2. Загальні відомості, класифікація фільтраційних процесів, апарати для фільтрування

Фільтрування – один з методів розділення суспензій і газових систем з твердою дисперсною фазою – застосовується на багатьох харчових виробництвах і в цукровому – для розділення сатураційних соків і утфелей; в пивоварінні – для відокремлення дробини від сусла і освітлення пива; в борошняному – для очистки повітря від борошняного пилу та інших забруднень.

Фільтрування називається процес розділення гетерогенних систем завдяки їхньому проходженню через пористу перегородку, здатну затримувати зважені частинки (дисперсну фазу) і пропускати фільтрат або очищений газ (дисперсійне середовище). Фільтрування забезпечує майже повне звільнення рідини чи газу від зважених частинок і тому має значну перевагу над осадженням.

Робочим органом машин і апаратів для фільтрування являється фільтр – пористе тіло з порами, що сполучаються між собою, яке здатне пропускати крізь себе рідину (фільтрат) або газ і затримувати тверді частиці.

Для фільтрувальних перегородок використовують тканини бавовняні, синтетичні (капрон, нейлон) і шерстяні, а також плетені і штамповані металеві сітки, пісок, гравій, пористі керамічні матеріали. Роль фільтрувальної перегородки виконує шар осаду, який під час фільтрування утворюється на перегородці, до того ж його фільтрувальні властивості є більш високим, ніж фільтрувальні властивості перегородки.

В процесі фільтрування тверді частиці, що знаходяться в суспензії, розміри яких менше розмірів парових каналів самих вузьких перетинах, можуть проходити через фільтр з фільтратом, роблячи його мутним. Частиці з розмірами більшими, ніж розміри парових каналів, можуть проникати в середину фільтра і затримуватись в звивинах пор, зменшуючи їх перетин, частково або повністю закупорюючи їх. Більш крупні частиці затримуються над паровими каналами на поверхні фільтра, утворюючи спочатку зводики, а потім прошарок осаду. Такий осад сам вже здатен затримувати частиці, що надходять з суспензії і, відповідно, сам являється фільтром.

Схеми затримання частинок осаду фільтрувальним шаром

Відповідно до цього розрізняють фільтрування:

- з утворенням осаду;

- з частковим закупорюванням пор;

- з повним закупорюванням пор.

Ні один з цих режимів фільтрування не має місця на практиці в „чистому” вигляді.

При фільтруванні рідини через фільтр останній чинить опір її рухові.

Рушійною силою процесу фільтрування є різниця тисків над фільтрувальною перегородкою і під нею.

У фільтрувальних апаратах різниця тисків створюється різними способами: при першому – над рідиною під час фільтрування створюється надлишковий тиск від подавання стиснутого повітря; при другому – під фільтрувальною перегородкою створюється розрідження. При обох цих способах фільтрування відбувається за постійною різницею тисків.

Схема фільтрування при постійному тиску

а - при надлишковому тискові; б - під вакуумом:

1 - патрубок для входу вхідної системи; 2 - вихідна система;

З- осадок; 4 - фільтрувальна перегородка; 5 - фільтрат;

6 - патрубок для виходу фільтрату;

7 - патрубок до насоса

Під впливом прикладеного тиску деякі осади зберігають свою структуру (складаються з кристалічних і некристалічних твердих частинок), а деякі стискуються (складаються з колоїдних або пластівчастовидних частинок).

Зовнішнє це стискування характеризується зменшенням товщини прошарку осаду. Тому в теорії фільтрування розрізняють:

А) Нестискувані осади (розмір і форма частинок яких практично не змінюється зі збільшенням тиску при фільтруванні).

Б) Стискуванні осади (частинки яких з підвищенням тиску деформуються і ущільнюються).

Нестискуваним осадом являється, наприклад, цукровий пісок. Типовим стискуванням осаду являється дробина в пивоварному виробництві.

Велике промислове поширення мають так звані фільтри-преси. Відомо декілька їхніх різновидів, що різняться конструктивними особливостями. Однак принцип дії їх однаковий. Рідина, що підлягає фільтруванню, рухається по каналу і через спеціальні отвори в перегородках надходить у фільтрувальну камеру. Фільтруюча пере­городка покладена на ребристі рами. Фільтрат проходить через пе­регородку і потрапляє між ребер у порожнину рам, звідти через отвори в нижній перегородці відводиться в загальний збірник. На рисунку представлений режим фільтрування. Якщо через канал фільтрату подавати промивну рідину і збирати її нагорі, то при цьому буде відбуватися промивання фільтрів.

Схема фільтра-преса Пісковий фільтр

1-фільтрувальна перегородка; 1-сітчасті диски; 2-пісок; 3-корпус;

2-ребра рами. 4-повітряний кран; 5-труба для

підведення суспензії; 6-вата; 7-

фільтрувальна тканина; 8-труба для

відведення фільтрату.

Пісковий фільтр використовується для фільтрування води та інших рідин з незначним вмістом домішок, що утворюють осадок, який не є цінним. У циліндричному корпусі піскового фільтра між металічними сітками знаходяться два шари піску (крупного зверху і мілкого знизу), розділених фільтрувальною тканиною. Шар тканини розміщують також на нижню сітку, щоб пісок не попадав у фільтрат, і на верхню сітку - для попередження швидкого забруднення піску. Зверху кришка апарата має повітряний кран для відведення повітря.

Фільтрування проводять під тиском близько 0,05 МПа.

Коли швидкість фільтрування значно знижується фільтруючі тканини і пісок ретельно промивають.