Практичне заняття № 6 Тема. Фільтрування
Мета: ознайомитися з процесом фільтрування і видами фільтрів
Основні відомості
Види фільтрів
2.1.Нутч-фільтри
2.2.Фільтропреси
2.3. Аркушеві фільтри
2.4. Патронні фільтри
2.5. Фільтропреси з горизонтальними камерами, автоматизовані (ФПАКМ)
2.6.Барабанні фільтри
2.7.Дискові вакуум-фільтри
2.8.Карусельні фільтри
2.9.Стрічкові фільтри
Відцентрові фільтри
2.11.Вібраційні фільтри
Інтенсифікація роботи фільтрів
Основні відомості
Фільтруванням називають процес розділення суспензій з використанням пористих перегородок, які затримують тверду фазу суспензії і пропускають її рідку фазу.
Розділення суспензії, що складається з рідини і зважених у ній твердих частинок, проводять за допомогою фільтру (рис. V-9), який в простому вигляді є посудиною, розділеною на дві частини фільтрувальною перегородкою. Суспензію поміщають в одну частину цієї посудини так, щоб вона стикалася з фільтрувальною перегородкою. У розділених частинах посудини створюють різницю тиску, під дією якої рідина проходить через пори фільтрувальної перегородки, причому тверді частинки затримуються на її поверхні. Таким чином суспензія розділяється на чистий фільтрат і вологий осад. Цей процес розділення суспензії називають фільтруванням з освітою осаду. Іноді тверді частинки проникають в пори фільтрувальної перегородки і затримуються там, не утворюючи осаду. Такий процес називають фільтруванням із закупорюванням пор. Можливий також проміжний вид фільтрування, коли тверді частинки проникають у пори фільтрувальної перегородки і утворюють на ній шар осаду.
Виникнення вказаних видів фільтрування пов'язане зі складною взаємозалежністю між властивостями суспензії і фільтрувальної перегородки.
Рис.7. Схема процесу фільтрування:
1 — фільтр; 2 — фільтруюча перегородка; 3 - суспензія; 4 - фільтрат; 5-осад.
Найбільш бажане фільтрування з утворенням осаду, коли закупорювання пор фільтрувальної перегородки твердими частинками з відповідним збільшенням її опору майже не відбувається. Такий вид фільтрування спостерігається при достатньо високій концентрації твердої фази в суспензії, причому цю концентрацію умовно можна прийняти більше 1 об’ємн. %. При вказаній концентрації над входами в пори фільтрувальної перегородки швидко утворюються частинки, які складаються з твердих частинок, що пропускають рідку фазу суспензії, але затримують інші тверді частинки.
Для запобігання закупорюванню пор фільтруючої перегородки при розділенні суспензії з відносно невеликою концентрацією твердої фази, наприклад у межах 0,1-1 об’ємн. %, таку суспензію перед розділенням на фільтрі доцільно згустити у відстійниках.
Підвищення концентрації твердої фази здійснюють у ряді випадків також у фільтрах-згущувачах, з яких тверда фаза видаляється не у вигляді вологого осаду, а у вигляді згущеної суспензії.
Найбільш бажане фільтрування з закупорюванням пор фільтруючої перегородки, оскільки регенерація її в даному випадку дуже ускладнюється, а деколи стає неможливою внаслідок важкості вилучення твердих частинок з пор. Такий вид фільтрування називають також освітленням, причому орієнтовно можна прийняти, що воно відбувається при концентрації твердих частинок в суспензії менше 0,1 об’ємн. %.
При розділенні суспензій з невеликою концентрацією тонкодисперсної твердої фази часто застосовують фільтрувальні допоміжні речовини, що перешкоджають проникненню твердих частинок у пори фільтрувальної перегородки. У їх якості тонкодисперсних або тонковолокнистих матеріалів, використовують діатоміт, перліт, азбест, целюлозу, активоване вугілля, деревинну муку.
Для отримання допоміжної речовини природні діатоміт і перліт піддаються особливій обробці, зокрема нагріванню, подрібненню і класифікації.
Допоміжні речовини наносять заздалегідь на фільтрувальну перегородку у вигляді шару завтовшки не більше 50 мм або в кількості близько 1% ваги суспензії додають до неї перед розділенням на фільтрі.
Шар допоміжної речовини наносять на фільтрувальну перегородку в результаті розділення на фільтрі суспензії цієї речовини в рідині, наприклад воді або заздалегідь отриманому фільтраті. Якщо шар допоміжної речовини товщиною 50 мм нанесений на фільтрувальну перегородку барабанного фільтру безперервної дії, що обертається, то зовнішні частини шару завтовшки приблизно 0,1 мм безперервно зрізають ножовим пристроєм, який поступово з дуже невеликою швидкістю наближається до фільтрувальної перегородки. Внаслідок цього суспензія весь час стикається з свіжою поверхнею шару допоміжної речовини.
При додаванні допоміжної речовини до суспензії, що розділяється, концентрація твердих частинок в ній збільшується, що сприяє утворенню зведень над входами в пори фільтрувальної перегородки і запобігає, таким чином, закупорювання цих пор.
Активоване вугілля, окрім затримуючої здатності по відношенню до твердих частинок, володіє і адсорбційною дією; воно адсорбує розчинні в рідині речовини, наприклад речовини, що фарбуюють рідину.
Промивання осаду виконують способами витіснення і розбавлення.
Спосіб витіснення полягає в тому, що промивну рідину заливають на поверхню осаду у вигляді шару або подають в диспергованому стані із розбризкуючих пристроїв, причому промивна рідина під дією різниці тисків проходить крізь пори осаду, витісняє з них рідку фазу і змішується з нею. Цей спосіб застосовують, коли осад промивається легко і не містить пор, недоступних для промиваючої рідини.
Спосіб розбавлення характеризується тим, що осад знімається з фільтрувальної перегородки і перемішується в посудині, яка містить мішалку, з промивною рідиною, після чого суспензія, що утворилася, розділяється на фільтрі. Такий спосіб застосовують, якщо осад промивається важко.
У результаті промивки отримують достатньо розбавлену суміш рідкої фази суспензії і промивної рідини. Якщо рідка фаза містить цінні речовини, їх витягують з отриманої суміші кристалізацією, випаровуванням або ректифікацією. Тому бажано, щоб витрата промивної рідини була по можливості невелика, а концентрація розчинених у ній цінних речовин була як можна більшою. При одноразовій (одноступінчатій) промивці об'єм промивної рідини в 1,5—2 рази перевищує об'єм рідкої фази, що залишилася в порах осаду після розділення суспензії. При багатократній (багатоступінчатій) промивці, яку можна виконувати способами витіснення і розбавлення, осад послідовно промивають, використовуючи промивну рідину зі все зростаючою концентрацією розчинених у ній цінних речовин. При цьому свіжа промивна рідина поступає на майже промитий осад, а найбільш концентрована — на той, що ще не промивався. Так здійснюють багатоступінчату протитечійну промивку осаду.
Продування осаду проводять з метою витіснення з його пор промивної рідини, що залишилася. Для продування зазвичай використовують повітря, а також інертні гази (азот, двоокис вуглецю), якщо в осаді присутня речовина, що дає з повітрям вибухову суміш. Продуванням можна видалити тільки частину рідини з пор осаду до досягнення рівноважної вологості.
Сушку осаду на фільтрі нагрітим або заздалегідь осушеним повітрям застосовують, коли бажано отримати на фільтрі осад з остаточною вологістю меншою рівноважної.