История развития науки о процессах и аппаратах

Шламовое фильтрование. При шламовом фильтровании основной процесс происходит на слое осадка (шламе), отложившемся поверх фильтрующего материала. Устья пор фильтрующего материала при этом перекрываются частицами дисперсной фазы, и их слой нарастает в процессе фильтрования. По мере его нарастания растет и сопротивление фильтра. Наличие в фильтруемой суспензии коагулирующих и пептизирующих веществ может во много раз увеличить сопротивление осадка. Шламовое фильтрование реализуется для маловязких жидкостей, содержащих большое количество взвешенных частиц. В этом случае слой шлама на поверхности фильтрующего материала быстро нарастает. В начале процесса, когда слой шлама невелик, наблюдается проскок частиц через фильтр. Этот начальный период фильтрования называют периодом обдержки фильтра. Размеры пор фильтрующего материал для шламового фильтрования выбирают мелкими, чтобы частицы не проникали в них и не закупоривали фильтр.
Закупорочное фильтрование. Этот вид фильтрования реализует­ся при малом размере частиц и их небольшом количестве. В связи с малым количеством частиц шлам на поверхности фильтрующего материала не образуется в течение длительного времени.
Особенности закупорочного фильтрования. Процесс происходит /либо до полного закупоривания фильтрующего элемента осадком, либо до уменьшения расхода фильтрата через него на заданную величину. Во всех случаях теория закупорочного фильтрования рассматривает зависимость скорости фильтрования от основных действующих факторов, которую получим следующим образом.
Для закупорочного фильтрования важен выбор фильтрующего материала. Он должен иметь такие поперечные размеры пор, которые согласуются с размерами задерживаемых частиц. Важен — также правильный выбор объемов фильтрующего материала, занятых соответствующими порами. Поясним это.
Если в качестве фильтрующего материала взять мелкопористую пластину, размер пор которой меньше размеров всех задерживаемых частиц, фильтр с таким фильтрующим материалом будет работать эффективно, но недолго. Крупные частицы относительно быстро закупорят первый по ходу фильтрата слой пор, и расход через фильтр недопустимо снизится, вплоть до полного закупоривания. Более глубоко расположенные слои фильтрующего материала останутся незаполненными фильтруемыми частицами. Этот пример свидетельствует о том, что фильтрующий материал следует специально конструировать для фильтрования конкретных суспензий.
Фильтрующий материал должен иметь поры, поперечные размеры которых уменьшаются по ходу фильтрата. При этом более мелкие частицы задерживаются более глубоко расположенными порами.
При фильтровании реальных низкоконцентрированных суспензий типа питьевой воды, когда ставится задача добиться повышенной чистоты фильтрата, возможно использование только закупорочного фильтрования. Шламовое фильтрование в этом случае не реализуется вследствие низкой концентрации суспензии. Для образования слоя шлама, достаточного для фильтрования, этом случае приходится отфильтровывать так много суспензии, что это становится практически неприемлемым. Для реализации шламового фильтрования в этом случае могут применяться искусственные приемы. Например, в начале процесса на фильтрующую перегородку может быть специально направлена струя жидкости, содержащая мелкодисперсный неорганический материал типа кизельгура (осадочная горная порода, состоящая из опалового кремнезема). Образовавшийся из него шлам является основой для последующего шламового фильтрования.
Как уже было сказано, закупорочное фильтрование имеет ту особенность, что более крупные фильтруемые частицы задерживаются начальной частью фильтра, а более мелкие — более глубоко расположенными его частями. Если крупных частиц в осадке много, начальная часть фильтра быстро заполняется ими. Глубинные слои при этом остаются свободными от частиц. Для рационального использования всего объема фильтра необходимо крупные частицы отфильтровать на другом более крупнозернистом фильтре, т. е. на фильтре с более крупным порогом пропускания. Это заставляет создавать фильтрующие системы, включающие предварительную, окончательную, а при необходимости и промежуточные ступени очистки.
Задерживание частиц в порах фильтра носит вероятностный характер и оценивается параметром, называемым эффективностью задерживания. Эффективность задерживания определяют как относительное количество отфильтрованных частиц. С повышением размеров частиц эффективность задерживания увеличивается.