Нефть. От первых скважин до новой эпохи - Глеб Олегович Трухин

продуктов от газов, отходящих от технологических установок распыливающего типа и печей кипящего слоя. Перепад давления в аппарате заставляет жидкость двигаться через пористые перегородки и слой осадка. Именно эта разность давлений служит движущей силой фильтрования.

Эффективность разделения и производительность фильтра зависят от свойств обрабатываемой суспензии, типа фильтра, его оснащенности и режима работы. В связи с этим оптимальные условия процесса определяются на основе экспериментального изучения особенностей фильтрования конкретной суспензии на лабораторных или пилотных установках.

Существуют различные типы перегородок: насыпные, набивные, плетеные. Насыпные перегородки (из мелкозернистого песка и средне- и крупнозернистого гравия) используют для разделения суспензий с небольшим количеством осадка. Для более кислых сред используют набивные перегородки, состоящие из волокон различных материалов. Для достижения высокой степени очистки используют специальные плетеные перегородки, которые представляют собой сетки из тонкой проволоки, выполненные из цветных металлов и сплавов; отличаются пониженной задерживающей способностью и поэтому в начале фильтрования пропускают в фильтрат мелкие частицы.

Чтобы оценить работу фильтра, смотрят на три основных показателя: скорость фильтрования, сопротивление и степень фильтрации. Начнем с самого важного – степени фильтрации. Она показывает, насколько эффективно фильтр улавливает примеси из жидкости или газа. Проще говоря, это размер самых мелких частиц, которые фильтр еще способен задержать (измеряется в микронах). Перейдем к следующему параметру – скорости фильтрования. Здесь все просто: это объем жидкости или газа, проходящий через фильтр за единицу времени. Кстати, на практике часто используют и так называемую объемную скорость – тот же объем, но отнесенный к объему самого фильтра. Так удобнее сравнивать разные аппараты. И, наконец, сопротивление. В отличие от первых двух показателей, оно не остается постоянным. Вспомним, что при фильтровании на перегородке постепенно накапливается слой осадка. Чем он толще, тем труднее жидкости пробиваться сквозь него, а значит, сопротивление неуклонно растет.

Также стоит сказать о важном аспекте режима работы фильтров. Всего два варианта работы в промышленности получили распространение. Первый вариант – режим постоянной скорости потока, где осуществляется постоянная подача смеси, в результате чего происходит рост слоя осадка и увеличение сопротивления и перепада давления между входом и выходом из аппарата. Второй вариант противоположный – с постоянным перепадом давления, во время которого снижается скорость при росте слоя осадка. Таким образом, в первом режиме требуется увеличивать давление на входе для преодоления сопротивления, а во втором – ставить параллельный фильтр для удаления слоя накопившегося осадка.

Рисунок 8. Емкостный фильтр

Рисунок 9. Рамочный фильтр-пресс

Рассмотрим фильтры, применяемые на установках. Самый простой из них – емкостный. Такие фильтры используют при небольших объемах производства, и работают они периодически. Конструкция проста: внутри установлено ложное дно, служащее основанием для фильтровальной перегородки. Сверху в аппарат подают суспензию, снизу выходит фильтрат. Очистка фильтра – ручная или механизированная.

Еще один тип – фильтры с чередующимися рамами. Между ними помещают фильтрующий слой, а всю конструкцию стыкуют прижимными плитами с рифленой поверхностью. Они образуют каналы, по которым движется суспензия. Перемещаясь под давлением по одному из каналов, суспензия поступает в полости рам, где выделяется осадок. Пройдя фильтрующую ткань, фильтрат попадает в рифленые полости. Затем он выводится либо через общий канал (если индивидуальные отводы закрыты), либо отдельно из каждой плиты (если они открыты) – это позволяет контролировать качество фильтрата по каждой плите. Максимальная толщина осадка составляет половину толщины рамы; при этом осадок с обеих сторон рамы сольется и рамы полностью заполнятся осадком.

Рамные фильтр-прессы периодического действия имеют самый большой срок эксплуатации по сравнению с другим фильтрационным оборудованием. Они отличаются простотой и надежностью конструкции, компактностью, большой поверхностью фильтрования, приходящейся на единицу занимаемой площади, позволяют эффективно разделять труднофильтрующиеся суспензии, вести фильтрование в диапазоне температур, недоступном для фильтров других конструкций.

Рисунок 10. Листовой фильтр в открытом состоянии

Рисунок 11. Барабанный фильтр

Также существуют листовые и барабанные фильтры. В листовых фильтрах фильтрование идет снаружи вовнутрь, фильтрат собирается и выводится между листами, а осадок скапливается на самих листах. Фильтры классифицируют по двум ключевым признакам: расположению корпуса (горизонтальные или вертикальные) и способу выгрузки осадка («мокрому» или «сухому»).

При «мокрой» выгрузке осадок смывают с фильтровальных листов струей жидкости. Для этого используют специальную трубу с насадками, которая может быть вращающейся или неподвижной и располагается горизонтально – либо в верхней части аппарата над листами, либо в середине корпуса.

«Сухая» выгрузка осуществляется за счет вибрации, которая отделяет осадок от поверхности листов.

Рабочая поверхность барабанного фильтра представляет собой медленно вращающийся горизонтальный барабан. Его боковая поверхность обтянута металлической сеткой и фильтровальной тканью, которые закреплены проволокой, намотанной по спирали. Изнутри по образующим фильтрующая поверхность разделена продольными перегородками на отдельные секции. Каждая из секций соединена отводными трубками с вращающимся диском, число отверстий в котором равно числу секций барабана. К нему прижата пружинами неподвижная распределительная головка, разделенная на три камеры, соответствующие основным стадиям процесса: фильтрации, промывке, продувке. Каждая камера имеет штуцер и через кольцевую прорезь в сменном диске распределительной головки сообщается с соответствующим участком фильтрующей поверхности. Нижняя часть барабана погружена в суспензию, которая подается в корыто. Угол, соответствующий погруженной в суспензию фильтрующей поверхности, составляет 120–150°. Над барабаном установлен коллектор для подачи промывной жидкости. Сбоку размещен нож для срезания осадка и шнек для удаления осадка из фильтра. Барабанные вакуум-фильтры выпускаются в двух вариантах – левом и правом. Их различие определяется положением шнека и направлением вращения барабана, если смотреть на аппарат со стороны привода. В левом исполнении шнек находится слева, а барабан вращается против часовой стрелки. А в правом шнек расположен справа, а вращение барабана происходит по часовой стрелке.

Кроме стандартной фильтрации существует метод центробежного фильтрования и осаждения, который задействует центробежные силы для разделения неоднородных смесей. В процессе разделения центробежную силу создают двумя способами: вращением сосуда с неоднородной смесью или вращением самого разделяемого потока, который с большой скоростью подается в неподвижный аппарат специальной формы. Аппараты с вращающимся ротором называются центрифугами (для жидкостей) и жидкостными центробежными сепараторами. Неподвижные аппараты, в которых вращается поток, носят название циклонов (для газов) и гидроциклонов (для жидкостей).

При использовании метода центробежного фильтрования разделяемую суспензию подают во вращающийся ротор, в результате чего образуется кольцевой жидкостный слой. По мере подачи новой суспензии и вращения ротора на его стенках образуется осадок, а фильтрат, переливаясь через перегородку (или закраину), выводится из аппарата.

В роторах центрифуг осуществляется фильтрование суспензий за