9. Фильтрование. Общие сведения.

Фильтрование (лат. filtrum – войлок) – это процесс разделения дисперсных систем на фазы при помощи пористых перегородок, которые задерживают одни фазы и пропускают другие, путем создания разницы давлений по разным сторонам перегородки. Устройства, в которых происходит фильтрование, называются фильтрами. Разницы давлений в фильтрах можно добиться, создав вакуум с одной стороны фильтровальной перегородки, либо давление газа с другой, давлением суспензии на перегородку (при ее принудительной подаче насосом), центробежными силами.

Разделение дисперсных систем при помощи электростатических сил или сил гравитации называетсяосаждением.

Дисперсные системы - это образования из двух или большего числа фаз (тел, веществ) с сильно развитой поверхностью раздела между ними. В дисперсных системах по крайней мере одна из фаз -дисперсная фаза - распределена в виде мелких частиц (кристалликов, нитей, плёнок или пластинок, капель, пузырьков) в другой, сплошной фазе - дисперсионной среде. По основной характеристике - размерам частиц - дисперсные системы делятся на грубо (низко) дисперсные и тонко (высоко) дисперсные или коллоидные системы (коллоиды). В грубодисперсных системах частицы имеют размер от 10^-4 см и выше, в коллоидных - от 10^-4-10^-5 до 10^-7 см.

Коллоидный раствор – размер частиц 1*10^-7 – 1*10^-4 см;

Суспензия - размер частиц более 1*10^-4 см

Фильтрование суспензий – процесс разделения суспензий на жидкую и твердую фазы путем фильтрования. При этом жидкая фаза проходит сквозь поры фильтровальной перегородки, а твердые частицы задерживаются перегородкой. Таким образом, суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок. Полезным продуктом могут быть как обе фазы, так и одна из них. Фильтрование суспензий характеризуется скоростью процесса, то есть объемом суспензии, отфильтрованной за единицу времени, а также качеством. Под качеством фильтрования суспензии понимается количество твердых частиц в фильтрате и количество жидкости в осадке после фильтрации, то есть полнота разделения фаз.

В некоторых случаях требуется промывка осадка и (или) его сушка.

Промывка осадка осуществляется промывной жидкостью с целью удалить из осадка остатки жидкой фазы суспензии и растворенных в ней веществ. Осуществляться промывка осадка может непосредственно на фильтре, где он образовался, путем пропускания через него промывной жидкости под давлением. Другой способ промывки осуществляется путем переноса осадка в отдельный резервуар, где он перемешивается с промывной жидкостью, после чего полученная смесь снова подвергается фильтрации.

Сушка осадка осуществляется под давлением (или разрежением) воздухом или другим газом с целью добиться минимальной влажности осадка.

10. Фильтровальные перегородки.

Фильтровальные перегородки представляют собой самую существенную часть фильтра и от правильного выбора их во многом зависят производительность фильтровального оборудования и чистота получаемого фильтрата. При эмпирическом выборе фильтровальных перегородок надлежит руководствоваться следующим основным правилом: фильтровальная перегородка должна обладать максимальным размером пор и одновременно обеспечивать получение достаточно чистого фильтрата.

В общем случае фильтровальная перегородка должна: хорошо задерживать твердые частицы суспензии; иметь небольшое гидравлическое сопротивление потоку фильтрата; легко отделяться от осадка; обладать устойчивостью к химическому воздействию разделяемых веществ; не набухать при соприкосновении с жидкой фазой суспензии и промывной жидкостью; иметь достаточную, механическую прочность; обладать теплостойкостью при температуре фильтрования.

По принципу действия фильтровальные перегородки подразделяют на поверхностные и глубинные.

Поверхностные фильтровальные перегородки отличаются тем, что твердые частицы суспензии при ее разделении в основном задерживаются на их поверхности, не проникая в поры. К таким перегородкам относятся, в частности, фильтровальная бумага, ткани, металлические сетки.

Глубинные фильтровальные перегородки, которые используются преимущественно для осветления жидкостей, характеризуются тем, что твердые частицы суспензии в процессе ее разделения в основном проникают в поры и задерживаются там. Это происходит вследствие того что поры таких перегородок значительно больше частиц суспензии, а концентрация последних недостаточна для образования сводиков над входами в поры. При этом частицы суспензии задерживаются в порах в результате адсорбции, осаждения и застревания. Как правило, глубинные фильтровальные перегородки не могут задерживать все частицы суспензии; задерживающая способность их составляет 90--99%. К числу рассматриваемых перегородок относятся, например, слои вспомогательного вещества и песка.

Некоторые фильтровальные перегородки могут действовать как поверхностные и как глубинные в зависимости от размера пор и свойств суспензии (размер частиц, концентрация их, вязкость жидкой фазы).

Фильтровальные перегородки могут быть классифицированы по материалам, из которых они изготовлены, перегородки из хлопчатобумажных, шерстяных, синтетических, стеклянных, керамических, металлических материалов. Такая- классификация удобна при выборе перегородки с определенной способностью противостоять действию химически агрессивных веществ.

По структуре перегородки подразделяют на гибкие и негибкие. При этом гибкие перегородки могут быть металлическими и неметаллическими, а также состоять из смешанных материалов. Негибкие могут быть жесткими (состоящими из связанных твердых частиц) или нежесткими (состоящими из несвязанных твердых частиц).