Химическая энциклопедия - фильтрование

(от лат. filtrum войлок, англ., франц. filtration), разделение неоднородных систем жидкость -твердые частицы (суспензии) и газ твердые частицы в спец. аппаратах фильтрах, снабженных пористыми фильтровальными перегородками (ФП), к-рые пропускают жидкость или газ, но задерживают твердую фазу. Движущая сила процесса разность давлений по обе стороны ФП. Данная статья посвящена разделению суспензий. О закономерностях Ф. под действием центробежных сил см. Центрифугирование, о разделении систем газ твердые частицы см. Газов очистка, Пылеулавливание.

Различают: а) собственно разделение суспензий отделение содержащихся в них твердых частиц, отлагаемых на ФП (осадок), через к-рую проходит подавляющее кол-во жидкости (фильтрат); б) сгущение суспензий повышение в них концентрации твердой фазы путем удаления через ФП нек-рой части жидкой фазы; в) осветление жидкостей (осветительное Ф.) очистка от содержащегося в них небольшого кол-ва тонких взвесей (см. также Осаждение). Суспензии могут фильтроваться "хорошо", "средне" и "трудно", что определяют обычно по толщине слоя (мм) осадка, образующегося на ФП за 1 мин: соотв. 1-15, 0,1-3,0 и 0,005-0,2.

Некоторые основные понятия. Четкость разделения суспензии определяется качествами фильтрата и осадка. Качество фильтрата оценивают коэф. очистки с 1/c2, где с 1 и с 2 концентрации твердой фазы в исходной суспензии и фильтрате; коэф. уноса с 2/с 1; степенью очистки (с 1 Ч с 2)/c1 (отношение кол-ва задержанной и исходной твердой фазы). Качество осадка оценивают содержанием в нем жидкой фазы либо содержанием р-римых примесей, отнесенным к массе сухого осадка.

Интенсивность разделения суспензии может определяться объемом фильтрата V(м ³), прошедшего через единицу площади S(м ²) пов-сти Ф. за единицу времени , или скоростью Ф.: (мгновенная скорость Ф.) либо (средняя скорость Ф.), где V' = V/S - удельный объем фильтрата.

В хим. технологии под Ф. понимают весь комплекс процессов, происходящих на фильтрах (фильтровальные процессы): собственно Ф., промывка и обезвоживание осадка, а также вспомогат. операции (загрузка суспензии, разгрузка и удаление осадка, регенерация ткани). В этом случае интенсивность разделения обычно оценивают удельной производительностью фильтра по фильтрату:

или по массе осадка т ос: продолжительность всего фильтровального цикла, собственно Ф., промывки и просушки осадка и вспомогат. операций.

Характеристика и закономерности фильтровальных процессов

Собственно Ф. Скорость процесса описывается ур-нием движения Эйлера, к-рое для одномерного ламинарного потека принимает форму закона Дарси: , где Ro6, R - гидравлич. сопротивления (общее и отнесенное к единице вязкости суспензии сопротивление движению фильтруемой жидкости через слой осадка и ФП).

Для преодоления гидравлич. сопротивления необходимо создание перепада давления (вакуума под ФП или избыточного давления над ней). На практике встречаются след. режимы Ф.: 1) при = const (разделение под вакуумом, под давлением, при подаче суспензии центробежным насосом, производительность к-рого значительно превышает производительность фильтра); 2) при v = const (подача суспензии объемным насосом); 3) при непрерывно изменяющихся и v (подача центробежным насосом).

При Ф. сопротивление R непрерывно возрастает. Зависимость его от уд. объема фильтрата описывается т. наз. обобщенным ур-нием Ф.:

где Ки n - константы. Для фиксированных значений nразличают 5 видов Ф.: с образованием осадка (n = 0), с закупориванием пор образующегося осадка (0,5), промежуточное (1,0), с постепенным закупориванием пор ФП (1,5), с полным закупориванием пор ФП (2,0). Константы ур-ния (2) и значения начального сопротивления (при начальной скорости разделения v0) находят по спец. графикам зависимости скорости Ф. от объема фильтрата при = const.

Для часто применяемого режима Ф. при = const и