4.11 Фильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения неоднородной системы с помощью фильтровальной перегородки, пропускающей жидкость или газа и задерживающий твердые частицы. По сравнению с осаждением фильтрование является более эффективным методом разделения систем.

Процесс осуществляется в аппаратах, называемых фильтрами.

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений над и под фильтровальной перегородкой. Эту разность давлений можно создать

- весом столба жидкости на фильтровальной перегородке (гидростатическое фильтрование);

- избыточным давлением суспензии при подаче ее насосом (фильтрование под давлением);

- путем создания вакуума под фильтровальной перегородкой (фильтрование под вакуумом).

В производственных условиях фильтрование обычно проводят при следующих разностях давлений

- под вакуумом Па;

- под давлением Па.

4.11.1 Виды фильтровальных перегородок и осадков

Четкость разделения неоднородной системы при фильтровании во многом зависит от используемой фильтровальной перегородки. Правильно выбранная фильтровальная перегородка должна обеспечивать необходимую степень задержания твердых частиц при минимальном гидравлическом сопротивлении. Кроме того, перегородка должна обладать высокой механической прочностью и возможностью регенерации. При выборе фильтровальной перегородки необходимо учитывать размер дисперсных частиц, химическую агрессивность и вязкость жидкой фазы, температуру неоднородной системы и другие факторы.

Для фильтрования применяются следующие фильтровальные перегородки

- насыпные, состоящие из слоя мелкозернистого материала (песок, гравий, кокс и др.), обладающие высокой задерживающей способностью, но отличающиеся большим гидравлическим сопротивлением. Насыпные перегородки, как правило, не подвергаются регенерации; и используются для разделения суспензий с малым содержанием дисперсной фазы;

- набивные, представляющие собой слой хлопчатобумажной ваты, стекловаты, шерстяные ваты и т.д.; характеристика та же, что и для насыпных перегородок;

- керамические, представляющие собой пластины или трубы из пористого кислотоупорного материала; применяется для разделения агрессивных неоднородных систем;

- тканевые, обладающие хорошей задерживающей способностью и относительно небольшим гидравлическим сопротивлением и удобны в конструктивном отношении. В качестве тканевых перегородок используются бельтинг хлопчатобумажный, сукно серое шинельное, капрон, лавсан, хлорин, нитрон, фильтромиткаль, фильтродиагональ и др. Тканевые фильтровальные перегородки находят наибольшее применение в химической технологии;

- проволочные плетеные, представляющие собой сетки с различным размером ячеек из тонкой проволоки цветных металлов и сплавов; обладают наименьшим гидравлическим сопротивлением, но и наименьшей задерживающей способностью в начальный момент работы, поэтому осадок с фильтровальной перегородки удаляется не полностью для обеспечения необходимой степени разделения.

В процессе фильтрования твердые частицы либо задерживаются на поверхности фильтровальной перегородки, образуя осадок, либо проникают в ее глубину, задерживаясь в порах. В соответствии с этим различают фильтрование с образованием осадка и фильтрование с закупориванием пор.

Наиболее желательным является процесс фильтрования с образованием осадка. Экспериментальные данные показывают, что в условиях закупоренных пор скорость процесса снижается в 8…16 раз по сравнению со скоростью фильтрования с образованием осадка. Кроме того, при фильтровании с закупориванием пор сильно осложняется или становится вообще невозможной регенерация фильтровальной перегородки. Поэтому при разделении суспензии с малой концентрацией твердой фазы применяют вспомогательные вещества, которые образуют на фильтровальной перегородке слой, препятствующий проникновению микрочастиц суспензии в поры. В качестве вспомогательных веществ используют диатомит, перлит, древесный уголь, силикагель и др. Эти вещества добавляют в суспензию или наносят на фильтровальную перегородку перед ее использованием.

Осадки, образующиеся на фильтровальной перегородке, можно разделить на сжимаемые и несжимаемые.

К сжимаемым относятся осадки, порозность которых уменьшается в процессе фильтрования. Снижение порозности осадка приводит к росту гидравлического сопротивления потоку жидкой фазы. К сжимаемым относят осадки, состоящие из мягких частиц.

Осадки, порозность которых остается неизменной в процессе фильтрования, называются несжимаемыми. Такие осадки состоят из твердых кристаллических частиц (песок, мрамор и др.).

Важной характеристикой осадка является удельное сопротивление (м ), которое представляет собой сопротивление, оказываемое потоку жидкой фазы слоем осадка высотой 1 м. Для данного конкретного несжимаемого осадка .