3.1 Фильтровальные перегородки

Производительность фильтра и чистота фильтрата во многом зависят от используемой фильтровальной перегородки. Правильно выбранная перегородка должна обеспечивать необходимую степень задержания твердых частиц при минимально возможном гидравли­ческом сопротивлении. Кроме того, перегородка должна легко отделяться от осадка, обладать достаточно высокой механической стойкостью. Следует отметить, что проскок твердых частиц с фильтратом в начальный период фильтрования не является доста­точным основанием для того, чтобы считать фильтровальную перегородку непригодной. Свою предельную задерживающую спо­собность перегородка приобретает только после того, как умень­шается эффективный размер ее пор вследствие оседания в них мелких частиц и образования сводиков над входом в поры. Чтобы исключить проскок частиц в фильтрат, необходимо при снятии осадка с перегородки оставлять тонкий слой его.

В зависимости от размера дисперсных частиц, химической агрес­сивности и вязкости жидкой фазы суспензии на практике применяют фильтровальные перегородки из стеклянных, хлопчатобумажных, шерстяных и полимерных тканей и волокон, металлических сеток и т.п. До последнего времени применяли также асбестовые ткани и волокна, однако от них необходимо отказаться, учитывая канцерогенность асбестовой пыли.

При проведении фильтрования с образованием осадка необхо­димо избегать закупоривания пор фильтровальной перегородки, что может происходить при разделении суспензий с небольшой концентрацией твердой фазы. Для этого часто применяют вспомо­гательные вещества, образующие на перегородке слой, препят­ствующий проникновению микрочастиц суспензии в поры. В каче­стве вспомогательных веществ используют диатомит, перлит, дре­весный уголь, силикагель и т. д. Эти вещества добавляют в суспен­зию или наносят на фильтровальную перегородку перед ее исполь­зованием.

3.2 Уравнение фильтрации

(3.1)

где ∆р- разность давлений, R_ф.п - гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, μ- вязкость жидкости, τ- время фильтрования, S- поверхность фильтрования, х₀- коэффициент пропорциональности, r₀- удельное объемное сопротивление слоя осадка.

Это уравнение называют уравнением фильтрования при постоянной разности давлений.

На практике часто можно считать сопротивление фильтроваль­ной перегородки пренебрежимо малым по сравнению с сопротивле­нием осадка. Тогда уравнение (3.1) принимает вид:

(3.2)

Уравнения (3.1) и (3.2) применимы как к несжимаемым осадкам, так и к сжимаемым, поскольку при ∆р=const значения г₀ и х₀ в процессе фильтрования остаются постоянными. Из уравнения (3.2) видно, что объем фильтрата возрастает пропорционально квадратному корню из времени.

Уравнение (3.3) представляет собой уравнение фильтрования при постоянных разности давлений и скорости. Оно применимо для несжимаемых и сжимаемых осадков.

(3.3)

Уравнения центробежного фильтрования. Это фильтрование, осу­ществляемое под действием центробежной силы, проводят в фильт­рующих центрифугах. В отличие от отстойных центрифуг, они имеют барабан с перфорированной стенкой, покрытый изнутри фильтровальной перегородкой. Под действием разности давлений, получаемой с помощью центробежной силы, жидкая фаза проходит через фильтровальную перегородку. Твердая фаза задерживается на ней, формируя осадок. В общем случае разделение суспензий в фильтрующих центрифугах складывается из трех стадий: образова­ние осадка, уплотнение осадка и его механическая сушка (отжим). Границы между стадиями весьма условны: например, уплотнение осадка происходит и тогда, когда он еще не полностью сформиро­вался.

Кинетические уравнения (3.1) и (3.3) могут применяться к фильтрующим центрифугам на стадии образования осадка только в частных случаях: первое—в случае, когда объем образовавшегося осадка пропорционален количеству фильтрата (что может иметь место, например, когда плотность твердой фазы суспензии близка к плотности жидкой фазы); второе-когда осадок очень быстро образуется в результате осаждения под действием центробежной силы. Для второго и третьего периодов центрифугирования вообще не получено аналитических зависимостей, удовлетворительно опи­сывающих кинетику фильтрования. Ввиду этого продолжитель­ность центробежного фильтрования обычно находят опытным пу­тем.