Фильтрование. Виды фильтрований

Фильтрование обеспечивает разделение суспензий, пыли и туманов с помощью пористой (фильтровальной) перегородки, способной пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные в них твердые частицы. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений жидкости по обе стороны от фильтрующей перегородки. Жидкость проходит через поры перегородки, а твердые частицы задерживаются на ней, образуя слой осадка. Фильтрование применяется для более тонкого, чем при осаждении, разделения суспензий и пыли.

От правильного выбора фильтровальной перегородки во многом зависят производительность фильтра, чистота получаемого фильтрата.

В качестве пористых перегородок используются:
- зернистые материалы: песок, уголь, асбест и др.;
- ткани: шерстяные (в основном грубошерстные), хлопчатобумажные (бязь, фланель), минеральные (асбестовая ткань), металлотканые (металлические сетки);
- жесткие пористые перегородки (в основном керамические).

1. В последнее время в промышленную практику вошли также синтетические материалы: полиамидные (нейлон, капрон, анид и др.); полиакрилонитриловые (орлан, нитрон, дралон и др.); поливинилхлоридные (саран, ровин и др.); полиэтиленовые и полипропиленовые; полиэфирные (терилен, дакрон, лавсан, териталь и др.); фторлоновые (тефлон, фторлон); металлические, покрытые пластиком.

2. При разделении суспензий в зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств суспензии фильтрование может быть с образованием осадка на поверхности перегородки, с закупориванием пор фильтрующей перегородки и с промежуточным видом фильтрования (закупоривание пор и отложение осадка на поверхности).

3. По целевому назначению процесс фильтрования может быть очистным или продуктовым.Очистное фильтрование применяют для разделения суспензий, очистки растворов от включений. В этом случае целевым продуктом является фильтрат. В пищевой промышленности очистное фильтрование используют при осветлении вина, виноматериалов, молока, пива и других продуктов.

Цель продуктового фильтрования – выделение из суспензии диспергированных в них продуктов в виде осадка. Примером фильтрования такого вида может быть разделение дрожжевых суспензий, в которых целевым продуктом является осадок.

Процесс фильтрования в промышленных условиях проводится на фильтрах периодического и непрерывного действия. Фильтры периодического действия позволяют проводить фильтрование в любом режиме. Непрерывно действующие фильтры работают только при постоянной разности давления, обеспечивая непрерывное удаление осадка, что является их существенным преимуществом.

По способу создания разности давления (движущей силы) различают фильтры, работающие под давлением, и фильтры, работающие под вакуумом.

Давление над фильтрующей перегородкой вызывает уплотнение осадка, в результате чего создается добавочное сопротивление, снижающее скорость фильтрования. Кроме того, создание герметичной конструкции над фильтрующей перегородкой осложняет процесс выгрузки осадка, в связи с чем в большинстве конструкций используют вакуум под фильтрующей перегородкой.

По расположению слоя осадка относительно фильтрующей перегородки различают перегородки с верхним расположением осадка, вертикальным расположением и с расположением осадка под фильтрующей перегородкой.

Фильтрование может обеспечить почти полную очистку жидкости от взвешенных частиц и в этом имеет преимущество перед осаждением. С целью повышения скорости фильтрования при разделении суспензий с небольшой концентрацией твердой фазы либо содержащих слизистые вещества фильтрование проводят в присутствии вспомогательных веществ, препятствующих закупориванию пор перегородки. Слой вещества наносят на нее перед фильтрованием суспензии.

В качестве вспомогательных веществ используются тонкодисперсные угли, асбест, перлит, асканит и др. Основными величинами, характеризующими процесс фильтрования, являются скорость и продолжительность фильтрования, зависящие от перепада давления на фильтре, вязкости фильтрата и гидравлического сопротивления при фильтровании.

К фильтрам периодического действия относятся нутч-фильтр (работает под вакуумом и под избыточным давлением), фильтр–пресс (различают по размерам фильтрующей поверхности, способу уплотнения рам и плит, температуре фильтрования, способу промывки осадка и др.).

Нутч–фильтры (с плоской фильтрующей перегородкой) в основном используют для разделения суспензий в малотоннажных производствах. Цикл работы фильтра состоит из заполнения его суспензией, фильтрования суспензии под давлением, удаления осадка с фильтровальной перегородки при вращающейся мешалке и регенерации фильтровальной перегородки. Используют перегородки из картона, бельтинга и синтетических волокон. Недостатком нутч–фильтров является большая занимаемая площадь и сложность обслуживания.

Находят широкое распространение камерные автоматизированные прессы. В этой конструкции фильтрующие плиты расположены горизонтально, фильтрующая ткань в них выполнена в виде бесконечной ленты.

Процессы сжатия плит, фильтрации, съема осадка и регенерации ткани механизированы. Прессы этого типа более производительны, почти исключена в них ручная работа, но остается сложной регулировка всех элементов. Для фильтрования суспензий с твердой фазой (10–400 г/дм) лучше использовать камерный автоматический фильтр–пресс ФПАКМ, производительность которого в 6–20 раз больше в сравнении с другими фильтрами. В сахарной промышленности используется автоматический фильтр–пресс РКО.

Для осветления виноматериалов, молока, вина, пива используется рамный фильтр–пресс. Рамные фильтр–прессы значительно проще и дешевле камерных, но в них трудоемка выгрузка осадка.

Фильтры бывают песочные, патронные, дисковые, тарельчатые, листовые и др.

Песочные фильтры применяют для фильтрования воды, водки и подобного с небольшим содержанием твердых и хлопьевидных частиц.

Патронные фильтры (из пористой керамики, диатомита, в основном металлокерамические) используют для тонких суспензий. Их применяют в производстве безалкогольных напитков для освобождения воды от взвешенных частиц и микроорганизмов, очистки сахарных и других растворов.

Дисковые фильтры с фильтровальной сеткой на секторах используют для суспензий.
Тарельчатые фильтры (на тарелках фильтровальная металлическая сетка или ткань) с центробежной выгрузкой осадка применяют в свеклосахарном производстве, в производстве растительных масел и др.

Листовые фильтры (на раме металлическая сетка, а сверху мешок из фильтровальной ткани) используют вместо отстойников для сгущения сахарных сиропов. Достоинством листовых фильтров является их компактность, существенным недостатком – необходимость смены фильтрующих мешков.

Непрерывно действующими фильтрами являются барабанные, дисковые, ленточные.

Барабанные фильтры с наружной поверхностью фильтрации изготавливаются различных модификаций – с диаметром барабана до 3 м и поверхностями фильтров до 40 м2. Применяются также видоизмененные конструкции барабанных фильтров с внутренними поверхностями фильтрации. Барабанные вакуум–фильтры используют при непрерывном разделении суспензий концентрацией 50–500 кг/м3. В пищевой промышленности их применяют для извлечения пива и дрожжей из дрожжевой суспензии, образующейся при седиментации в бродильных чанах и танках.

В дисковых фильтрах фильтрующая ткань расположена по обе стороны дисков, и получающийся осадок снимается с каждой поверхности диска радиально расположенным ножом. По конструкции такой фильтр более компактен, а поверхность фильтрования может быть увеличена до 100 м2.

Дисковые фильтры используют для разделения тонкодисперсных суспензий. Они работают под давлением (0,5 МПа) с намывным слоем вспомогательного вещества.

В ленточных фильтрах суспензию заливают на верхнюю ветвь медленно движущейся ленты, фильтрат под действием вакуума отсасывается из отверстий ленты в камеры. Отфильтрованный осадок ссыпается при огибании лентой барабана. В нижней ветви ленты фильтровальная ткань промывается. Ленточные фильтры применяются для фильтрования суспензий с неоднородной крупностью осадка при необходимости его промывки.

Фильтрация широко распространена во всех отраслях пищевой промышленности. Так, в пивоварении фильтрация используется для отделения дробленого солода от сусла и для осветления пива. В виноделии, в соковом, консервном, ликерно-водочном производствах отфильтровываются части тканей плодов, ягод. Очень широко применяется фильтрация в свеклосахарном, крахмалопаточном и других производствах.