Основні відомості

Практичне заняття № 6

Тема. Фільтрування

Мета: ознайомитися з процесом фільтрування і видами фільтрів

Основні відомості

Види фільтрів

Нутч-фільтри

Фільтропреси

2.3. Аркушеві фільтри

2.4. Патронні фільтри

2.5. Фільтропреси з горизонтальними камерами, автоматизовані (ФПАКМ)

Барабанні фільтри

Дискові вакуум-фільтри

Карусельні фільтри

Стрічкові фільтри

Відцентрові фільтри

Вібраційні фільтри

Інтенсифікація роботи фільтрів

Основні відомості

Фільтруванням називають процес розділення суспензій з використанням пористих перегородок, які затримують тверду фазу суспензії і пропускають її рідку фазу.

Розділення суспензії, що складається з рідини і зважених у ній твердих частинок, проводять за допомогою фільтру (рис. V-9), який в простому вигляді є посудиною, розділеною на дві частини фільтрувальною перегородкою. Суспензію поміщають в одну частину цієї посудини так, щоб вона стикалася з фільтрувальною перегородкою. У розділених частинах посудини створюють різницю тиску, під дією якої рідина проходить через пори фільтрувальної перегородки, причому тверді частинки затримуються на її поверхні. Таким чином суспензія розділяється на чистий фільтрат і вологий осад. Цей процес розділення суспензії називають фільтруванням з освітою осаду. Іноді тверді частинки проникають в пори фільтрувальної перегородки і затримуються там, не утворюючи осаду. Такий процес називають фільтруванням із закупорюванням пор. Можливий також проміжний вид фільтрування, коли тверді частинки проникають у пори фільтрувальної перегородки і утворюють на ній шар осаду.

Виникнення вказаних видів фільтрування пов'язане зі складною взаємозалежністю між властивостями суспензії і фільтрувальної перегородки.

Рис.7. Схема процесу фільтрування:

1 — фільтр; 2 — фільтруюча перегородка; 3 - суспензія; 4 - фільтрат; 5-осад.

Найбільш бажане фільтрування з утворенням осаду, коли закупорювання пор фільтрувальної перегородки твердими частинками з відповідним збільшенням її опору майже не відбувається. Такий вид фільтрування спостерігається при достатньо високій концентрації твердої фази в суспензії, причому цю концентрацію умовно можна прийняти більше 1 об’ємн. %. При вказаній концентрації над входами в пори фільтрувальної перегородки швидко утворюються частинки, які складаються з твердих частинок, що пропускають рідку фазу суспензії, але затримують інші тверді частинки.

Для запобігання закупорюванню пор фільтруючої перегородки при розділенні суспензії з відносно невеликою концентрацією твердої фази, наприклад у межах 0, 1-1 об’ємн. %, таку суспензію перед розділенням на фільтрі доцільно згустити у відстійниках.

Підвищення концентрації твердої фази здійснюють у ряді випадків також у фільтрах-згущувачах, з яких тверда фаза видаляється не у вигляді вологого осаду, а у вигляді згущеної суспензії.

Найбільш бажане фільтрування з закупорюванням пор фільтруючої перегородки, оскільки регенерація її в даному випадку дуже ускладнюється, а деколи стає неможливою внаслідок важкості вилучення твердих частинок з пор. Такий вид фільтрування називають також освітленням, причому орієнтовно можна прийняти, що воно відбувається при концентрації твердих частинок в суспензії менше 0, 1 об’ємн. %.

При розділенні суспензій з невеликою концентрацією тонкодисперсної твердої фази часто застосовують фільтрувальні допоміжні речовини, що перешкоджають проникненню твердих частинок у пори фільтрувальної перегородки. У їх якості тонкодисперсних або тонковолокнистих матеріалів, використовують діатоміт, перліт, азбест, целюлозу, активоване вугілля, деревинну муку.

Для отримання допоміжної речовини природні діатоміт і перліт піддаються особливій обробці, зокрема нагріванню, подрібненню і класифікації.

Допоміжні речовини наносять заздалегідь на фільтрувальну перегородку у вигляді шару завтовшки не більше 50 мм або в кількості близько 1% ваги суспензії додають до неї перед розділенням на фільтрі.

Шар допоміжної речовини наносять на фільтрувальну перегородку в результаті розділення на фільтрі суспензії цієї речовини в рідині, наприклад воді або заздалегідь отриманому фільтраті. Якщо шар допоміжної речовини товщиною 50 мм нанесений на фільтрувальну перегородку барабанного фільтру безперервної дії, що обертається, то зовнішні частини шару завтовшки приблизно 0, 1 мм безперервно зрізають ножовим пристроєм, який поступово з дуже невеликою швидкістю наближається до фільтрувальної перегородки. Внаслідок цього суспензія весь час стикається з свіжою поверхнею шару допоміжної речовини.

При додаванні допоміжної речовини до суспензії, що розділяється, концентрація твердих частинок в ній збільшується, що сприяє утворенню зведень над входами в пори фільтрувальної перегородки і запобігає, таким чином, закупорювання цих пор.

Активоване вугілля, окрім затримуючої здатності по відношенню до твердих частинок, володіє і адсорбційною дією; воно адсорбує розчинні в рідині речовини, наприклад речовини, що фарбуюють рідину.

Промивання осаду виконують способами витіснення і розбавлення.

Спосіб витіснення полягає в тому, що промивну рідину заливають на поверхню осаду у вигляді шару або подають в диспергованому стані із розбризкуючих пристроїв, причому промивна рідина під дією різниці тисків проходить крізь пори осаду, витісняє з них рідку фазу і змішується з нею. Цей спосіб застосовують, коли осад промивається легко і не містить пор, недоступних для промиваючої рідини.

Спосіб розбавлення характеризується тим, що осад знімається з фільтрувальної перегородки і перемішується в посудині, яка містить мішалку, з промивною рідиною, після чого суспензія, що утворилася, розділяється на фільтрі. Такий спосіб застосовують, якщо осад промивається важко.

У результаті промивки отримують достатньо розбавлену суміш рідкої фази суспензії і промивної рідини. Якщо рідка фаза містить цінні речовини, їх витягують з отриманої суміші кристалізацією, випаровуванням або ректифікацією. Тому бажано, щоб витрата промивної рідини була по можливості невелика, а концентрація розчинених у ній цінних речовин була як можна більшою. При одноразовій (одноступінчатій) промивці об'єм промивної рідини в 1, 5—2 рази перевищує об'єм рідкої фази, що залишилася в порах осаду після розділення суспензії. При багатократній (багатоступінчатій) промивці, яку можна виконувати способами витіснення і розбавлення, осад послідовно промивають, використовуючи промивну рідину зі все зростаючою концентрацією розчинених у ній цінних речовин. При цьому свіжа промивна рідина поступає на майже промитий осад, а найбільш концентрована — на той, що ще не промивався. Так здійснюють багатоступінчату протитечійну промивку осаду.

Продування осаду проводять з метою витіснення з його пор промивної рідини, що залишилася. Для продування зазвичай використовують повітря, а також інертні гази (азот, двоокис вуглецю), якщо в осаді присутня речовина, що дає з повітрям вибухову суміш. Продуванням можна видалити тільки частину рідини з пор осаду до досягнення рівноважної вологості.

Сушку осаду на фільтрі нагрітим або заздалегідь осушеним повітрям застосовують, коли бажано отримати на фільтрі осад з остаточною вологістю меншою рівноважної.