Основной процесс, протекающий при фильтровании, состоит в проникновении твердых частиц разделяемой суспензии в поры фильтровальной ткани. В случаях применения тканей из волокон органического происхождения следует также считаться с их набуханием.

Фильтровальные ткани размещаются обычно на перфорированных опорных каркасах, при этом жидкость движется не только в направлении, перпендикулярном поверхности фильтровальной ткани, но отчасти и в направлениях, параллельных ткани, в тех зонах, которые находятся вблизи границы между фильтровальной тканью и опорным каркасом.

Отделение твердых частиц суспензий от жидкости при помощи фильтровальных тканей является сложным процессом. Особенно существенно, что для такого отделения нет необходимости применять ткани с порами, средний размер которых был бы не меньше среднего размера твердых частиц.

Как оказывается, твердые частицы успешно задерживаются фильтровальными тканями с порами, средний размер которых значительно превышает средний размер отделяемых частиц. Твердые частицы, увлекаемые потоком жидкости к фильтровальной ткани, попадают в различные условия. Наиболее простым является случай, когда твердая частица задерживается на поверхности фильтровальной ткани и не проникает в пору вследствие того, что размер последней в самом широком сечении меньше размера твердой частицы. Если размер твердой частицы меньше размера поры в самом узком ее сечении, частица может пройти через фильтровальную ткань вместе с фильтратом. Однако она может задержаться внутри фильтровальной ткани в результате адсорбции на стенках поры или механического торможения на участке поры, который имеет неправильную форму. Такая застрявшая частица будет уменьшать эффективное сечение поры, и вероятность задерживания в ней последующих твердых частиц увеличится.

Возможен также случай, когда отдельная твердая частица полностью закупоривает пору и делает ее непроходимой для других частиц. Наконец, небольшая по сравнению с порами твердая частица может тем не менее не войти в пору и остаться на поверхности ткани. Это происходит тогда, когда над входом в пору на поверхности ткани образуется сводик из нескольких относительно небольших твердых частиц, который пропускает жидкость, но задерживает другие твердые частицы.

Нельзя не считаться и с физико-химическими факторами, такими, как содержание в суспензии смолистых и коллоидных примесей, засоряющих поры, влияние электрокинетического потенциала, возникающего на границе раздела твердой и жидкой фаз, уменьшающего эффективное сечение пор, наличие сольватной оболочки на твердых частицах (действие ее проявляется при соприкосновении частиц в процессе образования осадка) и другими факторами.

Вследствие совместного влияния гидродинамических и физико-химических факторов изучение работы тканей в процессах фильтрования и их сопротивления как функции всех этих факторов крайне сложно. Процесс фильтрования осложняется и из-за неравномерного размера твердых частиц суспензии, способности этих частиц деформироваться при действии разности давлений и оседать под действием тяжести.

Чтобы иметь представление о работе фильтровальных тканей в фильтрах, а также требованиях, предъявляемых к ним, рассмотрим принципы работы некоторых из них. При этом нет необходимости рассматривать все конструкции фильтров, в том числе новейшие из них, так как это хорошо выполнено В. А. Жужиковым в его монографии.

1. Устройство и принцип работы барабанного вакуум-фильтра (рис. 1). Фильтр состоит из горизонтально расположенного вращающегося барабана /, частично погруженного в корыто 2 с фильтруемой суспензией. Фильтрующая поверхность, покрытая фильтровальной тканью, находится на боковой поверхности цилиндра и состоит из перфорированного сита.

Пространство под ситом разделено по окружности на ряд секций 5, разобщенных одна от другой. Каждая секция имеет свой отводящий канал. Каналы секций выходят на торцевую поверхность цапфы барабана, к этой поверхности прижата своим зеркалом неподвижная распределительная головка 4 фильтра.

При вращении барабана секции последовательно сообщаются с камерами /IV распределительной головки. В зоне 5 фильтрат поступает через ткань внутрь секций, а из них через камеру /, сообщающуюся с вакуумной линией, отводится из фильтра. Твердая фаза задерживается на поверхности ткани, образуя слой осадка.

При переходе в следующую зону 6 осадок промывается и обезвоживается, а промывочный фильтрат и воздух отводятся из секций через камеру //, также сообщающуюся с вакуумной линией. В зоне съема осадка 7 внутрь секций через камеру /// поступает сжатый воздух, способствующий отделению от ткани и съему осадка ножом 9.

В зоне 8 производится регенерация ткани воздухом или паром, поступающим в секции через камеру IV.

2. Устройство и принцип работы барабанного вакуум-фильтра с внутренней фильтрующей поверхностью (рис. 2). Фильтр состоит из горизонтально расположенного вращающегося на роликах барабана Л имеющего с одной стороны глухую плоскую стенку, а с другой стенку с большим отверстием, образующую кольцевой борт 2. Внутри барабана приварено 1620 продольных полос 5, образующих неглубокие отсеки-секции, в которые уложены дренирующие основания 4. Последние покрыты фильтровальной тканью, прикрепленной продольными планками между секциями, и образуют (после экипировки) разобщенные одно от другого пространства. Эти пространства радиальными трубами 5, идущими снаружи по глухой стенке барабана, сообщены с цапфой, имеющей соответствующее количество секционных каналов 6. Каналы выходят на торцевую поверхность цапфы. К этой поверхности прижата своим зеркалом неподвижная распределительная головка 7. При вращении барабана секции



последовательно сообщаются с камерами IIII распределительной головки.

Суспензия заполняет пространство в барабане до уровня кольцевого борта. В зоне фильтрования и обезвоживания 8 фильтрат поступает через ткань внутрь секций, а из них по трубам и каналам цапфы и через камеру I, сообщающуюся с вакуумом, отводится из фильтра.



Твердая фаза задерживается на поверхности ткани, образуя слой осадка. В зоне обезвоживания свободная жидкость из осадка отводится через ту же камеру /. В зоне съема осадка 9 внутрь секций через камеру // поступает сжатый воздух, и осадок падает в бункер II, из которого удаляется ленточным транспортером 12,

В зоне 10 производится регенерация ткани сжатым воздухом или реже паром, поступающим в секции через камеру III.

3. Устройство и принцип работы дискового вакуум-фильтра (рис. 3). Фильтр состоит из горизонтально расположенного вращающегося вала 1 с установленными на нем дисками 29 частично погруженными в корыто 3 с фильтруемой суспензией. Каждый диск состоит из 12 разобщенных один от другого полых секторов 4 с перфорированными стенками, обтянутыми фильтровальной тканью. Вал фильтра полый, двустенный, в кольцевом пространстве, между наружной и внутренней стенками его, разделенном продольными ребрами, расположено 12 каналов-секций. Диски установлены на валу таким образом, что полость каждого сектора сообщается со своим каналом в валу. Каналы выходят на торцевую поверхность вала, к которой прижата своим зеркалом распределительная головка 5 фильтра.

При вращении вала все секции последовательно сообщаются с камерами IIII распределительной головки. В зоне фильтрации 6 фильтрат поступает через ткань в полость секторов, затем через каналы вала и камеру / головки, сообщающуюся с вакуумом, отводится из фильтра.

Твердая фаза задерживается на поверхности ткани, образуя слой осадка.

В зоне обезвоживания 7 свободная жидкость отсасывается из осадка и отводится из фильтра тем же путем, что и фильтрат. В зоне съема осадка 8 внутрь секции через камеру // подается сжатый воздух, способствующий отделению т ткани и съему осадка ножом 10.

В зоне 9 производится регенерация ткани воздухом или реже паром, поступающим через камеру ///. Если забивания ткани не наблюдается, зона регенерации не используется.

4. Устройство и принцип работы мешочного гравитационного фильтра (рис. 4). Фильтр состоит из прямоугольного корпуса с откидной герметически закрывающейся крышкой. Внутри корпуса фильтра установлены фильтрующие рамки из гофрированного листа с надетыми на них фильтровальными мешками.

Подлежащая фильтрации жидкость подается в нижнюю часть корпуса под давлением 2 м вод. ст., проходит через ткань мешков в рамки, из которых по трубкам поступает в желоб.

Фильтр предназначен для осветления растворов, содержащих небольшое количество взвешенных частиц твердой фазы.

5. Устройство и принцип работы рамного (рис. 5) и камерного (рис. 6) фильтр-прессов. Рамный фильтр-пресс состоит из набора чередующихся плит / и рам 2, сжатых с помощью зажима 4 между концевыми плитами – упорной неподвижной 5 и нажимной передвигающейся 6. Рама служит приемной камерой для суспензии, а плита с рифлеными боковыми поверхностями – дренирующим основанием для фильтровальной ткани и образует дренажные каналы для отвода фильтрата. Фильтровальная ткань 3 покрывает поверхность плиты и одновременно служит уплотнением между плитой и рамой.

В специальных приливах 7 рам и плит (или в поле уплотняющей поверхности 8) находятся отверстия, которые после сборки фильтр-пресса образуют сплошные каналы, предназначенные для подвода суспензии, сжатого воздуха, пара, промывочной жидкости или для отвода фильтрата.

Каналы для подачи суспензии, промывочной жидкости, воздуха и пара сообщаются с пространством рам, канал для отвода фильтрата с дренажным пространством плит. Суспензия по каналу 9 и через щелевидные отверстия 10 поступает в пространство рам. Жидкая фаза суспензии, проходя под действием давления через ткань в дренажные желобки плиты, стекает вниз и в случае

открытого отвода фильтрата сливается через отверстие 15 в теле плиты и носок в приемный желоб 12, в случае закрытого отвода фильтрат из дренажных желобков поступает через отверстие 11 в теле плиты в сквозной канал 13. Твердая фаза задерживается тканью и образует на поверхности нарастающий слой осадка. Когда сопротивление осадка возрастает настолько, что дальнейшая работа фильтр-пресса становится нерациональной, подачу суспензии прекращают и производят, если необходимо, промывку осадка водой, подаваемой по каналу 9 для подачи суспензии. Фильтрат, получаемый при промывке, выходит тем же путем, что и основной фильтрат. После промывки осадок может быть отжат от избыточной влаги сжатым воздухом, подаваемым в пространство рамы по специальному каналу 14 или по каналу для суспензии. Сжатый воздух вытесняет свободную влагу из пор осадка.

После отжима осадка фильтр-пресс разгружают, для чего снимают давление зажима, отодвигая одну за другой рамы и плиты, очищают рабочую поверхность ткани. После очистки фильтр-пресс снова собирают и возобновляют цикл.

Камерный фильтр-пресс, в отличие от рамного, состоит из одних плит I, но их дренирующая поверхность 2 находится не на одном уровне с поверхностью уплотнения, как у рамных фильтр-прессов, а в углублении, благодаря чему после сборки образуются между плитами замкнутые пространства камеры 3.



Фильтровальная ткань прокладывается между плитами в два слоя 4 и 5 и служит одновременно уплотнением. Суспензия заполняет камеры через отверстие б в плитах. Ткань вокруг отверстия прижата к поверхности плит специальным устройством 7. Во время работы ткань прижимается к рифленой поверхности плиты давлением суспензии. Фильтрат отводится в канал через отверстие в теле плиты (закрытый отвод) или сливается из носка в желоб (открытый отвод).

Подача промывной жидкости и сжатого воздуха для отжима осадка производится через отверстие 6.

Таким образом, в процессе эксплуатации фильтровальная ткань испытывает, в зависимости от характера и интенсивности внешних сил и обрабатываемой среды, усилия на разрыв, сжатие, изгиб, сдвиг, трение, а также подвержена сильным химическим и тепловым воздействиям.

Поэтому, учитывая изложенное выше, к пряже (нитям) можно предъявить следующие основные требования:

Волокно в пряже (нити) должно обладать высокой тониной, чем тоньше волокно, тем выше фильтровальные свойства изготовленных из них тканей.

Волокно должно отвечать специфическим требованиям процессов фильтрования, т. е. обладать определенной физико-механической, химической и тепловой устойчивостью.

Отдельные волокна в нити (пряже) должны быть прочно закреплены, так как слабо закрепленные волокна могут вырываться и вымываться в процессе фильтрования.

В процессах фильтрования, в которых осадок является ценным продуктом и наличие в нем волокон нежелательно, нити должны иметь гладкую поверхность, ровноту по номеру и высокую крутку, что не только предохраняет осадок от наличия в нем волоконец, но и способствует более легкому удалению его с ткани.

В процессах фильтрования, в которых ценным продуктом является фильтрат, необходимо изготавливать нить с шероховатой, ворсистой поверхностью, рыхлой структурой (с малой круткой), так как ворсистость и рыхлость нити способствуют более тонкой очистке. Поэтому при фильтровании воздуха и газов в большинстве случаев применяются ткани, изготовленные из нитей (пряжи) малой крутки и с ворсистой поверхностью.

Для всех случаев фильтрования нити (пряжа) не должны иметь пороков и засоренности посторонними примесями, так как это приводит к повышенной проницаемости и ухудшает качество фильтрата.

Пряжа (нити), из которой изготовлена фильтровальная ткань, не должна вступать в химическую реакцию с фультруемой средой и отделяемыми от нее примесями.

К тканям можно предъявить следующие основные требования:

Ткань должна иметь структуру, обеспечивающую высокую проницаемость для фильтруемых жидкостей, воздуха и газов, высокую степень (тонкость) очистки и минимальное гидравлическое сопротивление.

Ткань, в зависимости от физических и химических свойств фильтруемой среды и технологических условий процесса фильтрования должна быть механически прочной, обладать, соответственно, химической, тепловой, антикоррозийной и биологической стойкостью.

Ткань должна иметь гладкую поверхность. Это обеспечивает легкость и полноту снятия осадка с поверхности ткани, а также ее быструю очистку и промывку.

Ткань должна быть выработана максимально равномерной, без пороков, достаточно износоустойчивой и, конечно, сравнительно дешевой.

Ткань должна иметь минимальную толщину, достаточную, однако, для того, чтобы она выдерживала давление (разряжение) при фильтровании.

Требования к фильтровальным тканям, в особенности к сеткам и тканям из химических и стеклянных волокон, в отношении характера и распределения пор должны в основном сводиться к следующему:

а) возможно большее количество сквозных пор,

б) поры ткани должны быть по возможности прямолинейны: каждый изгиб повышает сопротивление прохождению фильтруемой среды из-за увеличения трения, подпора и др. Однако необходимо иметь в виду, что извилистость пор улучшает фильтрующее действие,

в) поры должны иметь на всем своем протяжении по возможности одинаковое сечение без местных сужений, так как проницаемость ткани определяется наименьшим сечением пор,

г) поры ткани по возможности должны иметь одинаковые размеры, чтобы ткань наверняка смогла улавливать частицы определенной величины,

д) поры ткани по возможности должны равномерно распределяться по всей ее поверхности,

е) внутренние, или несквозные поры нежелательны, так как эти поры не принимают участия в фильтровании и снижают прочность ткани.