным, поскольку сопротивление слоя осадка увеличивается.

Если производительность падает слишком сильно, необходимо проверить фильтровальную ткань, давление подачи, насос, вязкость суспензии, гранулометрический состав и подготовку материала.

Часто задаваемые вопросы

Для чего нужен фильтр-пресс?

Фильтр-пресс предназначен для разделения твёрдой и жидкой фаз под давлением с получением фильтрата и обезвоженного осадка.

Как фильтр-пресс отделяет твёрдые частицы от жидкости?

Суспензия поступает в камеры под давлением. Жидкость проходит через фильтровальную ткань, а твёрдые частицы задерживаются и формируют осадок.

Фильтр-пресс работает непрерывно?

Большинство классических фильтр-прессов работают циклически: заполнение, фильтрация, формирование осадка, открытие плит и выгрузка.

Что такое фильтрационный осадок?

Это концентрированная твёрдая фаза, остающаяся внутри фильтрационных камер после удаления жидкости.

Что такое фильтрат?

Фильтрат — это жидкость, прошедшая через фильтровальную ткань.

Можно ли повторно использовать фильтрат?

Да. Если качество жидкости соответствует требованиям процесса, фильтрат может возвращаться в производство, например при промывке песка или переработке минерального сырья.

Чем камерный фильтр-пресс отличается от мембранного?

Камерный фильтр-пресс выполняет основное обезвоживание за счёт давления подачи, а мембранный дополнительно сжимает сформированный осадок после основной фильтрации.

Заключение

Фильтр-пресс отделяет жидкую фазу от твёрдой за счёт подачи суспензии под давлением в закрытые фильтрационные камеры. Жидкость проходит через фильтровальную ткань, а твёрдые частицы постепенно образуют осадок, который выгружается после завершения цикла.

Реальная эффективность фильтрации зависит от свойств суспензии, давления подачи, фильтровальной ткани, толщины осадка, продолжительности цикла и конструкции оборудования.

Для большинства стандартных задач промышленного обезвоживания подходит камерный фильтр-пресс. Если требуется дополнительное снижение влажности осадка, целесообразно рассмотреть мембранный фильтр-пресс.

Фильтр-прессы Dazhang для промышленной фильтрации

Dazhang предлагает решения для обезвоживания осадков, очистки сточных вод, горнодобывающей промышленности, промывки песка, химического производства и других процессов разделения твёрдой и жидкой фаз.

Оборудование: Камерный фильтр-пресс — модели, характеристики и применение

Оборудование: Мембранный фильтр-пресс — модели, характеристики и применение