ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИЛЬТРОВАНИЯ С ОБРАЗОВАНИЕМ ОСАДКА НА ФИЛЬТРОВАЛЬНОЙ ПЕРЕГОРОДКЕ из "Фильтрование" Фильтрованием называют процессы разделения неоднородных систем при помощи пористых перегородок, которые задерживают одни фазы этих систем и пропускают другие. К этим процессам относятся разделение суспензий на чистую жидкость и влажный осадок, аэрозолей на чистый газ и сухой осадок или на чистый газ и жидкость. Закономерности, характеризующие процессы разделения перечисленных неоднородных систем,. наряду с общими чертами имеют также существенные отличия, причем закономерности процесса разделения суспензий установлены полнее по сравнению с соответствующими закономерностями для аэрозолей. В данной книге рассмотрены только процессы разделения суспензий применительно к условиям фильтрования, встречающимся в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, угольной, пищевой, целлюлозно-бумажной и некоторых других отраслях промыщ-ленности. [c.9] По нашему мнению, целесообразно различать понятия фильтрование и фильтрация , обозначая первым из них процессы разделения суспензий и других неоднородных систем в промышленных и лабораторных условиях, а вторым — процессы движения жидкостей и газов через пористые грунты в природных условиях. По аналогии термины фильтрование или фильтрация применяют к процессам разделения лучей, переменных токов и звуковых колебаний, т. е. к процессам, для осуществления которых вместо пористой среды используются соответствующие физические приборы. Однако неправильно называть фильтрованием процесс разделения аэрозолей посредством осаждения твердых частиц или Капелек жидкости в электростатическом поле электрофильтров. Поскольку для проведения этого процесса пористую перегородку не применяют, его следует называть электростатическим осаждением. [c.9] Разделение суспензии можно проводить для получения твердой или жидкой фазы, когда другая фаза является отходом, а также для одновременного получения твердой и жидкой фаз. [c.9] В промышленных условиях применяют разнообразные, часто довольно сложные по конструкции фильтры, причем фильтровальная перегородка обычно имеет плоскую или цилиндрическую форму. [c.10] Фильтры чаще всего подразделяются на периодически действующие и непрерывно действующие. В первых фильтровальная перегородка неподвижна, во вторых она непрерывно перемещается по замкнутому пути. При этом в фильтрах периодического действия на всех элементах перегородки одновременно осуществляются одни и те же процессы, например поступление суспензии, образование осадка или его удаление. В фильтрах непрерывного действия на различных элементах перегородки происходят разные процессы в зависимости от того, на каком участке замкнутого пути находится в данный момент рассматриваемый элемент перегородки так, на один участок перегородки поступает суспензия, а на других ее участках образуется и удаляется осадок. [c.10] Можно также подразделить фильтры по направлениям движения фильтрата и действия силы тяжести, поскольку оседание твердых частиц суспензии под действием этой силы влияет на закономерности фильтрования. Указанные направления могут совпадать (нутч с горизонтальной перегородкой, над которой находится суспензия), быть противоположными (вращающийся барабанный вакуум-фильтр, нижняя часть которого погружена в суспензию) или перпендикулярными друг, другу (плиточно-рамный фильтрпресс с вертикальными перегородками). [c.10] Фильтрование является гидродинамическим процессом, скорость которого прямо пропорциональна разности давлений, создаваемой по обеим сторонам фильтровальной перегородки (движущая сила процесса), и обратно пропорциональна сопротивлению, испытываемому жидкостью при ее движении через поры перегородки и слой образовавшегося осадка. [c.10] Разность давлений по обеим сторонам фильтровальной перегородки создают при помощи компрессоров, вакуум-насосов и жидкостных насосов, например поршневых и центробежных, а также используя гидростатическое давление самой разделяемой суспензии. [c.10] При использовании поршневых и центробежных насосов разность давлений обычно не превышает 0,5 МПа, но иногда достигает значительно большей величины. [c.11] Если при фильтровании применяют поршневой насос, процесс протекает с постоянной скоростью (определяемой производительностью насоса) при возрастающей разности давлений, что обусловлено увеличением толщины осадка. В случае использования центробежного насоса разность давлений и скорость фильтрования изменяются (вследствие уменьшения производительности насоса в результате возрастания сопротивления при увеличении толщины осадка). [c.11] Фильтрование под действием гидростатического давления суспензии до 0,05 МПа в производственных условиях применяется сравнительно редко этот способ используется при фильтровании воды на песчаных фильтрах. [c.11] Независимо от того, каким образом создают разность давлений, движущая сила процесса фильтрования возрастает прямо пропорционально этой разности. Однако в большинстве случаев скорость фильтрования возрастает медленнее, чем увеличивается разность давлений, так как при увеличении последней поры перегородки и осадка сжимаются, и сопротивление возрастает. [c.11] Не следует забывать, что в некоторых случаях, когда осадок отличается большой сжимаемостью, движущая сила и сопротивление возрастают почти пропорционально, вследствие чего повышением разности давлений не удается достигнуть заметного увеличения скорости фильтрования. [c.11] Сопротивление при фильтровании является суммой сопротивлений фильтровальной перегородки и слоя осадка. [c.11] Необходимая отличительная особенность всякой фильтровальной перегородки — наличие в ней сквозных нор, способных пропускать жидкость, но задерживать твердые частицы суспензии. При этом сквозные поры могут задерживать такие твердые частицы, размер которых меньше размера поперечного сечения пор в их самых узких частях (см. далее). В настоящее время применяют разнообразные по свойствам фильтровальные перегородки, в частности зернистые слои песка, диатомита, угля волокнистые слои из асбестовых и хлопчатобумажных волокон хлопчатобумажные или шерстяные ткани, а также ткани из синтетических волокон сетки из волосяных или металлических нитей пористые перегородки из кварца, шамота, спекшегося стеклянного или металлического порошка, а также из твердой резины (эбонита). [c.11] Условия изготовления фильтровальной перегородки также влияют на средний размер пор и их форму. Например, характеристика пор изменяется при предварительном прессовании волокнистых слоев, зависит от свойств нитей в тканях, от способов спекания керамических, стеклянных и металлических порошков. [c.12] Для некоторых фильтровальных перегородок, например для тканей и в особенности для волокнистых слоев, характерна значительная сжимаемость под действием разности давлений, обычно применяемой при фильтровании в производственных условиях. Другие фильтровальные перегородки, например керамические плитки и перегородки из спекшегося стеклянного или металлического порошка, полностью лишены этой способности. При сжатии толщина перегородки уменьшается, что сопровождается не только уменьшением ее пор, но и изменением их формы, обусловленным деформацией и относительным сдвигом элементов перегородки. [c.12] Существенное влияние на средний размер и форму пор оказывают процессы, происходящие в фильтровальной перегородке во время ее работы и приводящие к уменьшению эффективного размера пор и, следовательно, к повышению ее сопротивления движению жидкости. Основным процессом является проникание твердых частиц разделяемой суспензии в поры фильтровальной перегородки. В некоторых случаях следует также считаться с набуханием волокон органического происхождения. Увеличение сопротивления фильтровальной перегородки при ее работе может быть довольно значительным, причем промывкой. почти никогда не удается восстановить первоначальное сопротивление. Однако периодическая промывка часто предотвращает дальнейшее увеличение сопротивления. [c.12] Фильтровальные перегородки почти всегда размещаются на различных опорных устройствах, которые также оказывают сопротивление движению жидкости. Так, фильтровальные перегородки из волокон и тканей размещаются обычно на опорных перегородках с отверстиями при этом жидкость движется не только в направлении, перпендикулярном поверхности фильтровальной перегородки, но отчасти и в направлениях, параллельных этой перегородке, в тех зонах, которые находятся вблизи границы между фильтровальной и опорной перегородками. [c.12] Твердые частицы, увлекаемые потоком жидкости к фильтровальной перегородке, попадают в различные условия. Наиболее простой случай, когда твердая частица задерживается на поверхности фильтровальной перегородки и не проникает в пору вследствие того, что размер последней в начальном сечении меньше размера твердой частицы. Если размер твердой частицы меньше размера поры в самом узком ее сечении, частица может пройти через фильтровальную перегородку вместе с фильтратом. Однако она может задержаться внутри перегородки в результате адсорбции на стенках поры или механического торможения на том участке поры, который имеет очень неправильную форму. Такая застрявшая частица уменьшает эффективное сечение поры, и вероятность задерживания в ней последующих твердых частиц увеличивается. Возможен также случай, когда отдельная твердая частица полностью закупоривает пору и делает ее непроходимой для других частиц. Наконец, небольшая по сравнению с порами твердая частица может не войти в пору и остаться на поверхности фильтровальной перегородки. Это происходит тогда, когда над входом в пору на поверхности фильтровальной перегородки образуется сводик из нескольких относительно небольших твердых частиц, который пропускает жидкость и задерживает другие твердые частицы. Образование сводика наблюдается лишь при достаточно высокой концентрации твердых частиц в разделяемой суспензии. Все описанные явления встречаются на практике. [c.13] Вернуться к основной статье