PL215575B1 - Sposób ustalania ciśnienia filtracji w prasie filtracyjnej oraz układ próbkujący do wyznaczania ciśnienia filtracj - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób ustalania ciśnienia filtracji w prasie filtracyjnej oraz układ próbkujący do wyznaczania ciśnienia filtracji.

Podczas filtracji do prasy filtracyjnej doprowadza się nadawę mającą postać zawiesiny cząstek stałych w cieczy. Nadawę tłoczy się przewodem doprowadzającym, pod określonym ciśnieniem filtracji, które ustala się w zależności od rodzaju nadawy oraz dopuszczalnej wilgotności fazy stałej, pozostałej po oddzieleniu cieczy. Przy doborze tego ciśnienia wykorzystuje się znaną zależność zmniejszającego się wpływu wzrostu ciśnienia filtracji na obniżenie wilgotności oddzielonej fazy stałej. W układzie współrzędnych prostokątnych „ciśnienie - wilgotność” zależność tę przedstawia krzywa zbliżająca się asymptotycznie do osi „ciśnienie”.

Znany ze stosowania sposób ustalania ciśnienia filtracji polega na mierzeniu wilgotności fazy stałej oddzielonej od cieczy podczas kolejnych prób filtrowania pod różnymi ciśnieniami, określeniu zależności wilgotności od ciśnienia filtracji i ustaleniu na podstawie tej zależności ciśnienia filtracji odpowiedniego dla wymaganej wilgotności fazy stałej. Zależność taką określa się po wykonaniu co najmniej trzech prób i ustaleniu wilgotności trzech próbek fazy stałej, oddzielonej od cieczy przy trzech różnych ciśnieniach filtracji. Ze względów ekonomicznych dobiera się takie ciśnienie filtracji, aby przy możliwie najniższym ciśnieniu uzyskać najmniejszą dopuszczalną wilgotność oddzielonej fazy stałej.

Jeżeli nadawa jest jednorodna ciśnienie filtracji ustala się jednorazowo, przed rozpoczęciem lub w początkowym okresie filtracji i utrzymuje się takie ciśnienie przez cały okres filtrowania nadawy, aż do jej całkowitego wyczerpania.

Jeżeli nadawa jest niejednorodna wówczas co pewien czas przerywa się roboczy proces filtracji, wykonuje się próby filtrowania przy różnych ciśnieniach tłoczenia nadawy do prasy i na podstawie wyników tych prób ustala się na nowo odpowiednie ciśnienie filtracji. Przy częstych zmianach jednorodności nadawy takie ustalanie ciśnienia filtracji jest pracochłonne i znacznie obniża wydajność prasy filtracyjnej. Nie ma przy tym pewności, że ustalone i nastawione ciśnienie filtracji zachowa trafność w całym etapie procesu filtracji, pomiędzy kolejnymi próbami.

Do ustalania ciśnienia filtracji wykorzystuje się całe stanowisko prasy filtracyjnej z komorami filtracyjnymi wyposażonymi w tkaninę filtracyjną, a niekiedy także w membranę, albo też konwencjonalne wyposażenie odpowiedniego laboratorium analitycznego. Nie stosuje się specjalnych układów do wyznaczania ciśnienia filtracji.

Sposób ustalania ciśnienia filtracji w prasie filtracyjnej według wynalazku, polegający na próbnym filtrowaniu nadawy, poddawanej kolejno różnym ciśnieniom próbnym, ocenie wilgotności fazy stałej przy każdym ciśnieniu próbnym, wyznaczeniu zależności wilgotności fazy stałej od ciśnienia filtracji i doborze z funkcji, która przedstawia tę zależność, najniższego ciśnienia, przy którym wilgotność fazy stałej jest zadowalająca, charakteryzuje się tym, że nadawę doprowadza się pod ciśnieniem początkowym do oddzielnej komory próbkującej, usytuowanej poza prasą zasadniczą, filtruje się tę nadawę do zadanego ciśnienia filtracji, a następnie zamyka się dopływ nadawy, pozostawiając swobodny odpływ filtratu, zmniejsza się objętość próbki fazy stałej w komorze próbkującej, czyli doprasowuje się tę próbkę w komorze, za pomocą medium podawanego pod ciśnieniem próbnym, wyższym od ciśnienia początkowego, mierzy się objętość medium zużytego na doprasowanie albo objętość filtratu odsączoną z komory podczas doprasowania i na tej podstawie ustala się spadek wilgotności fazy stałej po doprasowaniu ciśnieniem próbnym. Czynności doprasowania próbki fazy stałej powtarza się kilkakrotnie, zwiększając za każdym razem ciśnienie próbne medium. Każdorazowo mierzy się ilość medium zużytego na doprasowanie fazy stałej albo ilość odsączonego filtratu i ustala się spadek wilgotności fazy stałej dla każdego ciśnienia próbnego. Otrzymuje się w ten sposób punkty przebiegu funkcji zależności wilgotności fazy stałej od ciśnienia próbnego, wyznacza się tę zależność w układzie „ciśnienie - wilgotność” i dobiera się z niej szukane ciśnienie filtracji, odpowiednie dla wymaganej wilgotności fazy stałej.

Czynności doprasowania fazy stałej wykonuje się poddając kilkakrotnie doprasowaniu pod różnym ciśnieniem próbnym tę samą próbkę fazy stałej, wydzieloną jednorazowo w komorze filtracyjnej wskutek filtrowania nadawy doprowadzonej do tej komory pod ciśnieniem początkowym.

Korzystnie czynności doprasowania fazy stałej wykonuje się poddając doprasowaniu pod różnym ciśnieniem próbnym kolejne próbki fazy stałej wydzielone w komorze filtracyjnej wskutek filtrowania nadawy doprowadzanej zawsze pod jednakowym ciśnieniem początkowym.

PL 215 575 B1

Układ próbkujący do wyznaczania ciśnienia filtracji, posiadający elementy zespołu filtracyjnego w postaci komory filtracyjnej z tkaniną filtracyjną i membraną charakteryzuje się tym, że ma co najmniej jedno ogniwo filtracyjne i jest zaopatrzony w pompę tłoczącą do dostarczania płynnego medium doprasowującego próbkę fazy stałej w komorze filtracyjnej tego ogniwa. Układ próbkujący posiada wlot nadawy połączony z przewodem zasilającym, wlot medium połączony z pompą tłoczącą to medium przez przewód tłoczny oraz wylot filtratu połączony z przewodem odpływowym. Korzystnie układ próbkujący posiada kilka ogniw filtracyjnych usytuowanych szeregowo i dociskanych do siebie, w szczególności układ posiada trzy ogniwa filtracyjne.

Zaletą wynalazku jest szybkie ustalenie ciśnienia filtracji w zależności od parametrów nadawy i wymaganej wilgotności fazy stałej. Czynności ustalania i ewentualnie korygowania ciśnienia filtracji wykonuje się w trakcie trwania roboczego cyklu filtracji. Wynalazek jest szczególnie przydatny przy filtrowaniu nadawy nieustabilizowanej, o zmieniających się często parametrach.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania, w którym opisano dwie odmiany sposobu wyznaczania ciśnienia filtracji oraz pokazano rysunek układu próbkującego, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie układ z jednym ogniwem filtracyjnym, a fig. 2 przedstawia schematycznie układ z trzema ogniwami filtracyjnymi. W przykładzie zamieszczono także pomocniczo fig. 3, przedstawiającą zależność wilgotności fazy stałej od ciśnienia filtracji.

Odmianę pierwszą sposobu ustalania ciśnienia filtracji stosuje się przy zastosowaniu układu próbkującego, wyposażonego w jedną komorę filtracyjną.

₃

Do komory filtracyjnej, posiadającej wnękę o pojemności V = 1000 cm³, wyposażonej w tkaninę filtracyjną i membranę usytuowaną przy jednej ścianie wnęki, doprowadza się pompą podającą nadawę pod stosunkowo niskim ciśnieniem początkowym p0= 4 bar i przy tym ciśnieniu filtruje się tę nadawę tak długo, jak długo filtrat wypływa z komory. Po ustaniu wypływu filtratu zamyka się dopływ nadawy. Próbka fazy stałej wydzielonej z nadawy w komorze filtracyjnej posiada wówczas wilgotność określaną umownie jako wilgotność początkowa w0, zazwyczaj dużo wyższą od wilgotności wymaganej. Oznacza to, że ciśnienie początkowe p0 nie jest właściwym ciśnieniem filtracji, jest zbyt niskie. Stanowi temu odpowiada punkt 0 w układzie „ciśnienie - wilgotność”, przedstawiającym zależność wilgotności fazy stałej od ciśnienia filtracji, pokazanym na fig. 3.

Po odsączeniu próbki fazy stałej, pozostającej w komorze filtracyjnej, doprasowuje się ją za pomocą płynnego medium podawanego pod ciśnieniem próbnym pod membranę komory filtracyjnej. Doprasowanie próbki przeprowadza się trzykrotnie, każdorazowo zwiększając ciśnienie próbne medium; mierzy się przy tym ilość filtratu która wypłynęła z komory albo ilość medium doprowadzonego pod membranę komory filtracyjnej.

Pierwsze doprasowanie próbki fazy stałej przeprowadza się podając pod membranę płynne ₃ medium pod ciśnieniem p1 = 6 bar. Na to doprasowanie zużyto 80 cm³ płynnego medium, a z komory filtracyjnej wypłynęła taka sama ilość filtratu. Nastąpiło więc zmniejszenie objętości próbki o Δ_ν1 = 80 ₃ cm³ i proporcjonalne do tego zmniejszenie wilgotności fazy stałej o 8% wilgotności początkowej. Wilgotność fazy stałej po pierwszym doprasowaniu wynosi więc w1 = 0,92 w0. Temu stanowi odpowiada punkt I na wykresie „ciśnienie-wilgotność”

Drugie doprasowanie próbki fazy stałej przeprowadza się podając pod membranę płynne me₃ dium pod ciśnieniem p2 = 8 bar. Na to doprasowanie zużyto 40 cm³ płynnego medium, a z komory filtra₃ cyjnej wypłynęła taka sama ilość filtratu, nastąpiło więc zmniejszenie objętości próbki o Δ_ν2 = 40 cm i proporcjonalne do tego zmniejszenie wilgotności fazy stałej o 12% wilgotności początkowej. Wilgotność fazy stałej po drugim doprasowaniu wynosi więc w2 = 0,88 w0. Temu stanowi odpowiada punkt II na wykresie „ciśnienie-wilgotność”.

Trzecie doprasowanie próbki fazy stałej przeprowadza się podając pod membranę płynne me₃ dium pod ciśnieniem p3 = 10 bar. Na to doprasowanie zużyto 20 cm³ płynnego medium, a z komory filtracyjnej wypłynęła taka sama ilość filtratu, nastąpiło więc zmniejszenie objętości próbki o Δ_ν3 = 20 cm i proporcjonalne do tego zmniejszenie wilgotności fazy stałej o 14% wilgotności początkowej. Wilgotność fazy stałej po trzecim doprasowaniu wynosi więc w3 = 0,86 w0. Temu stanowi odpowiada punkt III na wykresie „ciśnienie-wilgotność”.

Na podstawie położenia punktów 0, I, II, i III w układzie „ciśnienie-wilgotność” wyznacza się zależność wilgotności fazy stałej od ciśnienia filtracji. Funkcję tej zależności można wykreślić ręcznie standardową metodą, albo też zależność ta jest wyznaczana automatycznie przez elektroniczne układy współpracujące ze stanowiskiem filtracji próbnej. Przebieg wykresu „ciśnienie-wilgotność” pozwala na dobór ciśnienia filtracji właściwego do otrzymania wymaganej wilgotności fazy stałej. Wymaganą

PL 215 575 B1 wilgotność ww fazy stałej można uzyskać przy ciśnieniu filtracji pw = 9 bar; takie ciśnienie należy przyjąć jako poszukiwane ciśnienie filtracji i nastawić je na stanowisku prasy filtracyjnej.

Odmianę drugą sposobu ustalania ciśnienia filtracji stosuje się przy zastosowaniu układu próbkującego, wyposażonego w trzy komory filtracyjne.

Do układu próbkującego z trzema komorami filtracyjnymi, z których każda posiada wnękę o po₃ jemności V = 1000 cm^{1 * 3}, wyposażoną w tkaninę filtracyjną i membranę usytuowaną przy jednej ścianie wnęki, doprowadza się pompą podającą nadawę pod ciśnieniem początkowym p0 = 4 bar i przy tym ciśnieniu filtruje się tę nadawę tak długo, jak długo filtrat wypływa z komór filtracyjnych. Po ustaniu wypływu filtratu zamyka się zawór odcinający dopływ nadawy, a pompę dostarczającą nadawę wyłącza się. Wszystkie próbki fazy stałej wydzielonej z nadawy w komorach filtracyjnych posiadają wówczas wilgotność określaną umownie jako wilgotność początkowa w0, zazwyczaj dużo wyższą od wilgotności wymaganej. Oznacza to, że ciśnienie początkowe p0 nie jest właściwym ciśnieniem filtracji, jest zbyt niskie. Stanowi temu odpowiada punkt 0 w układzie „ciśnienie - wilgotność”, przedstawiającym zależność wilgotności próbki fazy stałej od ciśnienia doprasowania, pokazanym na fig. 3.

Po odsączeniu filtratu doprasowuje się kolejno trzy próbki fazy stałej wydzielone w pierwszej, drugiej i trzeciej komorze filtracyjnej. Każdą próbkę doprasowuje się oddzielnie, za pomocą płynnego medium podawanego pod ciśnieniem próbnym pod membranę komory filtracyjnej, wynoszącym odpowiednio p1 = 6 bar, p2 = 8 bar i p3 = 10 bar. Przy doprasowaniu każdej próbki mierzy się ilość filtratu która wypłynęła z odpowiedniej komory filtracyjnej albo ilość medium doprowadzonego pod membranę ₃ tej komory. Podczas doprasowania próbki w pierwszej komorze filtracyjnej zużyto 80 cm³ medium, 33 drugiej próbki - 120 cm³, a trzeciej - 140 cm³, wystąpiło więc zmniejszenie początkowej objętości 3 3 = 3 próbki odpowiednio o: Δ* v1 = 80 cm³, Δ* V2 = 120 cm³ i Δ* V3 ⁼ 140 cm³ oraz proporcjonalne do tego zmniejszenie wilgotności fazy stałej w poszczególnych próbkach, w porównaniu z wilgotnością początkową, odpowiednio o 8%, 12% i 14% wilgotności początkowej. Wilgotność fazy stałej wynosi w1 = 0,92 w0 po pierwszym, w2 = 0,88 w0 po drugim oraz w3 = 0,86 W0 po trzecim doprasowaniu. Także w tej odmianie sposobu trzem stanom ciśnienia filtracji i spadku objętości próbki odpowiadają trzy punkty I, II i III na wykresie „ciśnienie- wilgotność”, analogicznie jak w odmianie pierwszej.

Ustalenie ciśnienia odpowiedniego dla osiągnięcia wymaganej wilgotności fazy stałej dokonuje się analogicznie jak w pierwszej odmianie sposobu ustalania ciśnienia filtracji.

Układ próbkujący przedstawiony na fig. 1 posiada jedno dwusegmentowe ogniwo filtracyjne 1 złożone z segmentu stałego 2 i segmentu przesuwnego 3, dociskanego do segmentu stałego 2 siłownikiem 4. Segmenty 2 i 3 przylegają do siebie na obrzeżach, a w strefach środkowych mają wnęki, które tworzą komorę filtracyjną 5. Segment stały 2 jest wyposażony w tkaninę filtracyjną 6, a segment przesuwny 3 w membranę 7.

Ogniwo filtracyjne 1 ma wlot nadawy 8, do którego jest przyłączony przewód zasilający 9, zaopatrzony w zawór odcinający 10 i czujnik ciśnienia 11, ma też wlot 12 ciekłego medium, do którego jest przyłączony przewód tłoczny 13 zaopatrzony w czujnik ciśnienia 14. Medium doprasowujące próbkę fazy stałej 15 jest podawane za pomocą pompy tłoczącej 16 pod membranę 7. Ogniwo 1 posiada także wylot filtratu 17 i przewód odpływowy 18.

Układ próbkujący przedstawiony na fig. 2 posiada trzy ogniwa filtracyjne: 1, 1a i 1b, takie same jak ogniwo 1 z fig. 1. Ogniwa 1, 1a i 1b są usytuowane szeregowo i są dociskane do siebie za pomocą siłownika 4. Układ jest wyposażony w jeden przewód zasilający 9 do dostarczania nadawy, w trzy przewody tłoczne: 13, 13a i 13b do dostarczania medium do każdego ogniwa 1, 1a, 1b oraz w trzy przewody odpływowe: 18, 18a i 18b do odprowadzania filtratu. Przewody tłoczne 13a i 13b oraz przewody odpływowe 18a i 18b, przyporządkowane dwóm ogniwom filtracyjnym 1a i 1b, są wyposażone w zawory 19a i 19b odcinające dopływ medium oraz w zawory 20a i 20b odcinające odpływ filtratu.

Claims (6)

1. Sposób ustalania ciśnienia filtracji w prasie filtracyjnej, polegający na próbnym filtrowaniu nadawy, poddawanej różnym ciśnieniom próbnym, ocenie wilgotności fazy stałej przy każdym ciśnieniu próbnym, wyznaczeniu zależności wilgotności fazy stałej od ciśnienia filtracji i doborze z funkcji, przedstawiającej tę zależność, najniższego ciśnienia, przy którym wilgotność fazy stałej jest zadowalająca, znamienny tym, że nadawę doprowadza się pod ciśnieniem początkowym do oddzielnej komory filtracyjnej, usytuowanej poza prasą zasadniczą, filtruje się tę nadawę do zadanego ciśnienia filtracji,

PL 215 575 B1 a następnie zamyka się dopływ nadawy, pozostawiając swobodny odpływ filtratu, zmniejsza się objętość próbki fazy stałej w komorze filtracyjnej, czyli doprasowuje się tę próbkę za pomocą medium podawanego pod ciśnieniem próbnym, wyższym od ciśnienia początkowego, mierzy się objętość medium zużytego na doprasowanie albo objętość filtratu odsączoną z komory filtracyjnej podczas doprasowania i na tej podstawie ustala się spadek wilgotności fazy stałej po doprasowaniu ciśnieniem próbnym, przy czym czynności doprasowania fazy stałej powtarza się kilkakrotnie, zwiększając za każdym razem ciśnienie próbne medium, każdorazowo mierzy się ilość medium zużytego na doprasowanie albo ilość odsączonego filtratu i ustala się spadek wilgotności fazy stałej, otrzymuje się punkty przebiegu funkcji zależności wilgotności fazy stałej od ciśnienia próbnego, wyznacza się tę zależność w układzie „ciśnienie - wilgotność” i dobiera się z niej szukane ciśnienie filtracji, odpowiednie dla wymaganej wilgotności fazy stałej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynności doprasowania fazy stałej wykonuje się poddając kilkakrotnie doprasowaniu pod różnym ciśnieniem próbnym tę samą próbkę fazy stałej, wydzieloną jednorazowo w komorze filtracyjnej wskutek filtrowania nadawy doprowadzonej do tej komory pod ciśnieniem początkowym.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynności doprasowania fazy stałej wykonuje się poddając doprasowaniu pod różnym ciśnieniem próbnym kolejne próbki fazy stałej wydzielone w komorze filtracyjnej wskutek filtrowania nadawy doprowadzanej zawsze pod jednakowym ciśnieniem początkowym.

4. Układ próbkujący do wyznaczania ciśnienia filtracji, posiadający elementy zespołu filtracyjnego w postaci komory filtracyjnej z tkaniną filtracyjną i membraną, znamienny tym, że ma co najmniej jedno ogniwo filtracyjne (1) i jest zaopatrzony w pompę tłoczącą (16) do dostarczania medium doprasowującego próbkę fazy stałej (15) w komorze filtracyjnej (5) tego ogniwa (1).

5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że posiada wlot nadawy (8) połączony z przewodem zasilającym (9), wlot medium (12) połączony z pompą (16) tłoczącą to medium przez przewód tłoczny (13) oraz wylot filtratu (17) połączony z przewodem odpływowym (18).

6. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że posiada kilka ogniw filtracyjnych usytuowanych szeregowo i dociskanych do siebie, korzystnie trzy ogniwa filtracyjne (1, 1a, 1b).