Фильтр-пресс или ленточный фильтр: влажность, цикл и трудозатраты

Выбор между фильтр-прессом и ленточным фильтром обычно сводят к вопросу влажности, и это лишь половина дела. На одном и том же остатке выщелачивания мембранный фильтр-пресс с продувкой воздухом обычно заканчивает на 8–20% влажности, тогда как ленточный или барабанный вакуум-фильтр — на 18–35%. Этот разрыв меняет число рейсов, штраф металлургического завода и количество воды, возвращаемой в оборот после репульпации. Скрытая в такой постановке цена — непроизводительное время в каждом цикле и оператор, закреплённый за машиной, а не за установкой.

Физическая причина узкая. Оба аппарата продавливают жидкость через ткань, подчиняются одному и тому же соотношению Дарси и на одних и тех же твёрдых частицах требуют близкой площади на тонну. Различаются они геометрией и временем. Фильтр-пресс сжимает тонкий кек в закрытых камерах при давлении питания обычно 0.6–1.6 MPa, после чего может применить мембранное отжатие и продувку воздухом — именно так он доходит до однозначной влажности. Ленточный или барабанный фильтр протягивает жидкость через кек толщиной 5–30 mm по движущейся ткани при вакууме обычно −0.05 до −0.08 MPa и никогда не останавливается на выгрузку. Высокая движущая сила и периодический режим против низкой движущей силы и непрерывного режима: сухость и осветлённость против ступенчатой промывки и коэффициента использования.

Сравнение

Откуда берётся разрыв по влажности

Фильтр-пресс удаляет воду в три стадии. Заливка и отжатие уплотняют кек и вытесняют свободную жидкость между частицами. Мембрана прижимает его к жёсткой раме, закрывая пустоты, до которых давление насоса не достаёт. Затем продувка воздухом вытесняет жидкость из поровой сети — и именно продувка, больше чем мембрана, уводит тонкий остаток ниже примерно 15%. Если её убрать, камерный фильтр-пресс останавливается на 18–25%, то есть в той же области, что и хорошо работающий ленточный фильтр. Реальное сравнение — фильтр-пресс с мембраной и продувкой против ленточного, и именно эти две опции срезают первыми, когда урезают бюджет.

Время цикла: непроизводительное время платится дважды

Производительность равна объёму камер, умноженному на концентрацию твёрдого и делённому на время цикла, но фильтрует машина только часть этого цикла. Если заливка, отжатие и продувка занимают 45 минут, а раскрытие, выгрузка, промывка и закрытие — 15, то фильтрация идёт 75% времени, значит установленная площадь должна быть 1/0.75, то есть примерно 1.33 раза больше того, что даёт расчёт только по фильтрации. Расчёт по цифре листового теста без этого коэффициента — самая частая причина, по которой новый фильтр-пресс не добирает 25–30%; арифметика изложена в расчёте цикла и производительности фильтр-пресса с примером.

Второй порядок: раскрытие и закрытие удлиняются с ростом пакета, поэтому непроизводительное время растёт вместе с площадью. После определённого числа камер дополнительные плиты уже не отыгрывают время; выход — вторая машина в противофазе или мембранный пакет, сокращающий фазу отжатия.

Трудозатраты в расчёте на сухую тонну

Отработанные минуты на цикл примерно постоянны для данного размера плиты: оператор раскрывает пресс, сбивает кек, промывает ткань и закрывает, и число плит меняет это время куда меньше, чем пропорционально. Трудозатраты на тонну — это отработанные минуты, делённые на сухие тонны за цикл: удвоение объёма камер уменьшает их вдвое, удвоение частоты циклов — нет. Малый фильтр-пресс трудоёмок, большой — нет, поэтому точка перехода к ленточному фильтру определяется тоннажем, а не вкусом.

Ленточный фильтр несёт не обслуживание, а наблюдение — уход ткани, вакуум, расход промывной воды, состояние ткани — без работы в каждом цикле. При малом тоннаже этот наблюдатель является постоянными затратами, которых фильтр-пресс избегает; при большом тоннаже трудозатраты фильтр-пресса на тонну падают ниже. Скрытая задача фильтр-пресса — промывка ткани: засорённая ткань вдвое снижает производительность и повышает влажность при любом давлении, и замечает это первым оператор, а не приборы. Конфигурации пилотных пластинчатых и рамных фильтр-прессов показывают масштаб, при котором такое внимание становится по средствам.

Эффективность промывки — другой вопрос

Если требование — кек с низким содержанием сульфатов или хлоридов, показатель — остаточный растворённый компонент в удержанной жидкости, а не содержание воды. Фильтр-пресс промывает вытеснением в закрытой камере при высокой концентрации твёрдого: мало воды на тонну, но число ступеней вытеснения ограничено геометрией камеры и тем, сколько их влезает в приемлемый по стоимости цикл. Ленточный фильтр промывает тонкий кек на большой длине дренажа и может работать ступенчато противотоком, достигая более низкого остаточного содержания ценой в два-три раза большего расхода промывной воды.

Компромисс здесь явный. Жёсткий водный баланс, умеренная чистота — фильтр-пресс. Жёсткий предел по остаточному компоненту, дешёвая вода, непрерывный процесс дальше — ступенчатый ленточный. Выбор по влажности, когда требование на самом деле по чистоте, — это как завод покупает более сухую машину, а потом репульпационный бак, который не был заложен в бюджет.

Где отказывает каждая машина

• Тонкие частицы ниже примерно 5 µm, или гелеобразные сжимаемые твёрдые частицы. Фильтр-пресс засоряется (блайнд), ленточный «плачет», и ни один не держит паспортный цикл. Правильный ответ — body feed (подача наполнителя) или барабан с намывным слоем, а не фильтр-пресс побольше; отстойник — другой выход.
• Питание с колеблющимся содержанием твёрдого, или крупные быстро осаждающиеся частицы. Фильтр-пресс поглощает это более длительной заливкой; у ленточного ткань уходит в сторону, кек утончается и вакуум проваливается.
• Горячая пульпа. Вакуумные ресиверы из PP обычно рассчитаны примерно до 90 °C, поэтому разгрузка выщелачивания при 95 °C требует другого материала ресивера или стадии охлаждения; фильтр-пресс в стали с покрытием или 316L на это не реагирует.
• Хлориды. Стандартные смачиваемые части рассчитаны на жидкость без хлоридов и H2SO4 до 150 g/L. Выше примерно 200 mg/L хлоридов комплект переходит на дуплекс, титан или футеровку — это смена структуры затрат, а не смена выбора.
• Кек, который надо перерабатывать. Конвейер, автотранспорт или складирование — фильтр-пресс выигрывает безоговорочно, и ленточный не стоит даже оценивать.

Последовательность выбора

1. Что ограничивает следующая стадия — влажность, остаточный компонент или и то и другое? Если и то и другое, вы в задаче ступенчатой промывки, и ленточный фильтр снова в игре.
2. Выдерживает ли следующая стадия периодичность? Если буфера нет, берите непрерывную машину и прекращайте сравнение.
3. Каков сухой тоннаж на проектном режиме и при снижении нагрузки в первый год? Ниже примерно 1 t/h доминирует штраф по труду у фильтр-пресса; ставьте общий фильтр-пресс или берите ленточный.
4. Какая доля гранулометрии ниже 10 µm? Выше примерно 20% тонких частиц ленточный отпадает, а фильтр-пресс надо испытывать с body feed.
5. Каковы температура пульпы и уровень хлоридов? Выше 90 °C или 200 mg/L хлоридов сначала определитесь со смачиваемым комплектом.
6. Жёсткий ли водный баланс? Жёсткий баланс ведёт к фильтр-прессу, жёсткий предел по растворённому — к ступенчатой промывке на ленточном.
7. Будет ли поставщик подбирать размер по листовому тесту на вашей пульпе? Если нет — стоп. Однолистовая установка, такая как лабораторный листовой фильтр давления, за одну кампанию даёт толщину кека, время цикла и отклик на промывку.

Если ответ — фильтр-пресс, пилотная установка, которая выдаёт эти цифры, обычно проверяет и ткань: 3.5 m² площади и камера 44.1 L проводят полный цикл на реальной пульпе и показывают, отделяется ли кек чисто. Если ответ — непрерывный режим, испытывайте на пилотной установке вакуумной фильтрации с расчётным разрежением до −0.098 MPa, чтобы увидеть поведение кека на ткани, которая движется, а не стоит.

FAQ

Какой разницы по влажности кека ждать между ними?

На гидрометаллургических остатках мембранный пресс с продувкой воздухом обычно даёт 8–20%, а ленточный или барабанный — 18–35% на тех же твёрдых частицах; без мембраны и продувки камерный фильтр-пресс уходит в тот же диапазон 18–25%, что и ленточный. Считайте это типичными диапазонами, а не гарантией; содержание глины, гранулометрия и вязкость сдвигают их на несколько пунктов. Там, где дальше нужен транспортабельный кек, выигрывает пресс; там, где кек идёт в сгуститель или на отвал, выигрывает непрерывность ленточного.

Оправдано ли мембранное отжатие по сравнению с простым камерным прессом?

Обычно да, когда предел влажности жёсткий, и обычно нет, когда он не жёсткий. Мембрана добавляет гидравлический контур, больше изнашиваемых деталей и более длинный цикл, а даёт два–шесть пунктов на сжимаемых материалах. На быстро дренирующем остатке основная часть эффекта приходится на продувку воздухом. Требуйте обе конфигурации в программе испытаний, вместо того чтобы принимать вариант поставщика по умолчанию.

Сколько внимания оператора реально требует пресс?

Считайте на цикл работы, а не на смену. Пилотный пресс действительно требует двух рук: раскрытие, сбив кека, промывка ткани и закрытие занимают основную часть обслуживаемого времени и почти не меняются при добавлении плит. При малом тоннаже это доминирует в затратах, часто сильнее, чем экономия на обращении с кеком. При работе 24/7 с одним оператором в смену счёт за труд может превысить стоимость наблюдения за ленточным фильтром.

Может ли ленточный фильтр давать кек качества сухого складирования?

Иногда, но не исходите из этого. Сухое складирование — геотехническое требование в той же мере, что и требование по влажности, и обычно выполняется прессом с продувкой воздухом. Ленточный при влажности 25% может оставаться перекачиваемым, а может «поплыть» на отвале. Испытайте кек на предел текучести и проницаемость, а не только на влажность, прежде чем закладывать непрерывную машину в проект хвостового хозяйства.

Какие испытания должны предшествовать заказу?

Листовой тест на реальной пульпе, при реальной температуре, с той тканью, которую собираетесь покупать. Он даёт толщину кека во времени, удельное сопротивление, отклик на промывку и ожидаемую влажность и является единственной защитимой основой для определения размера любой из машин. Проведите его на двух спецификациях ткани, потому что засорение побеждает обе. Если поставщик не хочет его проводить и считает по типовой таблице, значит, спецификацию угадывают, а не проектируют.

Материалы по теме

• Слишком влажный кек: восемь причин по частоте
• Сгуститель или фильтр-пресс: выбор схемы для хвостов
• Калькулятор площади фильтр-пресса по данным листового теста
• Лабораторный барабанный вакуум-фильтр

Пришлите анализ потока, расход и целевую извлекаемость — мы подберём оборудование: запросить коммерческое предложение.

Оборудование по теме

• Пилотный ленточный вакуум-фильтр — Вакуум-фильтры
• Пилотный пластинчато-рамный фильтр-пресс — Оборудование для разделения твёрдой и жидкой фаз
• Лабораторный пластинчато-рамный фильтр-пресс — Оборудование для разделения твёрдой и жидкой фаз