Загальні відомості процесу фільтрування

Фільтрування здійснюється в спеціальних апаратах – фільтрах, які, як уже згадувалося, мають фільтрувальну перегородку. По обидві боки фільтрувальної перегородки створюється різниця тисків, під дією якої рідина проходить через перегородку, а тверді частинки затримуються на її поверхні. Таким чином, суспензія розділюється на чистий фільтрат і вологий осад. В разі необхідності осад промивається водою або іншою рідиною, а також продувається повітрям із метою його осушування. Тверді частинки дуже в’язких і слабоконцентрованих тонкодисперсних суспензій можуть проникати в пори фільтрувальної перегородки й затримуватися там, не утворюючи осад. Такий процес називається фільтруванням із закупорюванням пор. Можливий також проміжний вид фільтрування, коли тверді частинки проникають у пори фільтрувальної перегородки й утворюють на її поверхні шар осаду. З метою запобігання або уповільнення закупорювання пор використовують допоміжні речовини (діатоміт, перліт, азбест, целюлозу та ін.), які додають у суспензію (приблизно 1 % від маси суспензії), або наносять на фільтрувальну перегородку товщиною до 50 мм. Принцип дії таких матеріалів полягає в тому, що вони над порами утворюють невеликі склепіння, які пропускають рідину і затримують інші тверді частинки. Допоміжні речовини природного походження попередньо спеціально обробляють (нагрівають, подрібнюють, класифікують тощо).

Рідина при русі через шар осаду і фільтрувальну перегородку зазнає гідравлічний опір, для подолання якого необхідно створення перепаду тисків. Різницю тисків по обидві боки фільтрувальної перегородки створюють різними способами, внаслідок чого здійснюються різні процеси фільтрування.

Якщо простір над суспензією з’єднують із джерелом стиснутого газу (звичайно, повітря) або простір під фільтрувальною перегородкою під’єднують до джерела вакууму, то процес фільтрування здійснюється при постійній різниці тисків, оскільки тиск у ресиверах підтримується постійним. У такому випадку швидкість фільтрування зменшується внаслідок збільшення гідравлічного опору шару осаду із зростанням його висоти.

Якщо суспензію подають поршневим насосом, продуктивність якого постійна при певній кількості обертів електродвигуна приводу, процес фільтрування здійснюється при постійній швидкості, незважаючи на те, що гідравлічний опір шару осаду зростає.

У випадку подавання суспензії на фільтр відцентровим насосом, продуктивність якого при заданій кількості обертів електродвигуна приводу зменшується із зростанням опору осаду, а відповідно і зростає перепад тисків до і після фільтрувальної перегородки, процес фільтрування здійснюється при змінних різниці тисків і швидкості.

У промисловості фільтрування звичайно здійснюють за наступної різниці тисків:

- під вакуумом 5*10⁴ – 9*10⁴ Па

- під тиском стиснутого повітря не більш 30*10⁴ Па

- при подачі поршневим або відцентровим

насосом до 50*⁴ Па і більш

- при гідростатичному тиску шару суспензії до 5*10⁴ Па

Найбільш бажане фільтрування з утворенням осаду, коли закупорювання пор фільтрувальної перегородки майже не відбувається, а відповідно не зростає її гідравлічний опір. Такий вид фільтрування спостерігається за достатньо високої концентрації твердої фази в суспензії (більше 1 об’єм. %).

Найменш бажане фільтрування із закупорюванням пор фільтрувальної перегородки, яке виникає за концентрації твердих частинок у суспензії менше 0,1 %. Такий вид фільтрування іноді називають проясненням.

Осади, що отримують при фільтруванні, бувають нестисливі й стисливі. Нестисливі – це осади (наприклад, частинки піску, кристали карбонату кальцію), порізність яких, тобто відношення об’єму пор до об’єму осаду, не зменшується із збільшенням різниці тисків. Порізність стисливих осадів (наприклад, гідроксидів металів –алюмінію, заліза, міді) зменшується, а опір потоку рідкої фази зростає із збільшенням різниці тисків.

Для запобігання стиснення осадів до тонкодисперсних суспензій додають різні коагулянти й флокулянти, які сприяють агрегатуванню дрібних частинок і збільшенню пористості осаду, внаслідок чого зменшується гідравлічний опір осаду і зростає швидкість фільтрування.

У промисловості в разі необхідності фільтрування супроводжується додатковими операціями – промиванням, продуванням і осушуванням осаду на фільтрі.

Промивання осаду здійснюють способами витиснення й розбавлення.

Спосіб витиснення полягає в тому, що промивну рідину подають на поверхню осаду у вигляді шару або в диспергованому стані з розбризкувальних пристроїв. Під дією різниці тисків у фільтрі промивна рідина проходить крізь пори осаду, витискує з нього рідку фазу і змішується з нею.

За способом розбавлення, осад знімається з фільтрувальної перегородки і перемішується в посудині з промивною рідиною, після чого утворена суспензія розділюється на фільтрі. Такий спосіб використовується, коли осад промивається дуже повільно.

Якщо після промивання рідка фаза містить цінні речовини, їх вилучають із розбавленої суспензії кристалізацією, випарюванням або ректифікацією. Тому бажано, щоби витрати промивної рідини під час промивання були невеликими, а концентрація розчинених у ній цінних речовин була як можна більшою.

Продування осаду здійснюють із метою витіснення з його пор залишків промивної рідини. Для продування звичайно використовують повітря або інертні гази (азот, двоокис вуглецю тощо), якщо в осаді присутні речовини, що утворюють із повітрям вибухові суміші.

Сушіння осаду на фільтрі , коли бажано отримати осад із кінцевою вологістю менше рівноважної, здійснюють гарячим повітрям.