Типы фильтрующих перегородок и осадков
Для фильтрования применяются следующие виды перегородок:
насыпные, состоящие из слоя мелкозернистых материалов (гравий, песок и др.), обладающие высокой полнотой разделения суспензий, но отличающиеся большим сопротивлением, поскольку осадок проникает внутрь фильтрующего слоя и требуются специальные приемы для его отделения. Такие фильтровальные перегородки применяют для суспензий с малой концентрацией осадка;
набивные, состоящие из слоя волокнистых материалов (вата хлопчатобумажная, шерстяная, шлаковая, стеклянная, асбестовое волокно и т.д.); характеристика та же, что и для насыпных перегородок;
керамические, состоящие из плоских пористых кислотоупорных плиток, применяющиеся для фильтрования кислых сред; характеристика та же, что и для насыпных перегородок;
тканевые, обладающие относительно малым сопротивлением и удобные в конструктивном отношении;
плетеные, представляющие собой сетки из тонкой проволоки, выполненные из цветных металлов и сплавов; отличаются пониженной задерживающей способностью и поэтому в начале фильтрования пропускают в фильтрат мелкие частицы. Однако осадок, который откладывается в последующем, обеспечивает высокую фильтровальную способность. Плетеные перегородки часто применяют для фильтрования при повышенной температуре, причем первые порции мутного фильтрата возвращаются на повторное фильтрование.
В ряде случаев фильтровальная перегородка не обладает достаточной задерживающей способностью и для придания ей необходимых фильтрующих свойств на ее поверхность намывают слой вспомогательного фильтрующего вещества (кизельгура, диатомита, перлита и т.п.). Слой осадка из вспомогательного вещества служит фильтровальной перегородкой, которая и задерживает мелкие частицы суспензии (менее 1 мкм).
Важной характеристикой осадка является его пористость, влияющая на проницаемость жидкости и обусловливающая величину сопротивления, оказываемого потоку фильтрата. Осадок, который при фильтровании независимо от давления имеет одну и ту же пористость, называется несжимаемым и состоит обычно из твердых кристаллических частиц,размеры которых варьируются в широком интервале.
Большая часть осадков состоит из мягких частиц, которые с повышением давления уплотняются, вследствие чего их проницаемость уменьшается. Такие осадки называются сжимаемыми.
Существуют суспензии, содержащие очень мелкие илистые частицы, которые при прохождении через фильтрующую перегородку образуют на ней непроницаемый для жидкости осадок. Чтобы сделать возможным фильтрование для таких суспензий, в них добавляют мелкие частицы другого материала (например, песок, кварц и др.), которые придают осадку жесткую пространственную структуру с мелкими порами, и в этом случае осадок становится проницаемым. Осадки, структура которых различна в отдельных частях их объема, называются неоднородными.
Для оценки различных осадков при фильтровании вводится понятие об удельном сопротивлении осадка r, которое определяется экспериментально. Для каждого несжимаемого осадка r= const.
Для сжимаемых осадков принимают зависимость проницаемости от давления в виде
где m — показатель сжимаемости, лежащий в пределах 0 < m < 1; r0- удельное сопротивление осадка при ∆р = 1 Па.
Для несжимаемых осадков m = 0. Удельное сопротивление неоднородных осадков зависит от многих факторов.
Способы фильтрования
Фильтрованием называется процесс разделения суспензий и аэрозолей с использованием пористых перегородок, на поверхности которых задерживаются взвешенные в жидкости или газе твердые частицы, образующие на перегородке слой осадка. Жидкость, отделенная от осадка, называется фильтратом.
В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности фильтрование применяется в процессах депарафинизации масел, производства парафина, церезина, пластичных смазок, при очистке нефтепродуктов и контактной очистке масел, для улавливания технического углерода, отделения химических реактивов и особо чистых химических веществ и других ценных продуктов от газов, отходящих от технологических установок распыливающего типа и печей кипящего слоя. Движение жидкости через пористые перегородки и слой осадка создают за счет разности давления в аппарате, являющейся движущей силой процесса.
Перепад давления может создаваться: 1) столбом жидкости над фильтрующей перегородкой (гидростатическое фильтрование); 2) избыточным давлением жидкости, например, при подаче ее насосом (фильтрование под давлением); 3) путем создания разрежения под фильтрующей перегородкой при помощи вакуум-насоса (фильтрование под вакуумом).
Разделение суспензий на фильтрах обычно состоит не только из основной операции
по фильтрованию суспензий, но в ряде случаев и из вспомогательных операций, таких как
промывка осадка (при которой с помощью специальной жидкости фильтрат выдавливается
из пор осадка), его продувка и сушка воздухом или инертным газом.
Режим при постоянном перепаде давления∆р (вакуумное фильтрование, гидростатическое фильтрование с постоянным столбом жидкости над фильтрующей перегородкой, подача суспензии центробежным насосом при постоянном избыточном давлении на выкиде насоса). При этом режиме скорость фильтрования в связи с постоянным увеличением высоты слоя осадка и ростом его сопротивления с течением времени уменьшается.
Режим при постоянной скорости С(подача суспензии на фильтр поршневым или плунжерным насосом постоянной производительности).При режиме с постоянной скоростью фильтрования слой осадка и его сопротивление постоянно увеличиваются, вследствие чего должно непрерывно расти давление поступающей суспензии, а следовательно, и перепад давления ∆р.
Эффективность разделения и производительность фильтра зависят от свойств обрабатываемой суспензии, правильного выбора типа фильтра, его оснащения и режима работы. В связи с этим для достижения оптимальных условий процесса фильтрования выбор типа фильтра, фильтровальной перегородки и режимов фильтрования должен проводиться на основе экспериментального изучения особенностей фильтрования данной суспензии на лабораторных или пилотных установках.