Как классифицируется фильтрующий элемент

Классификация фильтров по принципу действия

Фильтрование является одним из основных методов кондиционирования воды, позволяющим довести качество её до требований ГОСТа на питьевую воду.

В процессе фильтрования из раствора выделяются не только диспергирован-ные частицы, но и коллоиды.

Сущность метода заключается в пропуске жидкости, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемой для жидкости и непроницаемый для твёрдых частиц. При этом процесс сопровождается значительными затратами энергии. Однако допускать большие потери напора в технике водоочистки можно лишь при обработке небольших количеств воды. Это определяет место фильтровальных сооружений в технологической схеме; в большинстве случаев фильтрование является последним этапом осветления воды и производится после её предварительного осветления в отстойниках, флотаторах или осветлителях.

Водоочистные сооружения, на которых осуществляется процесс фильтрования, называются фильтратами. Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на:

1. Тканевые или сетчатые;

2. Каркасы или намывные (диатомитовые);

3. Зернистые (песчаные, антрацитовые и т.д.)

Из перечисленных групп наиболее распространена зернистая. Фильтры с зернистой загрузкой можно классифицировать по ряду основных признаков:

1. по скорости фильтрования:

– медленные 0,1 – 0,3 м/ч;

– сверхскоростные 36-100 м/ч

2. по давлению, под которым они работают:

3. по направлению фильтрующего потока:

– однопоточные (обычные скорые фильтры);

– двухпоточные (фильтры АКХ, ДДФ);

4. по крупности фильтрующего материала:

5. по количеству фильтрующих слоёв:

Схема устройства скорого открытого фильтра площадью до 30 м 2 показана на рис. 12.1 (слайд 29).

Коагулированная и прошедшая через отстойники вода поступает на фильтр. Сначала вода поступает в боковой карман 6, а через него – в резервуар фильтра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м. В процессе фильтрования вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои, а затем в распределительную систему и резервуар чистой воды. Максимальная потеря напора в фильтрующей загрузке 2,5-3 м.

Фильтрующий слойпри крупности зёрен 0,5-2 мм может быть 0,7-2 м. Его выполняют из отсортированного материала, чаще всего речного кварцевого песка крупностью от 0,5 до 2,0 мм. Можно использовать дроблёный антрацит, керамзит, керамическую крошку, дроблёный мрамор, полимеры.

При фильтровании протекает процесс сорбции агрегативно неустойчивых примесей воды на поверхности зёрен. Глубина проникновения загрязнений в толщу фильтрующего слоя тем больше, чем больше скорость фильтрования, крупнее зёрна фильтрующего слоя и чем меньше размеры взвеси, которые должны быть задержаны фильтром.

Поддерживающий слой (0,4–0,5 м), на котором лежит фильтрующий слой, укладывают с той целью, чтобы мелкий фильтрующий материал не вымывался из фильтрующего слоя и не уносился вместе с фильтруемой водой через отверстия распределительной системы. Поддерживающий слой состоит из слоёв гравия или щебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз от 2 до 40 мм.

Распределительная система –она должна собирать и отводить профильтрованную воду без выноса зёрен фильтрующего материала и при промывке равномерно распределить промывочную воду по поверхности фильтра. Равномерность распределения промывочной воды по площади достигается вследствие большого сопротивления движению воды через проходные отверстия.

Дата добавления: 2017-05-18 ; просмотров: 596 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Классификация и устройство фильтров

По способу очистки рабочих жидкостей очистительные устройства делят на две группы:

• способы очистки, в основу которых положен процесс отделения твердых частиц пропусканием загрязненной жидкости через пористую среду (фильтры)
• способы очистки в силовых полях (силовые очистители)

По способу удержания загрязняющих примесей различают фильтры поверхностные и объемные. В поверхностных фильтрах частицы загрязнителя удерживаются на поверхности фильтрующего элемента, в качестве которого используются различные сетки, ткани, бумаги. Эти фильтры удерживают только те частицы, размеры которых больше размеров поровых каналов материала фильтроэлемента. Объемные фильтры удерживают частицы загрязнителя не только на поверхности, но и в толще фильтрующего материала — фетра, войлока, металлокерамики, картона, пластмассы и т. д. Эти фильтрующие материалы имеют множество поровых каналов различных размеров, поэтому могут удерживать частицы загрязнителя широкого дисперсного состава.

В зависимости от типа силового поля силовые очистители делятся на магнитные, электрогидравлические, отстойники, центробежные и вибрационные.

В магнитных очистителях используется поле постоянного магнита. Удаляются частицы загрязнителя из ферромагнитных материалов.

В электрогидравлических очистителях жидкость фильтруется за счет создания электрического поля — электростатического или высокочастотного. В электростатическом очистителе твердые частицы загрязнителя, имеющие электрический заряд, притягиваются к помещенным в очищаемую диэлектрическую жидкость электродам с зарядом противоположного знака. Заряжаются частицы электризацией трением о диэлектрическую жидкость при движении в ней.

Высокочастотные электрогидравлические очистители используются для очистки нефтепродуктов от воды и солей с помощью коагуляции загрязняющих примесей в поле электрического тока высокой частоты.

Фильтры-отстойники применяют для очистки маловязких жидкостей. В отстойниках механические примеси, взвешенные в жидкости, осаждаются под действием сил гравитационного поля. Так как скорость перемещения частиц загрязнителя под действием сил притяжения мала, то время пребывания очищаемой жидкости в отстойнике тем больше, чем выше вязкость жидкости.

В центробежных очистителях твердые частицы загрязнителя выделяются из жидкости под действием центробежных сил. В зависимости от характера привода центробежные очистители делят на центрифуги с реактивным приводом по принципу сегнерова колеса (низкооборотные центрифуги с n = 5000… 10ООО об/мин), центробежные очистители с активным приводом (высокооборотные центрифуги с n = 10 ООО…20 ООО об/мин) и ультрацентрифуги (с n > 20 000 об/мин).

Принцип работы вибрационных очистителей основан на коагуляции твердых частиц в поле колебаний и осаждении агломерата из потока очищаемой жидкости. Колебательное поле может быть создано с помощью излучателей ультразвука. Коагуляция обусловлена большой скоростью столкновения частиц загрязнителя при прохождении жидкости через колебательное поле. Для эффективной очистки необходимо, чтобы время пребывания очищаемой жидкости в поле было больше времени осаждения укрупненных частиц.

В зависимости от минимального размера d частиц загрязнителя, улавливаемых фильтрующим элементом, различают фильтры грубой (d > 0,1 мм), нормальной (d > 0,01 мм), тонкой (d > 0,005 мм) и особо тонкой (d > 0,001 мм) очистки. Тонкость очистки обусловлена типом материала фильтрующего элемента. Например, для фильтров грубой очистки фильтрующий элемент изготовляют из проволоки; для фильтров нормальной очистки — из войлока и фетра; для фильтров тонкой очистки — из материалов, полученных на основе металлокерамических сплавов.

Применяют две схемы установки фильтров — последовательную и параллельную. При последовательной схеме включения фильтра в гидросистему фильтруется вся жидкость, проходящая по трубопроводам, при параллельной схеме через фильтр проходит только чгсть жидкости, остальная жидкость остается неочищенной. Последовательная схема требует использования фильтров больших размеров, что повышает стоимость и массу установки.

Устанавливать фильтр можно, в принципе, во всасывающей линии, в напорной или сливной. Установка фильтра во всасывающей линии наилучшим образом защищает насос от примесей, загрязняющих маало гидросистемы. Однако при этом увеличивается сопротивление всасывающей линии, растет опасность возникновения кавитации на рходе в насос. В связи с этим на всасывающей линии рационально устанавливать фильтры грубой очистки.

Установка фильтра в напорной линии (обычно перед распределителем) предохраняет от загрязнений распределительные устройства, удерживает загрязняющие частицы, появившиеся в жидкости как продукты износа насоса и других агрегатов гидросистемы. Однако фильтр находится под давлением и должен быть повышенной прочности и больших размеров.

Установка фильтра в сливном трубопроводе (кроме трубопровода за предохранительным клапаном) позволяет очищать масло гидросистемы от всех загрязняющих частиц. В этом случае фильтр- работает под воздействием небольших давлений и не влияет на сопротивление всасывающей линии. При таком способе установки фильтра рационально иметь также специальный фильтр перед распределительными и регулирующими устройствами.

Для предохранения фильтроэлемента от больших перепадов давлений в случае его засорения во многих конструкциях фильтров предусматривают предохранительные клапаны, пропускающие жидкость через фильтр, минуя фильтроэлемент.

Наиболее распространенные фильтры грубой очистки — сетчатые и пластинчатые.

Основные элементы поверхностного фильтра — головка, стакан, бумажный фильтроэлемент. В верхней части головки находится предохранительный клапан со своей пружиной. Ход клапана ограничивается упором.

Толщина фильтрующего материала поверхностных фильтров невелика. В качестве материала применяют ткани и фильтрующую бумагу. Для жесткости фильтроэлемента используют металлические каркасы в виде проволочной сетки, а для увеличения эффективной поверхности фильтрования бумагу или ткань делают гофрированной. К торцам каркаса могут быть приклеены фланцы из пластмассы, внутрь каркаса устанавливают каркасную пружину.

Имеются также комбинированные фильтры, состоящие из поверхностного фильтра тонкой очистки и фильтра грубой очистки. Последний очищает жидкость тогда, когда фильтр тонкой очистки засорен. Загрязненная жидкость проходит в этом случае через предохранительный клапан и фильтр грубой очистки.

Объемные фильтры по конструктивному исполнению ничем не отличаются от поверхностных. Особое место среди объемных занимают металлокерамические фильтры. В зависимости от свойств фильтруемой жидкости и требуемой тонкости очистки для изготовления металлокерамических фильтроэлементов используют порошки бронзы, углеродистой стали, титана, вольфрама и т. д. Порошок берут обычно в виде зерен шарообразной формы. Если предположить, что зерна одинаковы и имеют диаметр D, то размер d частиц загрязнителя, удерживаемых фильтром, в первом приближении находят с помощью отношения d = 0,1D. Так как величина d определяет тонкость фильтрации, то для изготовления фильтроэлемента с заданной тонкостью необходимо иметь исходный порошок однородного гранулометрического состава. Поэтому, изготовляя фильтроэлемент, прессуют пэрошок в пресс-формах под давлением р = 50…400 МПа, спекая его в дальнейшем в нагревательной печи или пропуская через него электрический ток.

Жидкость в металлокерамических фильтрах очищается, протекая по узким, извилистым и длинным каналам между шариками. Трудность изготовления металлокерамических фильтров заключается в обеспечении одинакового размера пор между спекаемыми шариками.

Для улавливания механических загрязняющих частиц служат магнитные или магнитно-сетчатые фильтры. К крышке магнитно-сетчатого фильтра прикрепляют два стакана. В одном из них находится фильтрующий пакет из сетчатых дисков, в другом — магнитный фильтрующий элемент. Сетчатый фильтрующий пакет состоит из трубки, на которой укреплены сетчатые фильтроэлементы. Последние имеют чечевицеобразную форму и изготовляются из штампованных перфорированных дисков с сеткой, натянутой на выпуклой стороне и завальцованной по периметру диска. При завинчивании трубки в крышку диски прижимают друг к другу так, чтобы исключалась течь масла по поверхностям прижима. Магнитный уловитель — это набор зубчатых плоских магнитов, насаженных на ось. Один конец оси вворачивают в крышку, на другом конце находится гайка, с помощью которой пакет сжимают. Между магнитами прокладывают разделительные шайбы.

Загрязненное масло поступает в стакан с сетчатым фильтром. Проходя через сетки, масло очищается от механических примесей, затем через пазы в трубке проходит по каналам в крышке в стакан с магнитным уловителем. Омывая постоянные магниты, масло очищается от ферромагнитных частиц и через выходное отверстие поступает в систему.

Классификация фильтров

Классификация фильтров

Классификафия фильтров через пористые перегородки рассматривается как сочетание механизмов инерционного столкновения, перехвата и диффузии. На эффективность процесса фильтрации оказывают влияние гравитационные, тепловые и электрические силы. Мелкие волокна по сравнению с крупными обеспечивают более высокую эффективность процесса, так как они характеризуются более высокими параметрами инерционного столкновения и перехвата, а также большей общей площадью поверхности на единицу объема, что создает благоприятные условия для диффузии. При плотной набивке волокон эффективность улавливания повышается за счет благоприятных интерференционных воздействий волокон. Однако очень плотная набивка приводит к резкому повышению газодинамического сопротивления.

Классификация фильтров, особенно для частиц пыли размером до 1 мкм, в значительной степени зависит от их электрической заряжеиности: наличие разноименных зарядов на частицах или волокнах повышает эффективность фильтрации. И, наоборот, если заряды частиц пыли и волокон однозначны и сила, возникающая в результате отталкивания, превышает поляризационные силы притяжения, эффективность процесса фильтрации снижается.

Предварительная зарядка частиц и наложение электрического поля изменяют структуру формирующегося на ткани пылевого слоя, который имеет шероховатую поверхность, становится более рыхлым, частицы образуют разветвленные цепи, так называемые дендриты. Такой слой оказывает меньшее сопротивление проходящему газопылевому потоку и в большинстве случаев повышает степень очистки.

Однако при повышенном влагосодержании (до 70 %) и высоких скоростях газопылерого потока (до 6 м/мин) этот эффект проявляется слабее. Осажденные в объеме фильтрующего материала или накопленные на его поверхности частицы служат для вновь поступающих частиц составным элементом фильтрующей среды, повышающим степень очистки.

Однако по мере накопления частиц газопроницаемость фильтрующего материала уменьшается, поэтому периодически требуется регенерация материала или его замена. При улавливании жидких частиц накапливающаяся жидкость удаляется из пористой перегородки самопроизвольно.

Применяемые в современных аппаратах фильтрующие пористые перегородки по своей структуре весьма разнообразны, но в большинстве своем они состоят из волокнистых или зернистых элементов, которые условно могут составить следующая современная классификация фильтров.

Гибкие пористые перегородки, тканевые материалы из природных, синтетических и минералпных волокон; нетканые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

Полужесткие пористые перегородки: слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними.

Жесткие пористые перегородки: зернистые материалы – пористая керамика и пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов (металлокерамика), пористые стекла, углеграфитовые материалы и др.: волокнистые материалы сформированные слои из стеклянных и металлических волокон; металлические сетки и перфорированные листы.

Зернистые слои: неподвижные, свободно насыпанные материалы периодически или непрерывно перемещающиеся материалы.

В зависимости от назначения и допустимой пылевой нагрузки современная классификация фильтров условно разделяется на воздушные, промышленные фильтры.

Воздушные фильтры предназначены для обеспыливания атмосферного воздуха в системах приточной вентиляции; кондиционирования воздушного отопления производственных, служебных и общественных зданий; подачи воздуха на технологические нужды; воздушного охлаждения газотурбинных установок, подстанций агрегатов питания электрофильтров. По эффективности воздушные фильтры делятся на три класса (табл. 3.1).

Таблица 3.1. Современная классификация фильтров.

Промышленчые (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) фильтры применяются для очистки промышленных газов в основном с высокой концентрацией дисперсной фазы (до 60 г/мэ). Для периодического ила непрерывного удаления накапливающейся в фильтрующей перегородке пыли фильтры этого класса имеют устройства для регенерации, позволяющие поддерживать производительность на заданном уровне и возвращать ценные продукты в производство фильтры этого класса нередко являются составной частью технологического оборудования.