Фильтры пластинчатые
Начнем с того, что данная разновидость очистного оборудования использует пакет дисков или колец, собранных на центральной оси с определенными зазорами. Именно величина этого промежутка определяет размер частиц, которые задерживаются при прохождении рабочей среды через такую щелевую структуру.
Подобная компоновка выгодно отличается от сетчатых или картриджных аналогов способностью работать с вязкими жидкостями, маслами, полимерами и даже расплавами, не боясь забивания. Ключевым геометрическим параметром здесь выступает номинальная тонкость отсева, которая обычно лежит в диапазоне от 25 до 400 микрон, а для особо чувствительных производств встречаются исполнения с шагом 10–15 микрон.
Конструктивно узел представляет собой набор стальных или полимерных дисков с проставками, либо чередование колец разной толщины, нанизанных на стержень. Для агрессивных субстанций дисковые заготовки изготавливают из нержавеющей стали марок 304, 316 или 316L, которые устойчивы к кислотам, щелочам и солевым растворам.
Если же среда не оказывает химического воздействия, допустимо применение углеродистых сплавов, что снижает стоимость всей системы. Уплотнения между секциями чаще всего представлены фторопластом, резиной на основе нитрила или витоном, в зависимости от температуры, которая может подниматься до 180–200 °C в случае использования термостойких прокладок.
Производительность такого аппарата напрямую связана с суммарной площадью фильтрации, рассчитываемой как произведение количества дисков на площадь их активной боковой поверхности. При проектировании линии следует учитывать, что при рабочем перепаде давления в 0,5–2,5 бар скорость протока через один квадратный метр ткани составляет ориентировочно 0,5–2 кубометра в час, в зависимости от вязкости.
На вязких средах, к примеру битумах или гудронах, этот параметр падает до 0,1–0,3 м3/ч, что требует увеличения числа элементов. Для грубой очистки масел с показателем вязкости до 500 сСт оптимальным зазором служит расстояние 0,2–0,5 мм, тогда как для удаления окалины из водных эмульсий лучше выбрать щель в 1–2 мм.
В производственной практике выделяют два основных типа этих устройств: с ручной выемкой осадка и самоочищающиеся механизмы. Первый вариант наиболее прост: после загрязнения корпус разбирают, пакет извлекают и промывают растворителем или продувают сжатым воздухом с давлением до 6 бар, удаляя налипшие частицы.
Второй тип снабжен скребковой системой или вращающимся ротором, который сдирает отложения с поверхности дисков, а затем концентрированный шлам отводится через дренажный патрубок. Такие модификации незаменимы в непрерывных циклах, где остановка процесса обходится слишком дорого, например на нефтехимических или лакокрасочных производствах.
Правильный подбор зазора требует учета формы и характера загрязнителей. Для волокнистых частиц (нитей, очесов) минимальный просвет должен быть в 1,5–2 раза больше поперечного размера включения, иначе они будут застревать и моститься поверх щелей.
Сферические же включения, такие как песок или катализаторная пыль, легко проходят до тех пор, пока их диаметр не превышает установленный зазор; здесь правило простое: чем больше разница между частицей и щелью, тем дольше будет работать набивка. Кроме того, на гидравлическое сопротивление влияет скорость потока: при превышении 1 м/с для легких масел возникает эрозия кромок, а для тяжелых жидкостей рост сопротивления становится лавинообразным.
Для сред с высоким содержанием абразива (остатки шлифовальных кругов, металлическая стружка) стоит применять диски с твердосплавным напылением из карбида вольфрама, увеличивающим ресурс в несколько раз. Такая мера особенно актуальна, когда аппарат установлен после дробильного оборудования или пескоструйной камеры.
В пищевой отрасли, где необходима частая санитарная обработка, предпочтение отдают разборным моделям из полированной нержавейки с внутренней поверхностью Ra ≤ 0,8 мкм, исключающей налипание остатков продукта. Молочные заводы и винодельни часто используют устройства с щелевым зазором 0,05–0,1 мм для задержки белковых хлопьев и дрожжевых клеток.
Нельзя забывать о перепаде давления, который прямо указывает на степень забивки: стартовое значение 0,2–0,5 бар для чистого фильтра возрастает до 2–3 бар при накоплении осадка массой до 10 кг на квадратный метр. В этот момент производительность падает на 30–50%, требуя регенерации.
Для автоматизации процесса применяют датчики разности напоров, выдающие сигнал на пуск промывки или замену пакета. Практическое правило таково: если за 5 минут работы давление подскакивает на 0,5 бар от начальной отметки, значит, концентрация примесей чрезмерна и нужен предварительный отстой или грубая сетка перед входом в пластинчатый узел.
Расчет нужной площади ведется по эмпирической формуле A = Q * μ / (ΔP * k), где A — площадь в м2, Q — расход в м3/ч, μ — динамическая вязкость в Па•с, ΔP — допустимые потери в Па, а k — коэффициент проницаемости (для щелевых зазоров он лежит в пределах 0,8–1,2•10-10 м2). Для примера возьмем масло с вязкостью 0,05 Па•с, расходом 10 м3/ч и желаемым перепадом 100 кПа.
Тогда A = 10 * 0,05 / (100000 * 1•10-10) = 0,5 / 0,00001 = 50000 м2 — явно завышенное значение, что показывает необходимость либо уменьшения вязкости подогревом, либо увеличения ΔP до 600 кПа. На практике же для реальных установок средняя площадь дискового пакета составляет 5–20 м2, а для достижения нужной производительности их набирают в несколько параллельных секций.
При монтаже важно соблюдать соосность оси и корпуса, иначе перекос дисков приведет к неравномерным зазорам и прорыву крупных фракций. Центральный стержень обычно фиксируется гайками с обеих сторон, а момент затяжки контролируется динамометрическим ключом с усилием 30–60 Н•м для диаметров до 50 мм.
Большинство производителей регламентируют параллельность поверхностей в пределах 0,05 мм на длине 100 мм, а овальность уплотнительных поясков не более 0,03 мм. В сомнительных случаях перед пуском через систему пропускают чистую воду или масло с добавлением контрольного порошка известной фракции, после чего анализируют пробу на выходе.
