41. Фильтрование
Разделение жидкой и газовой суспензии, пропусканием их через твердую пористую перегородку, то есть фильтр, задерживающий твердые частицы
1. Корпус фильтра
2. Фильтровальная Перегородка(ФП) на опорной решетке
Движущая сила фильтрования – перепад(разность давлений) по обе стороны ФП.
∆p=p1 - p2
где р1 – давление над ФП, а р2 – давление под ФП.
В процессе фильтрования 2 продукта: 1. Осадок(слой твердых частиц с небольшим количеством жидкостей) 2. Фильтрат(жидкость, с небольшим количеством очень мелких частиц)
Перепад давления необходим для преодоления общей гидравлического слоя осадка и ФП.
∆p растет в ходе процесса
∆p можно создать пятью способами:
1. Гидростатическим давлением столба суспензий
2. С помощью насоса(р1 ↑)
3. С помощью сжатого газа(p1 ↑)
4. Созданием вакуума под ФП(р2 ↓)
5. Вращением фильтра(Центробежное фильтрование или фильтрование центрифугированием)
Возможны 3 режима фильтрования:
1.При постоянной скорости (W = const, ∆p ↑)
2. При постоянном перепаде давлений(∆p = W↓) – сжатый газ или вакуум
3. При переменном перепаде давления и скорости(∆p ↑, W↓)
Возможны 3 вида фильтрования:
1. С образованием осадка(закупорка практически отсутствует)
2. С закупоркой пор ФП(Слой осадка отсутствует)
3. С обретением осадка при частичной закупорке, т.е. комбинация первых двух видов.
Наиболее желателен первый вид фильтрования, однако на праутике чаще чаще 3 вид.
2 вид хорош для разбавленных суспензий.
Осадки бывают сжимаемые и несжимаемые.
Несжимаемые образуют кристаллические решетки(NaHCO3, песок)
Сжимаемые образуют твердые частицы аморфных веществ(Al(OH)3, Cu(OH)2)
Пористость сжимаемых осадков уменьшается в процессе фильтрования, что вызывает рост гидравлического сопротивления осадков.
К суспензиям, образующим сжимаемые осадки добавляют агрегирующие вещества(Силикогель, амомогель). Они образуют каркас осадка, препятствующий его сжатию.
Фильтрование проходит в несколько стадий:
1.Собственно фильтрование.
2. Промывка осадка на ФП
3. Продувка осадка инертным газом для равномерности.
4. Продув осадка горячим инертным газом влажности ниже равновесной.
5. Удалением осадка из фильтра(съем осадка)
6. Регенерация ФП.
ФП изготавливают из керамики, пластиков, ткани/синтетики и т.п.
Кроме того, в качестве ФП используют зернистый слой.
По форме ФП - сетки, сито, патроны, листы, ленты и т.д.
В первом приближении фильтрование протекает в ламинарном режиме.
W – скорость фильтрования
V – объем фильтрата, прошедшего через ФП за время Т
S – площадь поверхности ФП
∆p – давление по обе стороны ФП
μ – вязкость фильтрата
Скорость фильтрата равна объему фильтрата, прошедшему через 1 м2 фильтровой перегородки за 1 с, прямо пропорциональна перепаду давлений и обратно пропорциональна вязкости фильтрата и суммарному гидравлическому сопротивлению слоя осадков.
Из анализа данного уравнения видно, что интенсифицировать работу фильтрата можно увеличением давления ∆p, уменьшением гидравлического сопротивления слоя осадка.
Для снижения сопротивления слоя осадка поставить кристаллические решетки вместо аморфных. Можно поднять оптимальную величину слоя осадка, а также можно использовать агрегатирующие молекулы.