Закономерности фильтрования в гравитационном поле

Несжимаемые осадки образуются при разделении суспензии, содержащих твердые механически прочные частицы с размерами от 100 мкм и более (к таким осадкам относятся минеральные соли и другие).

Несжимаемыми фильтровальными перегородками являются материалы, изготовленные из пористой керамики, стеклянных, металлических и металлокерамических порошков путем спекания из гранул.

Отличительная особенность несжимаемых перегородок – сохранение первоначальных размеров пор во время эксплуатации. Благодаря чему обеспечивается постоянство сопротивления разделяемой жидкости.

Видимая скорость фильтрования, выражающая объем жидкости (фильтрата), проходящий через поры 1 м² поверхности фильтра, высчитывается по формуле:

С = 1/F · dV/dτ = ∆p / (μ · (8 · l)/(π · r⁴ · i))

где С – видимая скорость фильтрования, F – площадь фильтра, dV – элементарный объем жидкости, фильтруемый за отрезок времени dτ, Δp – перепад давления на фильтрующей перегородке, μ – вязкость жидкости, l – длина капилляра, r – радиус капилляра, i – число капилляров.

Движущая сила процесса фильтрования. Уравнение процесса фильтрования

Движущей силой процесса фильтрации является разница давлений потоков вещества до фильтра и после него. В случаях, когда давление нагнетается посредством насоса, процесс фильтрования осуществляется под действием перепада давления.

Чтобы жидкость могла пройти через фильтровальную перегородку, необходимо создать разность давлений между пространством сосуда над перегородкой и пространством под ней. Это реализуется несколькими способами:

• за счет массы самой жидкости;

• суспензия нагнетается жидкостным насосом (разность давлений составляет 0,5 МПа);

• подается сжатым воздухом (разность давлений - 0,03-0,5 МПа);

• подается центробежным насосом;

• во второй части сосуда создается вакуум (разность давлений - 0,05-0,09 МПа).

По мере фильтрования на перегородке накапливается осадочный слой. Из-за чего сопротивление потоку жидкости растет, и объем фильтрата уменьшается. В такой ситуации вырабатывать одинаковое количество фильтрата за единицу времени можно только при постоянном увеличении разницы давлений.

Уравнение фильтрования под действием перепада давления

Для процесса фильтрования с образованием осадка, справедливо следующее уравнение:

w = dV / (S · dτ)

где w - скорость фильтрования; dτ- объем фильтрата по времени; S- фильтрующая поверхность.

Фильтрование под действием центробежной силы осуществляется в фильтрующих центрифугах. Такие аппараты оснащены барабаном с перфорированной стенкой. Барабан изнутри покрывается фильтрованной перегородкой. Под действием разности давлений, которое возникает в результате действия центробежных сил, суспензия проходит сквозь фильтр. Разделение суспензий в таких машинах делится на три стадии:

• образование осадка;

• уплотнение осадка;

• отжим осадка.

Центробежная сила, которая действует на массу элементарного кольца, рассчитывается следующим образом:

dG_ц = dm (w²_r) / r = dm (2 · π · r · n)₂ / r

где dm- масса суспензии в кольцевом слое; w_r- окружная скорость вращения на радиусе r; n- частота вращения.

Вакуумные фильтры Общее описание устройства ленточного вакуум-фильтра Чертеж ленточного вакуумного фильтра

Данный тип фильтров представляет собой аппарат непрерывного действия, работающий под вакуумом. В вакуум-фильтре движение фильтрата и направление действия силы тяжести совпадают.

Перфорированная резиновая лента перемещается с помощью приводного и натяжного барабана по замкнутому контуру. Ткань, являющаяся фильтровальной перегородкой, прижимается к ленте при помощи роликов. Суспензия подается из лотка на фильтрующую ткань. Фильтрат под действием разности давлений перемещается в вакуум - камеры, расположенные под лентой, а после этого выводится из аппарата. Осадок, образующийся на фильтровальной ткани, промывается жидкостью, подающейся из форсунок. Жидкость для промывки отсасывается в другие вакуум-камеры, после чего также отводится из аппарата.

Осадок подсушивается с помощью вакуума. Далее он отделяется от ткани при перегибе ленты через валик, и далее сбрасывается в бункер. Фильтрованная ткань регенерируется на обратном пути между роликами. Регенерация заключается в очистке при помощи механических щеток, промывке жидкостью и пропаривании.

Достоинствами ленточных вакуум-фильтров являются простота устройства, отсутствие распределительной головки, возможность обезвоживания осадка и благоприятные условия промывки. Благодаря тому, что осадок легко снимается и возможна регенерация ткани, ленточные фильтры могут применяться для работы с труднофильтруемыми суспензиями.