3.3.1 Фильтры периодического действия (фильтр-прессы)

Цикл фильтрования состоит из следующих операций: подготовки фильтрата, фильтрование, промывка осадка, выгрузка осадка.

Производительность фильтра зависит главным образом от толщины осадка и возрастает при ее уменьшении. В связи с этим необходимо чаще удалять осадок, чтобы его толщина не возрастала. Однако, частое удаление осадка связано с частым повторением циклов работы и ростом вспомогательного времени, поэтому следует установить оптимальную производительность цикла фильтрования, когда обеспечивается максимальная производительность. Последнюю можно найти если найти максимум выражающей ее функции.

Не приводя детального вывода, выражение для максимальной производительности для поверхности фильтра в 1 м можно представить в следующем виде:

, (3.7)

где

, (3.8)

, (3.9)

, (3.10)

В этих выражениях - вспомогательное время; - динамическая вязкость промывной воды; -давление при промывке; -число одновременно промываемых слоев осадка; и -начальная и конечная концентрация растворимого вещества в промывной жидкости; -константа промывки.

Минимальная продолжительность цикла работы фильтра:

, (3.11)

при этом время фильтрации , (3.12)

время промывки , (3.13)

Полная максимальная производительность фильтра:

, (3.14)

Здесь площадь фильтрования:

, (3.15)

При этом объем фильтра: , (3.16)

и толщина осадка: , (3.17)

В этих формулах не учтена стоимость операций. Для определения оптимального режима работы фильтра находят минимум функции, выражающей зависимость затрат на работу фильтра от стоимости отдельных опёраций.

Затраты на работу установки, включающей фильтров,

, (3.18)

где - общий объем фильтрата, подлежащего удалению из суспензии; Т-затраты на время одного цикла работы фильтра; -объем фильтрата с 1 м площади фильтрования за цикл: - площадь поверхности фильтрата

Затраты на проведение одного цикла работы фильтра:

, (3.19)

где - затраты на проведение рабочих операций фильтрации и промывки, причем производственные затраты на фильтрацию, затраты на амортизацию фильтр-прессов (стоимость фильтр-пресса, время его амортизации, число рабочих суток в году, число рабочих часов в сутках); - затраты на проведение вспомогательных операций (затраты на разгрузку, сборку и разборку фильтр-пресса).

После подстановки выражения (3.19) в уравнение (3.18) его диференцируют и приравнивают производную к нулю. Тогда получают:

, (3.20)

откуда вспомогательное время , (3.21)

Оптимальная толщина слоя, а следовательно и оптимальная толщина плиты

, (3.22)

Оптимальная продолжительность цикла работы фильтра:, (3.23)

При этом время фильтрации , (3.24)

время промывки , (3.25)

Оптимальная производительность фильтра:

, (3.26)

Оптимальное число фильтров для получения фильтрата в количестве :

, (3.27)

Минимальные затраты на работу одного фильтр-пресса за цикл:

, (3.28)

Минимальные затраты на работу нескольких фильтров:

, (3.29)

Затраты при максимальной производительности фильтра:

, (3.30)

Минимальное число фильтр-прессов:

, (3.31)

Если , то :

, (3.32)

Учитывая, что стоимость фильтрации и промывки для автоматического фильтр-пресса ПФАКМ равна стоимости вспомогательных операций, указанный фильтр следует рассчитывать по формулам для максимальной производительности, минимальных толщин осадка и объема фильтрата за минимальный цикл фильтрования (2.7 - 2.9). Необходимо также учитывать, это максимально возможная толщина осадка не должна превышать 35 мм, а вспомогательное время составляет 1-2 мин.