1

Aparatura chemiczna

i procesowa

Piotr Sroka
Radosław Stanisz
Marcin Wnęk

2

FILTRY DO

FILTRY DO

ZAWIESIN

ZAWIESIN

3

PODZIAŁ ZAWIESIN

PODZIAŁ ZAWIESIN



Zawiesina - mieszanina ciało

stałe-ciecz, w której cząstki fazy

rozproszonej mają średnicę

powyżej 0,1 µm

Grube >100 µm

Drobne 0,5-100 µm

Bardzo drobne 0,1-0,5 µm

Koloidalne 0,1 µm

4

PODZIAŁ APARATÓW

PODZIAŁ APARATÓW



sposób rozdziału

pod działaniem siły ciężkości - odstojniki

zatrzymanie cząstek ciała stałego na przegrodzie porowatej -

filtry

pod działaniem siły odśrodkowej – wirówki hydrocyklony

5

CO TO JEST FILTR?

CO TO JEST FILTR?



Filtr - aparat, w którym na przegrodzie porowatej (filtracyjnej) odbywa się

rozdział zawiesiny na:



osad ciała stałego
zatrzymywany na przegrodzie

osad ciała stałego
placek



ciecz przepływająca porami

przegrody

filtrat
ciecz klarowna
przesącz

6

PODZIAŁ FILTRÓW

PODZIAŁ FILTRÓW



charakter pracy



ciśnienie



rodzaj przegrody filtrującej

- o działaniu ciągłym, o działaniu okresowym

- ciśnieniowe i próżniowe

- z przegrodą ziarnistą, z przegrodą tkaninową,
z przegrodą ceramiczną,

7

FILTR Z PRZEGRODĄ

FILTR Z PRZEGRODĄ

ZIARNISTĄ

ZIARNISTĄ

Rys.1. Filtr ciśnieniowy, o działaniu

okresowym, z przegrodą ziarnistą. 1
- aparat cylindryczny, 2 – dno
rusztowe, 3 –warstwa materiału
ziarnistego, 4 – dopływ zawiesiny, 5
– odpływ filtratu, 6 – odpływ
zawiesiny w okresie przemycia,
7 – króciec odpowietrzający

8

FILTR Z PRZEGRODĄ

FILTR Z PRZEGRODĄ

TKANINOWĄ

TKANINOWĄ

Rys.2.

Filtr próżniowy, o działaniu

okresowym, z przegrodą tkani-
nową tzw. nucza filtracyjna.
1 – naczynie cylindryczne lub
prostokątne, 2 – przegroda
dziurkowana, 3 – tkanina filtra-
cyjna, 4 – dno pełne, 5 – zawia-
sy, 6 – śruby, 7 – elastyczny
przewód próżniowy, 8 – zbiornik
filtratu,

9

-

poziomowskaz,

10 – przewód próżniowy do
pompy próżniowej, 11 - pompa

9

FILTR Z PRZEGRODĄ

FILTR Z PRZEGRODĄ

TKANINOWĄ

TKANINOWĄ

Zalety



prosta budowa

Wady



mała powierzchnia filtracyjna



okresowość pracy



uciążliwa obsługa

10

PRASA FILTRACYJNA

PRASA FILTRACYJNA

RAMOWA

RAMOWA

Rys.3.

Prasa filtracyjna ramowa. 1 – płyta, 1a – płyta skrajna nieruchoma,

1b – płyta skrajna ruchoma, 2 – ramy, 3 – dźwigary, 4 – stojaki,
5 – urządzenie dociskowe śrubowe, 6 – króciec dopływowy zawiesiny

11

PRASA FILTRACYJNA

PRASA FILTRACYJNA

RAMOWA

RAMOWA

12

PRASA FILTRACYJNA

PRASA FILTRACYJNA

RAMOWA

RAMOWA

Zalety



prosta obsługa



prosta konstrukcja



możliwość filtracji zawiesin
w szerokim zakresie stężeń

13

PRASA FILTRACYJNA

PRASA FILTRACYJNA

RAMOWA

RAMOWA

Wady



szybkie zużycie tkanin filtracyjnych



okresowość pracy



uciążliwa obsługa



trudność w uzyskaniu szczelności



długi czas konieczny na usunięcie osadu

14

PODZIAŁ

PODZIAŁ

Filtry z przegrodą tkaninową

o działaniu ciągłym



bębnowe – próżniowe i ciśnieniowe



tarczowe



taśmowe



talerzowe



wibracyjne

15

FILTR BĘBNOWY

FILTR BĘBNOWY

CIŚNIENIOWY

CIŚNIENIOWY

Rys.4.

Filtr bębnowy ciśnieniowy. Przekrój podłużny i poprzeczny. 1 – bęben, 2 – obudowa,

3 – głowica ruchoma, 4 – głowica nieruchoma, 5 – króciec odpływowy, 6 – króciec

dopływowy, 7 – króciec sprężonego powietrza, 8 – króciec przelewowy,

9 – przegroda filtracyjna, 10 – wałek, 11 – przenośnik ślimakowy

16

FILTR BĘBNOWY

FILTR BĘBNOWY

CIŚNIENIOWY

CIŚNIENIOWY

Zalety



bardziej złożona budowa



wady



duża wydajność

17

FILTR TARCZOWY

FILTR TARCZOWY

PRÓŻNIOWY

PRÓŻNIOWY

Rys.5.

Filtr tarczowy próżniowy. Przekrój podłużny i poprzeczny. 1 – tarcze, 2 – wał,

3 – głowica nieruchoma, 4 – króciec sprężonego powietrza, 5 – króciec układu
próżniowego, 6 – wanna, 7 – króciec dopływowy zawiesiny, 8 – przewód
przelewowy, 9 – koło zębate, 10 – pręty z nakrętkami, 11 – skrobak

18

FILTR TARCZOWY

FILTR TARCZOWY

PRÓŻNIOWY

PRÓŻNIOWY



średnica tarcz



odległość między tarczami

do 5 m



liczba tarcz

2 - 8

400 mm



częstotliwość obrotów

8*10

-4

– 5*10

-2

s

-1

19

FILTR TARCZOWY

FILTR TARCZOWY

PRÓŻNIOWY

PRÓŻNIOWY



zalety



brak przemywania osadu



wady



znacznie większa powierzchnia filtrująca
przypadająca na jednostkę objętości gabarytowej



około dwukrotnie niższe koszty inwestycyjne w
przeliczeniu na jednostkę powierzchni filtrującej

20

FILTR ŚWIECOWY

FILTR ŚWIECOWY

Rys.6.

Filtr z ceramiczną przegrodą

filtracyjną o działaniu okreso-
wym. 1 - naczynie cylindryczne,

2 – świece, 3 – dno sitowe,
4,5 – kroćce (dopływowy i

odpływowy)

21

FILTR ŚWIECOWY

FILTR ŚWIECOWY



powierzchnia filtrująca



ciśnienie

do 50 m

2



liczba świec

do 60

0,9 MPa

22

DOBÓR FILTRU

DOBÓR FILTRU



stężenie zawiesiny



duże

okresowe



małe

ciągłe

23

Wirówki

Wirówki

24

Wirówki są to urządzenia

wykorzystujące siłę odśrodkową do

oddzielania ciał stałych od cieczy,

względnie do rozdzielania mieszanin

cieczy o różnych ciężarach właściwych

takich jak emulsje, bądź zawiesiny.

25

Podział wirówek

Podział wirówek



W zależności od sposobu rozdzielania

zawiesin:



sedymentacyjne



filtracyjne



W zależności od charakteru pracy:



o działaniu okresowym



o działaniu półciągłym



o działaniu ciągłym

26

Podział wirówek

Podział wirówek



W zależności od współczynnika rozdziału

tzw. liczby Froude’a na:



wirówki zwykłe Fr =500-4000



wirówki szybkobieżne Fr =6000-50000



W zależności od sposobu usuwania osadu:



z ręcznym usuwaniem osadu



z mechanicznym usuwaniem osadu za pomocą

skrobaka, łyżki bądź transportera ślimakowego

(wsp. rozdziału: stosunek siły odśrodkowej do siły ciężkości działającej na cząstkę wewnątrz bębna)

27

Podział wirówek

Podział wirówek



W zależności od położenia osi bębna:



Poziome



pionowe

28

Sedymentacja a filtracja

Sedymentacja a filtracja

29

Wirówkę sedymentacyjną stanowi pełny, nie perforowany

bęben, do którego jest podawana zawiesina w sposób okresowy, jako

porcja objętości lub strumień zawiesiny.

W wyniku wirowania bębna następuje rozdział mieszaniny i ciecz

klarowna odpływa z wirówki rurą ssącą lub przez próg przelewowy.

Cząstki ciała stałego osiadają na ścianie bębna i są usuwane

okresowo lub w sposób ciągły, zależnie od rodzaju wirówki.

Sprawność rozdziału zależy od zawartości w mieszaninie cząstek

najmniejszych rozmiarów.

Wirówki sedymentacyjne

Wirówki sedymentacyjne

30

Wirówki sedymentacyjne dzielimy na :

Wirówki sedymentacyjne dzielimy na :



bębnowe ze ślimakowym

wyładowaniem osadu



wielokomorowe



talerzowe



bębnowe



rurowe

31

Wirówka sedymentacyjna bębnowa ze

Wirówka sedymentacyjna bębnowa ze

ślimakowym wyładowaniem osadu

ślimakowym wyładowaniem osadu

1. Bęben cylindryczno-stożkowy
2. Zwoje ślimaka
3. Materiał wprowadzany
4. Pusty wał z dystrybutorem
5. Przestrzeń w bębnie
6. Osadzony materiał
7. Poziom cieczy
8. Strefa schnięcia
9. Oczyszczona ciecz
10.Progi do dostosowania

Wirówki są stosowane przy :
•odwadnianiu stężonych

zawiesin
•odzysku kryształów i

polimerów
•rozdzielaniu szlamów

przemysłowych

i komunalnych

32

Charakterystyka

Charakterystyka



obroty poziomego bębna wirówki wynoszą 1600-6000

obr/min.



ślimak obraca się w tym samym kierunku co bęben, z

szybkością mniejszą bądź większą tak, że różnica

szybkości między nimi wynosi 5-100 obr/min



średnica wydzielanych cząstek jest > 2 μm



wilgotność otrzymanego osadu wynosi 5-10%

Zalety



duża pojemność



może traktować materiał o większym stężeniu zawiesiny



ciągłe usuwanie odseparowanego osadu



odseparowany osad o dużym stopniu suchości

33

Wirówka sedymentacyjna

Wirówka sedymentacyjna

wielokomorowa

wielokomorowa

1-kolektor
surówki
2-bębny
pionowe
(komory)

•wirówki stosowane do klarowania piwa,
wina, soków,

•oczyszczania olejów i lakierów

34

Charakterystyka

Charakterystyka



bęben pionowy podzielony na koncentryczne komory



surówka przepływa stopniowo przez komory z coraz

większym przyspieszeniem



duże przyspieszenie odśrodkowe i znaczny czas

przebywania zapewniają dużą sprawność rozdziału,

również w odniesieniu do cząstek mikronowych



bęben o średnicy 300-600 mm wiruje z prędkością

4500-8500 obr/min

Wady



ze względu na trudności z usuwaniem osadu, jego

stężenie

w surówce nie przekracza 4-5% obj

35

Wirówka sedymentacyjna talerzowa

Wirówka sedymentacyjna talerzowa

1-wał pusty
2-talerze

• najczęściej
stosowane do rozdzielania
emulsji.

36

Charakterystyka

Charakterystyka

•surówka jest podawana osiowo, od góry przez wydrążony wał

•nachylenie talerzy wynosi 35-50°

•bęben wiruje z prędkością do 12 tyś. obr/min, zależnie od

średnicy wynoszącej 0,15-1,0 m

37

Wirówka sedymentacyjna rurowa

Wirówka sedymentacyjna rurowa

1- bęben wirówki
2- obudowa
3- przewód dopływowy
4- otwór
5- króciec odpływowy

•Służą do rozdzielania zawiesin i
emulsji trudnych do rozdzielenia
o bardzo małym stężeniu (poniżej 1%)
drobnych cząstek ciała stałego

38

Charakterystyka

Charakterystyka



są zasilane zawiesiną od dołu, a przepływ przez

wirówkę jest osiowy



duże prędkości obrotowe, mała powierzchnia

osadzania



wirówki rurowe, do których zalicza się również

ultrawirówki, pracują zwykle okresowo i w

niewielkim stopniu jako ciągłe



głównie do klarowania cieczy, gdy stężenia cząstek
stałych są małe

< 1%

39

Wirówka sedymentacyjna bębnowa

Wirówka sedymentacyjna bębnowa

1- bęben wirówki

2-obudowa

3-wał

4-przewód dopływowy

5-przewód odpływowy cieczy

klarownej

40

Charakterystyka

Charakterystyka



mniejsza sprawność rozdziału



pracuje w pozycji pionowej z prędkościami 450-3500 obr/min



podczas wirowania bębna cząstki ciała stałego zbierają się na

jego powierzchni bocznej, a ciecz klarowna w sposób ciągły jest

odsysana przewodem rurowym



sposób wyładowania ciała stałego zależy od jego właściwości:

-

osady miękkie i plastyczne są zbierane zgarniakiem nożowym

podczas

prędkości nominalnej bębna

-

osady twarde i włókniste — podczas prędkości zmniejszonej

41

Wirówki filtracyjne posiadają bębny, których ściany boczne są

wykonane z blachy perforowanej i od wewnątrz pokryte tkaniną filtracyjną.

W wyniku wirowania cząstki ciała stałego z zawiesiny gromadzą

się na tkaninie, ciecz natomiast przepływa porami gromadzącej się
warstwy osadu

i tkaniny i jest odprowadzana na zewnątrz.

Wirówki filtracyjne są stosowane do rozdzielania zawiesin tworzących dobrze

przepuszczalne osady dlatego też istotnymi wielkościami decydującymi o
ich zastosowaniu są:

- przepuszczalność placka filtracyjnego

-stężenie zawiesiny

-rozmiary cząstek

Wirówki filtracyjne

Wirówki filtracyjne

42

Wirówki filtracyjne dzielimy

Wirówki filtracyjne dzielimy

na :

na :

- okresowe

- o ciągłym działaniu:

- z pulsującym tłokiem

- ślimakowe

- wibracyjne

43

Wirówka filtracyjna okresowa

Wirówka filtracyjna okresowa

1-obudowa
2-bęben
3-wał napędowy

44

Charakterystyka

Charakterystyka



posiada bęben osadzony na pionowym wale

napędzanym od góry lub dołu, umieszczony w

obudowie zakrytej od góry pokrywą



określona objętość zawiesiny jest wlewana do bębna

ręcznie lub przewodem zasilającym



w trakcie wirowania filtrat odpływa kanałem dolnym

obudowy



w odwirowaniu osad może być przemywany



po zatrzymaniu wirówki osad zebrany na ścianie

bocznej worka filtracyjnego zgarnia się ręcznie

45

Wirówki filtrujące

Wirówki filtrujące

tłokowe

tłokowe

1-talerz stożkowy
2-tłok zgarniający, pulsujący

46

Charakterystyka

Charakterystyka



jest zasilana zawiesiną podawaną na wirujący

wraz z tłokiem talerz stożkowy skąd jest

odrzucana na ścianę bębna i równomiernie

rozprowadzana po jego powierzchni



ciecz pod działaniem siły odśrodkowej

przepływa przez gromadzący się osad, tkaninę i

perforację bębna i odpływa z obudowy wirówki



osad jest usuwany tłokiem, który wykonuje ruch

posuwisto-zwrotny i jednocześnie obraca się z

tą samą prędkością co i bęben

47

Wirówka filtracyjna o działaniu ciągłym

Wirówka filtracyjna o działaniu ciągłym

(na przykładzie wirówki ślimakowej)

(na przykładzie wirówki ślimakowej)

1- perforowany bęben
2- przegroda filtracyjna
3- stożek rozdzielający
4- ślimak

48



są zasilane ciągłym strumieniem

zawiesiny



również w sposób ciągły jest

odbierany filtrat i osad z

wirującego bębna

Charakterystyka

Charakterystyka

49

Wirówka filtracyjna wibracyjna

Wirówka filtracyjna wibracyjna

1-obudowa
2-bęben
3-koło napędowe
4-wibrator

50

Charakterystyka

Charakterystyka



Do rozdzielania zawiesin zawierających cząstki o dużych rozmiarach.



Bęben wirówki ma kształt stożka rozszerzającego się ku górze wykonuje

on ruch obrotowy i dodatkowy ruch drgający w pionie, zwykle wywołany

mechanizmem mimośrodowym



Surówka jest podawana na górę stożka wewnętrznego, skąd spływa do

dolnej części bębna i przepływa po jego powierzchni do góry, podlegając

jednocześnie filtracji.



Szybkie drgania bębna wprowadzają tworzącą się warstwę osadu w stan

pseudoplastyczny, w którym zmniejsza się tarcie pomiędzy ziarnami

i powierzchnią drgającą bębna, co ułatwia filtrację i jednocześnie, dzięki

rozwarciu stożka, osad przesuwa się do góry, skąd opada do szczeliny

pierścieniowej pomiędzy bębnem i obudową.

51

Dobór
wirówek

Dobór i stosowanie wirówek wynika z wymogów technologicznych,
ekonomiki
procesu lub ochrony środowiska, gdy m. in. są wymagane:

— ciągłość rozdziału i automatyzacja procesu, wysoki stopień

rozdziału cząstek

o małych rozmiarach, niezależny od warstwy zebranego osadu,

— duża szybkość rozdzielania cieczy o małej objętości zawiesiny,

— montaż na bardzo ograniczonej przestrzeni,

— rozdzielanie mieszanin niebezpiecznych dla środowiska.