8.2 Фильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий и газовзвесей при помощи пористых фильтровальных перегородок, задерживающих твердые частицы (дисперсную фазу), но пропускающих сплошную фазу (жидкость, газ). Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений в двух зонах фильтра (по обе стороны фильтровальной перегородки), которая соответствует сопротивлению, встречаемому потоком фильтрата (жидкости, газа) при его прохождении через образующийся слой осадка и фильтровальную перегородку. Эта разность давлений р создается различными способами: весом столба самой суспензии; нагнетания жидкостными насосами (р  0,5 МПа); подачей сжатого газа (р = 0,05  0,3 МПа); вакуумпрованием пространства под фильтровальной перегородкой (р = 0,05  0,09 МПа); при помощи центробежной силы.

В зависимости от организации процесса фильтрование может быть как непрерывным, так и периодическим. Фильтрование, в основном, применяют в промышленности для тонкого разделения неоднородных систем, с его помощью можно достигнуть более полной, чем при осаждении, очистки жидкости или газа от взвешенных твердых частиц.

1. Фильтрование суспензий

Аппарат, в котором осуществляется фильтрование, называется фильтром, простейший вид которого показан на рис.8.13. Фильтр 1 делится на две части фильтровальной перегородкой 2. Суспензия 3 помещается над фильтровальной перегородкой. Разность давлений над перегородкой и под ней является движущей силой процесса фильтрования.

Жидкость проходит через перегородку и очищается от твердых частиц, которые на перегородке образуют слой влажного осадка 5. Этот процесс называется фильтрованием с образованием осадка. Иногда твердые частицы проникают в поры перегородки и задерживаются там, не образуя осадка. Такой процесс называется фильтрованием с закупориванием пор. Возможен также промежуточный вид фильтрования, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и образуют на ней слой осадка. Очищенная от твердой фазы жидкость под перегородкой называется фильтратом 4.

Рис. 8.13. Схема процесса фильтрования:

1 - фильтр; 2 - фильтровальная перегородка; 3 - суспензия; 4 - фильтрат; 5 - осадок.

Разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки создается разными способами, в результате чего осуществляются различные процессы фильтрования.

Если пространство над суспензией сообщается с источником сжатого воздуха или пространство под фильтровальной перегородкой присоединяется к источнику вакуума, то происходит процесс фильтрования при постоянной разности давлений. При этом скорость процесса уменьшается в связи с увеличением сопротивления слоя осадка возрастающей толщины.

Если суспензию подают на фильтр поршневым насосом, то осуществляется процесс фильтрования при постоянной скорости; при этом разность давлений увеличивается за счет увеличения сопротивления осадка с ростом его толщины.

Если суспензию подают центробежным насосом, производительность которого уменьшается с ростом сопротивления осадка, то производится процесс фильтрования при переменных разности давлений и скорости.

Осадки, получаемые при фильтровании, подразделяют на несжимаемые и сжимаемые. Под несжимаемыми понимают те осадки, в которых пористость, не уменьшается при увеличении разности давлений. Пористость сжимаемых осадков уменьшается, а их гидравлическое сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением разности давлений.

В производственных условиях под фильтрованием понимают не только операцию разделения суспензии на фильтрат и осадок, но и последующие операции промывки, продувки и сушки осадка на фильтре.

Промывку осадка выполняют способами: вытеснения и разбавления.

Способ вытеснения состоит в том, что промывную жидкость на поверхность осадка заливают в виде слоя или подают в диспергированном состоянии, причем промывная жидкость под действием разности давлений проходит сквозь поры осадка, вытесняет из них жидкую фазу и смешивается с ней.

При способе разбавления осадок снимается с фильтровальной перегородки и перемешивается в сосуде с мешалкой с промывной жидкостью. Образующая при этом суспензия разделяется на фильтре. Этот способ используют когда осадок промывается трудно.

Продувку осадка производят с целью вытеснения из пор осадка промывной жидкости.

Сушку осадка на фильтре нагретым или предварительно осушенным воздухом применяют, когда необходимо получить на фильтре осадок с низкой окончательной влажностью.

Фильтровальные перегородки. Фильтровальные перегородки могут быть подразделены на различные группы по нескольким признакам.

По принципу действия различают поверхностные и глубинные. В поверхностных перегородках твердые частицы суспензии задерживаются на их поверхности, не проникая в поры перегородки. Глубинные перегородки характеризуются тем, что частицы проникают в основном в их поры и там задерживаются. Такие перегородки используются когда концентрация твердой фазы в суспензии мала.

Перегородки классифицируются и по материалам, из которых они изготовлены, например, на перегородки из хлопчатобумажных, шерстяных, синтетических, стеклянных, керамических и металлических материалов. Такая классификация необходима для выбора материала, способного противостоять химически агрессивным средам.

По структуре фильтровальные перегородки подразделяются на гибкие и негибкие. Гибкие перегородки могут быть металлическими, тканевыми и т.д.; негибкие перегородки - жесткими, состоящими из связанных твердых частиц, или нежесткими, состоящими из несвязанных твердых частиц.