История развития науки о процессах и аппаратах

Перепад давлений на фильтре. Перепад давлений, который определяющим образом влияет на его производительность, может быть создан как повышением давления перед фильтром, так и понижением давления за ним (вакуумированием пространства за фильтром). Повышение давления перед фильтром реализовать значительно легче технически, и полученный перепад давлений может во много раз превосходить перепад давлений, созданный вакуумированием. Казалось бы, это должно обеспечить большие преимущества фильтрам с повышенным давлением на входе. Однако это не так.
Один и тот же перепад давлений на фильтре в зависимости от того, каким образом он создан, оказывает либо сжимающее, либо растягивающее воздействие на частицы осадка. Повышение давления со стороны фильтруемой суспензии сжимает частицы осадка и, если они сжимаемы, деформирует их, уменьшая поры между ними. В результате расход фильтрата уменьшается вплоть до нуля, несмотря на повышение перепада давлений. При воздействии ва­куума со стороны фильтрата отсутствует сдавливание частиц. Деформация их сжатия заменяется деформацией растяжения. В результате поры осадка в процессе фильтрования не закрываются и расход фильтрата не уменьшается. Эта особенность ежи мае осадков объясняет большую производительность вакуумных фильтров и, как следствие, большее их распространение.
Виды течений жидкости в фильтре под действием перепада давлений. Существуют три предельных вида течений через различные устройства:
- ньютоновское, при котором перепад давлений пропорции лен квадрату расхода через рассматриваемое устройство (тр провод, кран, шайбу и др.);
- пуазейлевское, при котором перепад давлений на капиллярной трубочке или в слое пористого материала пропорционален ряду жидкости через них в первой степени;
- фильтрование суспензий через сжимаемую пористую среду пример через слой шлама, при котором перепад давлений обратно: пропорционален расходу жидкости в степени, лежащей между нулем и единицей.
Кроме этих предельных течений могут реализоваться разные их комбинации и промежуточные течения. Это создает большое разнообразие течений, которые можно использовать в конкретных устройствах.
Например, фильтрование на пористых мембранах реализуется в баромембранных установках. Такое фильтрование называют же микро- или ультрафильтрацией. Пористые мембраны пропускают через сквозные поры молекулы малых размеров (малой молекулярной массы) и задерживают высокомолекулярные соединения, в том числе микроорганизмы. Процессы, в которых происходит фильтрование микроорганизмов, называют стерилизацией.
Имеет место большое разнообразие разделительных свойств мембран. Их получают из гидрофобных материалов, например тонколистового фторопласта, либо облучением (бомбардиров; ускоренными тяжелыми ионами с последующим травлением образовавшихся треков до получения сквозных пор, либо полимеризацией из тонких жидких пленок мономеров (см. главу 21).
Все мембраны нуждаются в постоянной очистке и не являются универсальными для разделения частиц различных размеров. Уменьшить засорение мембран можно с помощью СВЧ-колебаний электромагнитного поля перед мембранами. При этом очищать входную полость фильтра можно реже.

3.3.1. Оборудование для фильтрования

Фильтровальное оборудование в зависимости от организации процесса делится на оборудование непрерывного и периодического действия. По способу создания перепада давления на пористой перегородке различают оборудование, работающее под вакуумом либо под избыточным давлением.

Избыточное давление может создаваться силами давления либо центробежной силой. В зависимости от способа создания перепада давления фильтровальное оборудование разделяют на фильтровальные аппараты (фильтры) и центрифуги.