2. Фильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий, пылей, туманов через пористую перегородку, способную пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них частицы.

Фильтрование осуществляется под действием разности давлений на фильтрующей перегородке.

По характеру дисперсионной среды различают фильтрование жидкостей и газов. По целевому назначению процесс фильтрования может быть очистным или продуктовым.

Очистное фильтрование применяют для разделения суспензий и очистки растворов от различного рода включений. В этом случае целевым продуктом является фильтрат. В пищевой промышленности очистное фильтро­вание используют при осветлении вина, молока, пива и других продуктов.

Назначение продуктового фильтрования - выделение из суспензий диспергированных в них продуктов в виде осадка. Целевым продуктом служит осадок. Примером такого фильтрования является разделение дрожжевых суспензий.

Фильтровальные перегородки. В качестве фильтрующих материа­лов применяют зернистые материалы - песок, гравий, различные ткани, картон, сетки, пористые полимерные материалы, керамику и др. Фильтро­вальная перегородка представляет собой основную часть фильтра. От пра­вильного выбора ее зависят производительность фильтра и качество полу­чаемого фильтрата. Фильтровальная перегородка должна иметь мини­мальное гидравлическое сопротивление и обеспечивать хорошую задер­живающую способность твердых частиц и получение чистого фильтрата.

Фильтровальные перегородки классифицируются на следующие группы: по принципу действия различают поверхностные и глубинные фильтровальные перегородки; по материалам, из которых они изготовлены, - хлопчатобумажные, шерстяные, синтетические, стеклянные, керамические и металлические; по структуре фильтровальные перегород­ки подразделяются на гибкие и негибкие.

Виды фильтрования. При разделении суспензий в зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств самой суспензии фильтрование

может происходить с образованием осадка на поверхности перегородки, с закупориванием пор перегородки и с тем и другим явлениями одновременно (промежуточный вид фильтрования).

Фильтрование с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки имеет место, когда диаметр твердых частиц больше диаметра пор перегородки. Этот способ осуществим при концентрации твердой фазы суспензии более 1 мас. %, когда создаются благоприятные условия для образования сводиков над входами в поры фильтровальной перегородки. Образованию сводиков способствует увеличение скорости осаждения и концентрации твердой фазы в суспензии.

Фильтрование с закупориванием пор происходит, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки Закупоривание пор твердыми частицами наблюдается уже в начальный период процесса фильтрования, что снижает производительность фильтра. Для поддержания ее на должном уровне фильтр регенерируют, промывая обратным током жидкости либо прокаливая металлические фильтровальные перегородки.

Промежуточный вид фильтрования имеет место в случае одновре­менного закупоривания пор фильтровальной перегородки и отложения осадка на поверхности фильтровальной перегородки.

Для повышения скорости фильтрования при разделении суспензий с небольшой концентрацией твердой фазы либо содержащих слизистые вещества фильтрование проводят в присутствии вспомогательных ве­ществ, препятствующих закупориванию пор фильтровальной перего­родки. Слой вспомогательного вещества наносят на фильтровальную перегородку перед фильтрованием суспензии. В качестве вспомогатель­ных веществ используются тонкодисперсные угли, перлит, асбест, кизельгур, фиброфло, асканит и другие материалы.

Центробежное фильтрование - процесс разделения жидких неоднородных систем в поле центробежных сил в перфорированных роторах центрифуг. Фильтрование под действием центробежной силы проводится в фильтрующих центрифугах. В фильтрующей центрифуге разделяемая суспензия отбрасывается под действием центробежных сил к стенкам ротора, и фазы разделяются. Жидкая фаза проходит через фильтровальную перегородку в кожух и отводится из его, а твердая фаза в виде осадка задерживается на внутренней стороне этой перегородки, а затем удаляется из ротора. В фильтрующих центрифугах с проницаемыми стенками для разделения сус­пензий вместо разности давлений используется

Оборудование для фильтрования

Фильтры классифицируются на фильтры периодического и непрерывного действия. На первых осуществляют любой режим фильтрования, на вторых практически лишь режим фильтрования при постоянной разности давлений. Для проведения процессов фильтрования с закупориванием пор используют фильтры периодического действия.

По способу создания разности давлений фильтровальное оборудование делят на фильтры, работающие под вакуумом, под избыточным давлением и комбинированные фильтры.

По взаимному направлению силы тяжести и движения фильтрата фильтры могут быть с противоположным, совпадающим и перпендикулярными направлениями силы тяжести и движения фильтрата.

К достоинствам фильтров относятся большая поверхность фильтрования на единицу занимаемой ими площади и отсутствие движущихся частей в процессе эксплуатации, сокращение затрат рабочей силы, получение чистого фильтрата; к недостаткам - необходимость в ручном обслуживании, несовершенная промывка осадка и быстрое изнашивание фильтровальной ткани.

Для центрифугирования предназначены машины, называемые цен­трифугами и жидкостными сепараторами. Центрифуги можно класси­фицировать по нескольким признакам.

1. По принципу действия центрифуги делят на отстойные и фильт­рующие: барабаны (роторы) отстойных центрифуг имеют сплошную, а фильтрующих - перфорированную стенку, покрытую фильтровальной тканью или сеткой.

2. По фактору разделения промышленные центрифуги условно де­лят на нормальные центрифуги с фактором разделения Ф_р = 3500, ско­ростные или сверхцентрифуги - с фактором разделения Ф_р> 3500.

3. По способу выгрузки осадка из барабана различают центрифуги с выгрузкой ручной, гравитационной, шнековой, ножами и скребками, пульсирующими поршнями и другими способами.

4. По конструкции опор и расположению оси барабана центрифуги делят на подвесные вертикальны е (на колоннах), вертикальные стоячие, горизонтальны е и наклонные.

5. По организации процесса разделяют периодически и непрерывно действующие центрифуги.

Достоинством центрифуг является возможность достижения в од­ном агрегате удовлетворительного обезвоживания осадка и хорошего осветления фугата, непрерывность процесса и высокая производительность при низких удельном расходе энергии и массе машины.

В силу сложившихся традиций центрифуги и сепараторы имеют са­мостоятельные системы классификации.