Фильтрование

Все современные способы очистки можно разделить укрупнённо на две группы: механические фильтры, являющиеся перфорированной перегородкой той или иной конструкции, и очистители в силовых полях (гравитационные, центробежные, магнитные, электростатические).

По организации разности давления фильтрование бывает:

• гидростатическое (под действием массы среды над фильтрующей перегородкой);
• фильтрование под разрежением (нутч-фильтр);
• фильтрование под давлением (друк-фильтр);
• центробежное фильтрование^[2].

Фильтрование жидкостей в лаборатории проводят с помощью воронок, в которые вкладывается специальная фильтровальная бумага.

Фильтрование осуществляется либо в режиме постоянной разности давлений (например, вакуум-фильтры), либо в режиме постоянной скорости (например, рамный фильтр-пресс).

Значительно ускорить фильтрование в лаборатории, помогает наращивание носика воронок (воронка Бюхнера, или фильтр Шотта с пористой стеклянной фильтрующей пластиной-перегородкой) тонким, инертным к фильтрату шлангом, вертикально опускающимся на нижние этажи, или в колодец, по возможности более длинным (вплоть до 10 или более метров, при которых (10 м глубины), например водяной столб, стекающего вниз по шлангу из воронки фильтрата, создаёт разрежение ~1 атм, то есть вакуум^[3].

Недостатками являются:

• малая грязеёмкость;
• увеличение перепада давления по мере забивания отверстий или пор в перегородке;
• наличие байпасного клапана, перепускающего без очистки часть жидкости из линии загрязнённой жидкости в линию очищенной жидкости;
• ограничения по степени загрязнённости, подаваемой на очистку жидкостей;
• большие габаритные размеры, увеличивающиеся по мере увеличения пропускной способности или тонкости очистки и др.

Всё это приводит к необходимости периодической замены или регенерации фильтрующего элемента, встройки сигнальных устройств и т. п.

Недостатками для гравитационной очистки (осаждения) являются:

• большое время на очистку;
• большие площади очистительных ванн;
• малая производительность;
• зависимость от плотности частиц, температурных и других условий.

Для центрифуг:

• сложность конструкции;
• невозможность встройки непосредственно в технологический цикл;
• необходимость периодической разборки для очистки с последующей балансировкой;
• огромные энергетические затраты на очистку и др.

Для магнитной очистки:

• отбор в основном ферромагнитных частиц;
• необходимость в малой скорости обтекания (до 0,01 м/с);
• тонкость слоя жидкости, в котором магнитное воздействие эффективно;
• невозможность удерживания на магните большой массы уловленных частиц;
• зависимость от температуры, ударов (для постоянных магнитов) и др.

Для электростатической очистки:

• возможность работы только в токонепроводящих жидкостях;
• низкая производительность.

Выходом из этого положения в области очистки различных жидкостей явился принцип гидродинамической очистки. В её основе лежит создание возле каждой ячейки фильтроэлемента потоков, которые позволяют проникнуть через отверстие только частицам, размер которых заведомо (в 3÷10 раз) меньше размера отверстия. Более крупные частицы сбрасываются из фильтра или складируются в бункере. Фильтроэлемент не засоряется и не требует технического обслуживания в течение длительного времени работы, не нуждается в сменных элементах либо периодической регенерации, имеет меньший и постоянный перепад давления, большую пропускную способность.

Разделение суспензий или аэрозолей производят с помощью пористых перегородок, пропускающих жидкость или газ. В качестве фильтрующего материала применяют специальные лабораторные фильтры из фильтровальной бумаги. В промышленности используют фильтровальные ткани (напр. бельтинг), пористые вещества (например, фильтры из прессованного титана, асбеста, пористого стекла, полимеров и др.).

Для фильтрования применяются периодически действущие фильтры, в которых фильтровальная перегородка неподвижна, непрерывно действующие фильтры - перегородка движется по кругу, системы вакуумного фильтрования и др.

Процесс фильтрования широко применяется в промышленности (например, в производстве масла), в лабораториях, при очистке воды, воздуха и др.