Содержание

1. Фильтрование

2. Фильтрование суспензий

3. Фильтры и фильтрующие центрифуги

1. Фильтрование

Фильтрование применяют в промышленности для тонкого разделения жидких или газовых гетерогенных систем. С его помощью можно добиться значительно более полной, чем в процессах осаждения, очистки жидкости или газа от взвешенных частиц и, соответственно, более высокого выхода продукта (если им является твердая фаза суспензии).

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. Иногда их совмещают (применяя фильтрование с образованием осадка и закупориванием пор).

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений до и после фильтра. Если эта разность создается с помощью насоса, компрессора или вакуум-насоса, то происходит фильтрование под действием перепада давления, если с помощью центробежных сил - центробежное фильтрование (центрифугирование).

2. Фильтрование суспензий

В простейшем случае фильтр представляет собой сосуд, корпус которого разделен на две части фильтровальной перегородкой. Суспензию помещают в верхнюю часть сосуда таким образом, чтобы она в течение всего процесса фильтрования соприкасалась с фильтровальной перегородкой. В разделенных частях сосуда создают разность давлений

Др = p1 — p2

под действием которой жидкость проходит через поры фильтровальной перегородки, образуя фильтрат. Твердые частицы задерживаются на поверхности перегородки, формируют осадок. Этот процесс является примером фильтрования с образованием осадка. Он предпочтительнее фильтрования с закупориванием пор, так как в последнем случае сильно осложняется или становится вообще невозможной регенерация фильтровальной перегородки.

Разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки создают разными способами, соответственно и фильтрование проходит при различных условиях.

Если пространство над суспензией сообщают с источником сжатого газа или пространство под фильтровальной перегородкой присоединяют к источнику вакуума, происходит фильтрование при постоянной разности давлений. При этом скорость фильтрования уменьшается вследствие повышения гидравлического сопротивления слоя осадка возрастающей толщины.

Если суспензию подают на фильтр поршневым насосом, производительность которого практически не зависит от напора, фильтрование осуществляется при постоянной скорости. Разность давлений при этом увеличивается по мере роста сопротивления осадка.

3. Фильтры и фильтрующие центрифуги

По режиму работы различают фильтры периодического и непрерывного действия; оба типа широко применяют в промышленности для процессов фильтрования с образованием осадка. Для фильтрования с закупориванием пор используют только фильтры периодического действия.

На фильтрах непрерывного действия осуществляют режим фильтрования при постоянной разности давлений (в случае промывки осадка - одновременно и при постоянной скорости). На фильтрах периодического действия осуществляют любой режим фильтрования.

По способу создания разности давлений различают вакуум-фильтры и фильтры, работающие под давлением. Последние наиболее целесообразно использовать, когда осадок малосжимаем, но обладает высоким гидравлическим сопротивлением. В других случаях вакуум-фильтры предпочтительнее, поскольку проще по конструкции.

По взаимному направлению силы тяжести и движения фильтрата различают фильтры с совпадающими, противоположными и перпендикулярными направлениями.

Нутч-фильтры. Нутч представляет собой простейший фильтр периодического действия, работающий под вакуумом или под избыточным давлением. Направления силы тяжести и движения фильтрата в нем совпадают. К достоинствам конструкции, помимо перечисленных выше для открытого нутча, добавляются большая движущая сила и пригодность для разделения суспензий, выделяющих токсичные пары. К недостаткам относятся ручная выгрузка осадка, громоздкость. По этим причинам нутчи используют в основном в производствах малой мощности. Нутч небольшого размера применяют в лабораторных исследованиях.

Рис. 1. Открытый нутч-фильтр

1-корпус; 2-суспензия; 3 - фильтровальная перегородка; 4—пористая подложка; 5 - штуцер для выхода фильтрата, соединенный с вакуум-насосом

На рис.1 изображен нутч-фильтр, работающий под вакуумом. Он представляет собой открытый резервуар 1, над дном которого расположена пористая подложка (ложное дно) 4, поддерживающая фильтровальную перегородку 3. Суспензию 2 загружают сверху, затем в пространстве под ложным дном создают вакуум (соединяя его с вакуум-насосом), вследствие чего жидкая фаза проходит в виде фильтрата через фильтровальную перегородку З и удаляется из нутча через штуцер внизу. Твердая фаза суспензии образует осадок на фильтровальной перегородке. После этого в случае необходимости нутч заполняют промывной жидкостью и проводят отмывку осадка от фильтрата. По окончании процесса фильтрования нутч некоторое время остается под вакуумом, что позволяет уменьшить влажность осадка. Затем осадок удаляют из фильтра сверху вручную.

Основными достоинствами вакуумных нутч-фильтров являются простота и надежность в работе, возможность тщательной промывки осадка. К недостаткам относятся громоздкость, ручная выгрузка осадка, негерметичность. Кроме того, для них, как и для других вакуум-фильтров (которые будут рассмотрены ниже), характерна невысокая движущая сила (на практике Ар не более 75 кПа).

На рис.2. изображен закрытый нутч-фильтр, работающий под давлением (до 0,3 МПа). Нутч состоит из корпуса 1 с рубашкой 2, съемной крышки 8 и перемещающегося дна 4. На опорной решетке б располагается фильтровальная перегородка 5. Иногда в качестве перегородки применяют слой волокон. В этом случае необходимо использовать защитную сетку 7. Над фильтровальной перегородкой располагают кольцевую перегородку 3, поддерживающую осадок во время его выгрузки. При этом дно 4 опускается и поворачивается на такой угол, чтобы осадок было удобно снимать вручную с фильтровальной перегородки. Нутч снабжен штуцерами 9, 10 и 11 соответственно для подачи суспензии и сжатого воздуха и для удаления фильтрата. для того чтобы давление в аппарате не превысило допустимого, он снабжен предохранительным клапаном 12. В рубашку 2 обычно подают насыщенный водяной пар для повышения температуры фильтрования, что обеспечивает снижение вязкости фильтрата и соответствующее увеличение производительности.

Цикл работы на нутче обычно состоит из следующих стадий: заполнение нутча суспензией, собственно фильтрование под давлением сжатого газа, подсушка осадка, заполнение нутча промывной жидкостью, промывка осадка, его сушка, удаление с фильтровальной перегородки, регенерация последней.

К достоинствам конструкции, помимо перечисленных выше для открытого нутча, добавляются большая движущая сила и пригодность для разделения суспензий, выделяющих токсичные пары. К недостаткам относятся ручная выгрузка осадка, громоздкость. По этим причинам нутчи используют в основном в производствах малой мощности. Нутч небольшого размера применяют в лабораторных исследованиях.