Separación sólido-líquido

El objetivo de la separación sólido-líquido es recuperar sustancias útiles en la suspensión, que pueden ser de una o dos fases en la suspensión. Los principales métodos operativos utilizados para lograr el propósito de la separación sólido-líquido son la sedimentación por gravedad, la separación centrífuga y la filtración.

1. Método de sedimentación por gravedad

La densidad de las partículas sólidas en la suspensión es mayor que la de la fase líquida. Experimenta un movimiento relativo bajo la acción de la gravedad para lograr dos. separación de fases.

2. Filtración

La filtración utiliza un determinado material poroso como medio. Bajo la acción de una fuerza externa, las partículas sólidas en la suspensión quedan atrapadas y la fase líquida fluye. Los poros del medio para lograr el método de separación de líquidos. La fuerza externa puede ser la gravedad, la fuerza centrífuga y la diferencia de presión aplicada mecánicamente en los lados aguas arriba y aguas abajo del material poroso. Los equipos de filtración comunes incluyen filtros de vacío, filtros prensa de placas y marcos, filtros centrífugos, etc.

Figura 5-1 Mecanismo de filtración en profundidad

Hay dos métodos principales de filtración: uno es la filtración en profundidad, y su mecanismo de filtración se muestra en la Figura 5-1. La característica es que las partículas sólidas se adhieren a los poros del medio filtrante. Es adecuado para suspensiones donde el tamaño de partícula de las partículas sólidas es menor que el diámetro de los poros del medio filtrante y el contenido de sólidos es inferior a 0,1. La otra es la filtración de torta de filtración, que utiliza telas, sólidos porosos o membranas porosas como medios filtrantes. Los poros de estos medios son generalmente más pequeños que las partículas. Durante la filtración, el fluido puede pasar a través de los poros pequeños del medio. De gran tamaño y no puede entrar en los poros pequeños, es retenido por el medio filtrante para formar una torta de filtración. Por lo tanto, la interceptación de partículas depende principalmente del cribado (consulte la Figura 5-2). Su característica es que las partículas sólidas se depositan en el lado aguas arriba del medio filtrante en forma de torta, y es adecuado para suspensiones con alto contenido de sólidos.

Figura 5-2 Proceso de filtración de torta de filtración

1. Medio filtrante

Medio textil: también llamado tela filtrante, que incluye algodón, lana, seda y lino. y otras fibras naturales y telas filtrantes tejidas y no tejidas hechas de diversas fibras sintéticas, así como mallas tejidas con materiales metálicos o no metálicos. Este tipo de medio filtrante es el más utilizado en la industria.

Medios granulares: que incluyen arena, carbón vegetal, asbesto, tierra de diatomeas, perlita y otros materiales granulares duros, utilizados principalmente para filtración de lecho profundo y coadyuvantes de filtración.

Medio sólido poroso: Es un material sólido con muchos microporos, como tubos y placas de cerámica porosa, plásticos porosos, alúmina porosa, metales porosos, etc. Adecuado para procesar suspensiones que contienen sólo una pequeña cantidad de partículas finas.

2. Método de operación de filtración

Filtración a presión constante: Se realiza bajo una diferencia de presión constante y es el método de operación de filtración más común. La filtración realizada en filtros continuos es filtración a presión constante; la filtración realizada en filtros intermitentes también es en su mayoría filtración a presión constante. Durante la filtración a presión constante, a medida que la torta de filtración continúa espesándose, la resistencia a la filtración aumenta gradualmente, pero como la diferencia de presión aplicada es constante, la tasa de filtración disminuye gradualmente.

Filtración a velocidad constante: Se refiere al modo de operación de filtración en el que la velocidad de filtración se mantiene constante. Por ejemplo, un filtro prensa de placa y marco tiene un cierto espacio interno. Cuando la suspensión llena el espacio interno, continúa alimentando a una velocidad constante para mantener constante el caudal de filtrado. Durante la filtración a velocidad constante, a medida que el espesor de la torta de filtración continúa aumentando, la resistencia a la filtración de la torta de filtración también aumenta. Para mantener la filtración a velocidad constante, la presión de filtración debe aumentarse continuamente para superar la resistencia a la filtración. Por tanto, es prácticamente imposible realizar una filtración a velocidad constante hasta el final.

Primero velocidad constante y luego filtración a presión constante: Es un método de operación de filtración que combina razonablemente filtración a presión constante y filtración a velocidad constante. Generalmente, la filtración a velocidad constante se realiza al comienzo de la filtración para evitar la turbidez del filtrado y la obstrucción de los poros del medio filtrante. Cuando se alcanza una cierta presión, se realiza una filtración a presión constante para aumentar el contenido sólido de la torta de filtración.

3. Pretratamiento de la suspensión

Durante el proceso de filtración, a menudo se encuentran fenómenos como baja tasa de filtración, torta de filtración en estado coloide o gel y turbidez del filtrado. Para evitar al máximo estas situaciones y mejorar la eficiencia de filtración del equipo, es necesario pretratar la suspensión. Existen dos métodos de pretratamiento: método químico y método físico.

(1) Método químico

Los métodos químicos se pueden dividir en tres tipos: coagulación, floculación y cambio de tensión superficial.

Coagulación: La adición de electrolitos inorgánicos, como alumbre, cal, iones de aluminio e iones de hierro, a la suspensión hace que las partículas se unan entre sí para formar partículas más grandes que son fáciles de filtrar y separar.

Floculación: La adición de floculante polimérico a la suspensión hace que las partículas se agreguen en partículas grandes o flóculos bajo la acción del floculante para facilitar la filtración y separación. Existen dos tipos de floculantes: naturales y sintéticos, como cola animal, almidón, amina de ácido poliacrílico, etc. Los floculantes de polímeros sintéticos comúnmente utilizados incluyen las tres categorías siguientes.

Tipo catiónico: poliamina, cloruro de poli2-hidroxipropil-N-metilamonio, poli2-hidroxipropil-l, amina del ácido poliacrílico, derivados de la reacción de Mannich, ácido metacrílico -N.

Tipo aniónico: poliacrilato de sodio, poliestireno carboxilato de sodio.

No iónico: amina del ácido poliacrílico, óxido de polietileno.

Cambio de tensión superficial: La adición de tensioactivo a la suspensión reduce la tensión superficial del líquido, reduciendo la humedad residual en la torta de filtración tras la separación y aumentando el contenido de sólidos.

(2) Métodos físicos

Incluyendo envejecimiento, cristalización, cambio de temperatura de la suspensión, reducción de la viscosidad de la suspensión y adición de auxiliares de filtración, etc.

4. Equipo de filtración común

(1) Filtro prensa de placa y marco

El filtro prensa de placa y marco se compone de muchas placas de filtro y marcos de filtro dispuestos alternativamente, el tablero y el marco están montados sobre un par de vigas con orejetas y pueden comprimirse y separarse mediante un dispositivo de compresión. La estructura y el principio de funcionamiento del filtro prensa de placa y marco se muestran en la Figura 5-3. La apariencia del filtro prensa automático de placa y marco se muestra en la Figura 5-4.

Figura 5-3 Principio de funcionamiento del filtro prensa de placa y marco

Figura 5-4 Aspecto del filtro prensa automático de placa y marco

Se fabrican tableros y marcos de múltiples Es cuadrado, con orificios de proceso abiertos en las esquinas de la placa y el marco. El número de orificios está relacionado con los requisitos del proceso, y varía de 2 a 4. Después de combinar y presionar la placa y el marco, se crea un canal para el. Se forma la circulación del filtrado, el líquido de lavado y la suspensión. Ambos lados del marco están cubiertos con tela filtrante, y el marco vacío y la tela filtrante forman un espacio para acomodar el líquido a filtrar y la torta de filtración. La placa filtrante tiene dos funciones: una es soportar la tela filtrante y la otra es proporcionar un canal de filtrado. Para ello, se realizan varios patrones cóncavos y convexos en la placa del filtro. Los convexos sostienen la tela filtrante y los cóncavos forman el canal de filtrado. Para los filtros prensa de placas y marcos que pueden lavar la torta de filtración, las placas de filtro se dividen en dos tipos: placas de lavado y placas sin lavado. Las estructuras y funciones de las dos placas de filtro son diferentes.

El funcionamiento del filtro prensa de placas y marco es muy importante. Durante la filtración, la presión de alimentación debe aumentarse gradual y lentamente para evitar que una presión excesiva cause que los poros en la superficie de la tela filtrante se bloqueen y la filtración no se desarrolle normalmente.

Los métodos de descarga de filtrado del filtro prensa de placa y marco se dividen en dos tipos: flujo abierto y corriente subterránea. Si el filtrado se descarga directamente desde el fondo de cada placa de filtro, se denomina flujo abierto. La ventaja del flujo abierto es que es fácil observar las condiciones de funcionamiento de cada placa filtrante. Si el filtrado no debe exponerse al aire, el filtrado descargado de cada placa debe recolectarse y descargarse a través de la tubería principal, que se denomina flujo inferior.

El filtro prensa de placa y marco tiene las características de estructura simple, fabricación conveniente, pocos equipos auxiliares, área de filtración unitaria grande, alta presión de filtración, gran adaptabilidad a diversas suspensiones, etc., y se usa ampliamente. Sin embargo, debido a que es una operación intermitente, la eficiencia de producción es baja, la intensidad de mano de obra es alta, la tela filtrante está muy desgastada y el efecto de lavado es deficiente.

Figura 5-5 Principio de funcionamiento de los filtros prensa de caja

Los filtros prensa de placa y marco tienen muchas especificaciones y el área de filtración puede variar desde unos pocos metros cuadrados hasta cientos de metros cuadrados.

(2) Filtro prensa de caja

El filtro prensa de caja es una versión mejorada del filtro prensa de placas y marco. Se llama filtro prensa de placas cóncavas en el exterior. y filtro prensa de marco. Las ventajas del filtro prensa de marco superan algunas de las desventajas del filtro prensa de placa y marco. Puede lavar la torta de filtración durante la filtración. La estructura y el principio de funcionamiento del filtro prensa de caja se muestran en la Figura 5-5.

(3) Filtro prensa de correa

El filtro prensa de correa es un filtro prensa continuo con estructura simple, fácil operación y excelente rendimiento. Su estructura se basa en el mecanismo de laminación continua de la máquina de papel; la aplicación de varios floculantes de electrolitos poliméricos proporciona las condiciones tecnológicas para el filtro prensa de cinta; el filtro de fibra de poliéster le proporciona una buena cinta filtrante; estos tres factores crearon las condiciones para su aparición; y aplicación de filtros prensa de correa.

En la actualidad, los filtros prensa de banda se utilizan ampliamente para filtrar diversos lodos, productos de preparación del carbón, residuos hidrometalúrgicos, materiales transportados por tuberías, etc. Pero rara vez se utiliza en productos de procesamiento de minerales.

El filtro prensa de cinta consta principalmente de una serie de rodillos con diferentes diámetros dispuestos en secuencia, dos cintas filtrantes envueltas alrededor de esta serie de rodillos, así como un dispositivo de alimentación y un dispositivo de limpieza de tela filtrante de alta calidad. -dispositivo de ajuste de desviación de velocidad, dispositivo tensor y otras piezas.

El trabajo del filtro prensa de banda incluye cuatro procesos básicos: floculación y alimentación, deshidratación por gravedad, deshidratación por compresión, descarga y limpieza de la banda filtrante. La estructura y el principio de funcionamiento del filtro prensa de correa se muestran en la Figura 5-6, y la estructura y el principio de funcionamiento del filtro de correa rodante opuesto se muestran en la Figura 5-7.

Figura 5-6 Principio de funcionamiento del filtro prensa de banda

Figura 5-7 Filtro de banda rodante opuesto

(4) Filtro de vacío de tambor giratorio

El filtro de vacío de tambor es un equipo de filtración que funciona continuamente. Ampliamente utilizado en los sectores de procesamiento de minerales y de la industria química. Es principalmente adecuado para la filtración de suspensiones con tamaños de partículas sólidas entre 0,01 y 1 mm. El cuerpo principal del equipo es un cilindro horizontal giratorio. La superficie del cilindro es una placa metálica perforada o una malla de alambre. La malla está cubierta con una tela filtrante y la suspensión está en contacto con el cilindro. La parte de contacto puede ser la superficie interior o la superficie exterior del cilindro. El contacto más común en la industria es el contacto de la superficie exterior. El principio de funcionamiento del filtro de vacío de tambor se muestra en la Figura 5-8.

Figura 5-8 Principio de funcionamiento del filtro de vacío de tambor

El interior del tambor está dividido en varias rejillas en forma de sectores a lo largo de la dirección radial, y cada rejilla tiene un canal de orificio separado que conduce al cabezal de distribución. Cuando el tambor gira, estos orificios se conectan al tubo de vacío y al aire comprimido en secuencia debido a la función del cabezal de distribución. Por lo tanto, durante la rotación del tambor, cada sector se puede filtrar, lavar, deshidratar, soltar y soplar. Pastel descargado en secuencia. Espere las operaciones. El cabezal de distribución está compuesto por un disco giratorio y un disco fijo que encajan estrechamente. El disco giratorio gira con el eje giratorio. Cada una de las cuatro ranuras en el lado del disco fijo está conectada a tuberías con diferentes funciones. La placa fija tiene tres ranuras, por lo que todo el tambor se puede dividir en tres zonas: zona de filtrado, zona de lavado y deshidratación, y zona de descarga y regeneración.

El filtro de vacío de tambor con superficie filtrante externa puede funcionar de forma continua y automática, y tiene una gran capacidad de producción. Es especialmente adecuado para suspensiones con gran capacidad de procesamiento y fácil filtración. Tiene muchos equipos auxiliares y altos costos de inversión. , y una pequeña área de filtración. La torta de filtración tiene un alto contenido de agua y un lavado insuficiente.

(5) Filtro dinámico

El filtro dinámico es un nuevo tipo de equipo de filtración producido con tecnología de filtración dinámica moderna. Se utiliza principalmente para resolver suspensiones que son difíciles de filtrar con la capa de torta. Problemas de filtración y lavado de alta eficiencia. Puede completar continuamente las operaciones de filtración, espesamiento, lavado, deshidratación y otras operaciones de filtración con un solo dispositivo en condiciones cerradas, de alta temperatura, alta presión y otras condiciones.

La filtración dinámica se desarrolla teóricamente basándose en la filtración tradicional por capas de revoque fijo, pero ambas tienen un mecanismo completamente diferente. Durante el proceso de filtración dinámica, la suspensión fluye paralela al medio a alta velocidad. Cuando el filtrado pasa a través del medio filtrante, las partículas sólidas no se depositan en el medio o solo se deposita una cantidad muy pequeña, lo que da como resultado un filtro extremadamente delgado. pastel. Por lo tanto, la resistencia a la filtración de la filtración dinámica está determinada principalmente por el medio filtrante. De esta manera, para suspensiones con partículas pequeñas y una torta de filtración comprimible, la filtración dinámica puede lograr efectos de separación rápidos y efectivos.

Figura 5-9 Filtro de paletas rotativas

El efecto de lavado del filtro dinámico también es particularmente excelente. Cuando el líquido de lavado ingresa al filtro, dado que los residuos del filtro fluyen a alta velocidad, el líquido de lavado y los residuos del filtro se pueden mezclar completamente, evitando cortocircuitos en el líquido de lavado y las zonas muertas de lavado, mejorando la eficiencia del lavado y ahorrando líquido de lavado. Los filtros dinámicos mejoran enormemente la eficiencia de la filtración al reducir la resistencia a la filtración. Bajo la misma área de filtración y condiciones operativas, la capacidad de producción del filtro dinámico se puede aumentar más de 6 veces que la del filtro de placa y marco, y puede filtrar continuamente y realizar una operación automatizada. Los filtros dinámicos comunes incluyen filtros prensa de paletas rotativas, de tubo en espiral y de placa plana. La estructura del filtro de hojas rotativas se muestra en la Figura 5-9. 3. Método de separación centrífuga

Es un proceso en el que la suspensión se basa en la acción de la fuerza centrífuga inercial para lograr la separación sólido-líquido.

Los equipos de separación centrífuga comunes incluyen separadores ciclónicos, centrífugas de sedimentación, etc. Se utiliza principalmente en procesos como deshidratación, concentración, separación, clarificación, purificación y clasificación de partículas sólidas.

El componente principal de la centrífuga es un tambor que gira rápidamente. El tambor está instalado en un eje vertical u horizontal. Cuando la lechada ingresa al tambor, gira con la rotación del tambor y se logra la separación bajo la acción de la fuerza centrífuga. La pared exterior del tambor se divide en dos tipos: porosa y no porosa; la superficie interior del tambor perforado está cubierta con tela filtrante. Cuando el tambor gira rápidamente, el filtrado pasa a través de la tela filtrante bajo la acción de la fuerza centrífuga. y se expulsa y las partículas son expulsadas por la tela filtrante. Esta operación se llama filtración centrífuga en un tambor no poroso, cuando el tambor gira rápidamente, la mezcla se estratifica según diferentes densidades bajo la acción de la fuerza centrífuga. Los más densos están más cerca de la pared exterior del tambor y los de menor densidad están más cerca del centro del tambor, esta operación se llama sedimentación centrífuga. La sedimentación centrífuga generalmente se divide en dos categorías según la suspensión que se procesa: una es la operación de sedimentación centrífuga en suspensión, llamada sedimentación centrífuga; la otra es la emulsión o suspensión que contiene trazas de partículas grupales. La operación de sedimentación centrífuga se llama separación centrífuga.

Hay muchas formas de clasificar las centrífugas. Por ejemplo, se pueden dividir en centrífugas de filtro, centrífugas decantadoras y centrífugas de separación según el modo de funcionamiento; se pueden dividir en centrífugas de funcionamiento intermitente y de funcionamiento continuo; el proceso de operación. Centrífuga; por supuesto, hay muchas formas de clasificar las centrífugas, como clasificación según el tipo estructural, factores de separación, método de descarga, etc.

1. Centrífuga de tres patas

Figura 5-10 Centrífuga de tres patas

1. Centrífuga de tres patas

Las tres. La centrífuga de patas es la centrífuga intermitente más antigua utilizada en la industria. También es la centrífuga más utilizada y fabricada en mi país. Su característica más importante es que el tambor está suspendido sobre tres pilares de la base de la máquina. Hay dos tipos de centrífugas de tres patas: de filtro y de sedimentación. El más utilizado es el de filtro. Hay dos métodos de descarga: descarga manual y descarga mecánica, y cada método tiene varios métodos. La estructura de la centrífuga de tres patas se muestra en la Figura 5-10.

La centrífuga de tres patas tiene las ventajas de una estructura simple, un precio bajo, un funcionamiento suave y una gran adaptabilidad. Es adecuada para ocasiones en las que el ciclo de filtración es largo, la capacidad de procesamiento es pequeña y la humedad. se requiere que el contenido del residuo del filtro sea bajo; sus desventajas Tiene un ciclo de operación largo y baja capacidad de producción, por lo que solo puede usarse para producción pequeña y mediana.

2. Centrífuga de descarga con raspador horizontal

La centrífuga de descarga con raspador horizontal es un tipo de centrífuga intermitente, que tiene dos tipos: tipo de filtro y tipo de sedimentación. Se utiliza principalmente para manipular suspensiones que contienen partículas medianas o pequeñas que no temen ser dañadas por los raspadores. Sus características son que no es sensible a los cambios en la concentración y cantidad del material líquido; el tiempo de filtración, el tiempo de lavado, el tiempo de separación y descarga se pueden ajustar libremente; el residuo del filtro está seco y se puede obtener un buen efecto de lavado; el ciclo de operación es corto y la capacidad de producción es grande. Sin embargo, las partículas están muy rotas, la carga del motor es desigual y los residuos del filtro no se pueden eliminar. La centrífuga de descarga con raspador de sifón es una mejora importante de la centrífuga de descarga con raspador de filtro. Utiliza el principio de sifón para aumentar la fuerza motriz de filtración y mejorar significativamente la eficiencia de producción. Y la velocidad de filtración se puede ajustar libremente según las necesidades del proceso para facilitar el lavado y secado del residuo del filtro.

3. Centrífuga de empuje de pistón horizontal

La centrífuga de empuje de pistón horizontal es una centrífuga de filtro con alimentación continua y descarga pulsante. Tiene las características de alta eficiencia, alto rendimiento, producción continua, operación estable y confiable, etc. Sin embargo, es sensible a los cambios en la concentración del líquido de alimentación y requiere un tamaño de partícula más grande de partículas sólidas para funcionar normalmente. Además de las etapas de pistón de una sola etapa, la centrífuga de empuje de pistón horizontal también tiene etapas de doble, tres, cuatro etapas, etc. Los principales tipos de pistones producidos en mi país son los de una y dos etapas. La estructura y el principio de funcionamiento de la centrífuga de descarga con raspador horizontal se muestran en la Figura 5-11.

4. Centrífuga de sedimentación y descarga en espiral horizontal

La centrífuga de sedimentación y descarga en espiral horizontal se conoce como centrífuga decantadora. Su estructura y principio de funcionamiento se muestran en la Figura 5-12. Es una centrífuga decantadora continua que alimenta, separa y descarga materiales continuamente a toda velocidad. Es adecuado para la separación sólido-líquido de suspensiones con diversos tamaños de partículas y contenidos de sólidos que van de 1 a 50. También puede lograr resultados de separación satisfactorios para la separación de mezclas trifásicas, clasificación de partículas, deshidratación de lodos activados y otros procesos difíciles de realizar; -materiales separados.

Sus principales ventajas son: operación continua automática, sin pantalla filtrante ni tela filtrante, operación a largo plazo, fácil mantenimiento, amplio rango de aplicaciones, puede completar la deshidratación en fase sólida, clarificación en fase líquida, separación trifásica líquido-líquido-sólido, tamaño de partícula; clasificación, etc. Proceso de trabajo; Fuerte adaptabilidad a los materiales, adecuado para una amplia distribución del tamaño de partículas y grandes fluctuaciones de concentración, estructura compacta, fácil de sellar. Algunos modelos pueden funcionar bajo presión y baja temperatura; la única máquina tiene una gran capacidad de producción, alta calidad de separación y bajos costos operativos. Sin embargo, la centrífuga decantadora también tiene desventajas, como un alto contenido de humedad en los sedimentos, un efecto de lavado deficiente, una estructura compleja y un alto costo.

Figura 5-11 Centrífuga de empujador de pistón

Figura 5-12 Diagrama estructural de una centrífuga de tambor espiral horizontal

IV. Equipos comunes de separación sólido-líquido Tipos y alcance. de aplicación

En la actualidad, existen muchos tipos de equipos de separación sólido-líquido, y el rango de selección también es amplio. Cómo elegir un equipo de separación sólido-líquido apropiado y razonable es un problema muy complejo. El alcance aplicable de los equipos comunes de separación sólido-líquido se muestra en la Tabla 5-1. Los efectos de separación de diferentes métodos de filtrado se muestran en la Tabla 5-2.

Tabla 5-1 Alcance aplicable de equipos comunes de separación sólido-líquido

Tabla 5-2 Efectos de separación de diferentes métodos de filtración