ВСТУП
Роль фільтрувальних перегородок у процесах виробничого фільтрування часто і в значній мірі недооцінюється, наслідком чого є труднощі в практичному здійсненні цих процесів. Не перебільшуючи можна сказати, що фільтрувальні перегородки являють собою саму істотну частину фільтра і від правильного вибору їх багато в чому залежать продуктивність фільтрувального устаткування і чистота одержуваного фільтрату. Подібно до того як це було сказано при розгляді допоміжних речовин, при емпіричному виборі фільтрувальних перегородок слід керуватися таким основним правилом: фільтрувальна перегородка повинна володіти максимальним розміром пір і одночасно забезпечувати отримання досить чистого фільтрату.
Фільтрувальної перегородки
У загальному випадку фільтрувальний перегородка повинна володіти наступними властивостями: добре затримувати тверді частинки суспензії; мати невелике гідравлічний опір потоку фільтрату; легко відділятися від осаду; володіти стійкістю до хімічного впливу поділюваних речовин, не набухати при зіткненні з рідкою фазою суспензії і промивної рідиною; мати достатню , механічну міцність; володіти теплостійкістю при температурі фільтрування.
Відомо велика кількість різноманітних за властивостями фільтрувальних перегородок, що виготовляються з неорганічних і органічних матеріалів. Всі фільтрувальні перегородки можуть бути розділені на різні групи за кількома ознаками.
За принципом дії фільтрувальні перегородки поділяють [352] на поверхневі і глибинні.
Поверхневі фільтрувальні перегородки відрізняються тим, що тверді частки суспензії при її поділі в основному затримуються на їх поверхні, не проникаючи в пори. До таких перегородок відносяться, зокрема, фільтрувальний папір, тканини, металеві сітки.
Глибинні фільтрувальні перегородки, які використовуються переважно для освітлення рідин, характеризуються тим, що тверді частки суспензії в процесі її поділу в основному проникають в пори і затримуються там. Це відбувається внаслідок того що пори таких перегородок значно більше частинок суспензії, а концентрація останніх недостатня для утворення сводіков над входами в пори. При цьому частинки суспензії затримуються в порах в результаті адсорбції, осадження і застрягання. Як правило, глибинні фільтрувальні перегородки не можуть затримувати всі частинки суспензії; затримує здатність їх складає 90-99%. До числа розглянутих перегородок відносяться, наприклад, шари допоміжної речовини і піску.
Деякі фільтрувальні перегородки можуть діяти як поверхневі н як глибинні залежно від розміру пор і властивостей суспензії (розмір часток, концентрація їх, в'язкість рідкої фази).
Фільтрувальні перегородки можуть бути класифіковані за матеріалами, з яких вони виготовлені, наприклад, на перегородки з бавовняних, вовняних, синтетичних, скляних, керамічних, металевих матеріалів. Така-класифікація зручна при виборі фільтрувальної перегородки з певною здатністю протистояти дії хімічно агресивних речовин.
За структурою фільтрувальні перегородки поділяють [5] на гнучкі і негнучкі. При цьому гнучкі перегородки можуть бути металевими і неметалевими, а також складатися із змішаних матеріалів. Негнучкі перегородки можуть бути жорсткими (що складаються із зв'язаних твердих частинок) або нежорсткими (що складаються з незв'язаних твердих частинок). Така класифікація прийнята в подальшому викладі.
Опис великого числа існуючих в даний час різноманітних фільтрувальних перегородок не є завданням цієї глави. Далі коротко згадані властивості лише ряду найбільш типових: фільтрувальних перегородок і дані деякі вказівки по їх вибору.
ГНУЧКІ фільтрувальної перегородки
Металеві перегородки [5,190] особливо придатні для роботи з хімічно агресивними рідинами, при підвищеній температурі і в умовах значних механічних напружень. Вони виготовляються у вигляді перфорованих листів, металевих сіток і тканин з вуглецевої або нержавіючої сталі, міді, латуні, бронзи, алюмінію, нікелю, срібла і різних сплавів.
Перфоровані листи та сітки використовують для розділення суспензій, що містять грубодисперсні тверді частинки, а так-же в якості опорних перегородок для фільтрувальних тканин і паперу. Так, в процесі поділу-суспензій деяких органі-чеських продуктів при тиску в декілька атмосфер і температурі 90 ° С в плиткових-рамних фільтрпрессах застосовують алюмінієві листи товщиною близько 1 мм з 12-15 отворами діаметром 1,4 мм на 1 см2, покриті фільтрувальним папером. Можна відзначити використання сітки з нержавіючої сталі в якості опорної перегородки для допоміжної речовини (діатоміту) в процесі очищення розплавленої сірки фільтруванням [264].
Металеві тканини характеризуються способом переплетення-дротів, а також розміром і формою отворів і товщиною дроту. При одному і тому ж числі отворів на одиницю довжини розміри отворів можуть бути різними в залежності від товщини дроту. Металеві тканини можуть виготовлятися з числом отворів на 1 смг більше 50000 і розміром отворів менше 20 мкм [363].
До деякої міри проміжне положення між гнучкими й негнучкими перегородками займають плитки з металевих волокон діаметром 4-25 мкм (неткані перегородки), які, за наявними відомостями успішно конкурують з металевими сітками і перегородками з спеклися металевих порошків [455]. Такі плитки виготовляють, наприклад, з нержавіючої сталі, нікелю, танталу і тітайа; вони відрізняються великою акумулюючої здатністю по відношенню до твердих частинок при значній пропускної здатності. Для регенерації плиток рекомендовано застосування ультразвуку.
Неметалічні перегородки найбільш поширені; їх виготовляють у вигляді тканин або шарів незв'язаних волокон (неткані перегородки), рідше - у формі перфорованих листів.
Азбестові тканини [190]. Азбест має гарну теплостійкістю, а також стійкістю до дії кислот (антіфшь літ) і лугів (хризотил). Однак азбестова тканина відрізняється недостатньою механічною міцністю і тому може застосовуватися тільки в тих випадках, коли "фільтрування проводять при невеликій різниці тиску і механічні напруги в тканині відсутні. Підвищення механічної міцності тканини поєднанням металевих і азбестових або бавовняних і азбестових ниток пов'язане з труднощами, так як у першому випадку порушується однорідність тканини, а в другому - зменшується стійкість її до дії агресивних рідин.
Скляні тканини [190-193] виготовляють з волокна різного діаметру та складу (в залежності від агресивних властивостей суспензії).
Скляні тканини можна підрубувати і зшивати скляними нитками; при цьому утворюються фільтрувальні полотна чи мішки. Хоча ці тканини відрізняються великою міцністю при розтягуванні, вони погано чинять опір стирання, що пояснюється недостатньою гнучкістю індивідуальних волокон. Тому доцільно підкладати під скляну тканину гумові мати, що подовжує тривалість служби тканини в 1,5-2 рази. Щоб уникнути пошкодження тканини при видаленні осаду, її можна покривати металевою сіткою або фільтрувальним папером.
Описано [365] спосіб отримання фільтрувальної перегородки з регульованим розміром пір на основі скляної тканини, який полягає в наступному. Скляна тканина з ролика спрямовується на горизонтальну ділянку нескінченної підтримуючої стрічки, де на неї зверху надходить суспензія скляних волокон, причому рідка фаза суспензії відсмоктується за допомогою вакууму, після чого волокна висушуються тепловипромінювальних пристроєм; потім отримана фільтрувальний перегородка навивається на інший ролик або попередньо просочується термопластичних речовиною з наступним затвердінням при проходженні печі з регульованою температурою.
Бавовняні тканини [5, 232, 364] у порівнянні з усіма іншими тканинами використовуються найбільш широко. Вони мають обмежену схильність до набухання в деяких рідинах і застосовні для поділу нейтральних суспензій при температурі до 100 ° С, а також суспензій, що містять в рідкій фазі кислоти з концентрацією до 3% або лугу з концентрацією до 10%, при 15-20 ° С . Однак при 90-100 ° С соляна кислота навіть з концентрацією 1,5% руйнує бавовняну тканину протягом 1 ч. Азотна кислота виявляє таку ж дію при концентрації 2,5%, а сірчана -5,0%. Фосфорна кислота з концентрацією 70% при 50-60 ° С руйнує тканину за шість діб.
Вода і водні розчини сірчанокислого алюмінію викликають більш-менш помітну усадку бавовняної тканини. У тих випадках, коли усадка тканини в процесі фільтрування небажана, її перед приміщенням на фільтр обробляють рідиною, що викликає попередню усадку.
Для фільтрування застосовують різні бавовняні тканини, зокрема бязь, міткаль; діагональ, бельтинг; в якості підкладки під більш тонкі тканини вживають парусину. Тканини характеризуються [192] способом переплетення ниток, товщиною, шириною, вагою одиниці площі, ступенем кручення ниток і числом ниток основи і качка на одиниці довжини. Ці характеристики визначають властивості бавовняних тканин стосовно процесу фільтрування, причому іноді навіть невеликі зміни характеристики тканини є причиною помітних змін її властивостей як фільтрувальної перегородки. До числа таких властивостей, що впливають на вибір тканини для, поділу суспензії в даних умовах, належать міцність на розтяг, здатність затримувати тверді частинки суспензії, проникність по відношенню до фільтрату, здатність відділятися від осаду, схильність до закупорювання пір твердими частинками.
Багато бавовняні тканини мають шорстку поверхню внаслідок наявності на ній виступаючих кінців волокон. Це сприяє задерживанию на поверхні тканини твердих частинок на початку фільтрування, коли осад ще не утворився, але утрудняє відділення осаду від тканини. Більш гладку поверхню можна отримати розчиненням кінців волокон при короткочасній обробці тканини аміачним розчином окису міді. Утворений при цьому розчин целюлози під час наступного сушіння залишається на тканині, що викликає невелике зменшення поперечного перерізу пір. Виступаючі кінці волокон можна також обпалити. Дуже гладку поверхню мають мерсеризує тканини, тобто тканини, які були короткочасно занурені в охолоджений концентрований розчин їдкого натру.
Нітровані бавовняні тканини. Нітровані бавовняна тканина має приблизно таку ж товщину та структуру, як звичайна бавовняна тканина, але відрізняється більш твердою поверхнею; крім того, від неї легко відділяється осад. Опір розриву цієї тканини становить 70-80% опору бавовняної тканини, з якої вона виходить. Нітровані бавовняна тканина стійка до дії досить концентрованих сірчаної та азотної кислот та їх сумішей, а також до дії соляної кислоти, розчинів гіпохлориту і хлористого цинку. Під дією омилюваного і відновлюють речовин, а також органічних розчинників ця тканина руйнується. Істотним недоліком нітровані бавовняної тканини є її вогненебезпечність. У зв'язку з цим така тканина в даний час застосовується вкрай рідко.
Вовняні тканини [5, 364] виготовляють, головним чином, з овечої вовни у вигляді сукна різних сортів, байки та повсті. Вони значно стійкіші, ніж бавовняні тканини, до дії розчинивши кислот і кислих солей, але руйнуються при дії лугів і підвищеній температурі. Тривалість їх служби в середовищі з концентрацією мінеральної кислоти 5-67о приблизно така ж, як бавовняної тканини в нейтральному середовищі. На них не діє сірчиста кислота, але розчини хлорноватістокіслих солей натрію і кальцію руйнують їх. При очищенні вовняну тканину слід обробляти холодними промивними рідинами. Якщо вовняну тканину використовують через деякий час після промивки, її слід по можливості швидко висушити і потім підвісити в сухому приміщенні. Вовняні тканини значно поступаються за затримує здатності і міцності бавовняним, але перевершують їх за своїм пружним властивостям.
Тканини, отримані з верблюжої вовни, відрізняються значною стійкістю до дії мінеральних кислот.
Шовкові тканини. За ступенем стійкості до дії кислот ці тканини приблизно відповідають вовняним тканин і займають проміжне положення між бавовняними і вовняними тканинами по стійкості до дії лугів. Шовкові фільтрувальні тканини відрізняються міцністю, задовільно затримують тверді частинки суспензії і досить проникні по відношенню до її рідкій фазі. Вони відносно дороги і не забезпечують отримання чистого фільтрату за наявності в суспензії тонкодисперсних твердих частинок, тому що мають досить гладку поверхню.
В даний час шовкову тканину застосовують дуже рідко, оскільки її замінюють на більш дешевими і відповідними тканинами з синтетичних матеріалів.
Льняні і джутові тканини зараз майже не використовуються у зв'язку з появою фільтрувальних тканин із синтетичних матеріалів. Стійкість лляних тканин до дії багатьох агресивних рідин близька до стійкості бавовняних тканин.
Паперові перегородки. Фільтрувальний папір являє собою непроклеенную папір високого ступеня чистоти. Різні сорти паперу відрізняються різною пористістю і, отже, проникністю по відношенню до рідини.
У виробничих умовах фільтрувальний папір застосовується безпосередньо в якості фільтрувальної перегородки або в поєднанні з іншими перегородками, наприклад зі скляною тканиною, яку, як сказано вище, вона захищає від ушкодження при видаленні осаду.
Гумові перегородки виготовляють у вигляді листів різної товщини, що мають 180-1000 отворів розміром 0,1 - 0,3 мм на 1 см2 поверхні. Вони стійкі при поділі суспензій до температури 90 ° С [190].
Гладка поверхня гумових аркушів дозволяє відокремлювати від них шари осаду меншої товщини в порівнянні з тими, які вдається відділити від поверхні бавовняних і вовняних тканин. Отвори таких листів не закупорюються твердими частками і легко очищаються. При наявності в суспензії тонкодисперсних твердих частинок та необхідності отримати чистий фільтрат перфоровані гумові листи слід покривати шаром допоміжної речовини.
Тканини з синтетичних матеріалів [5, 7, 192,364, 453]. Застосовувані в даний час тканини з синтетичних матеріалів за своїми властивостями у багатьох відношеннях перевершують розглянуті вище тканини з волокон рослинного і тваринного походження. Великою перевагою зазначених тканин є поєднання в них високої механічної міцності з термічної (крім деяких тканин) та хімічну стійкість, а також стійкість до дії мікроорганізмів; ці тканини не виявляють усадки при зіткненні з рідинами.
Слід зазначити, що деякі характеристики тканин із синтетичних матеріалів, наприклад, допустимі температурні межі використання, частково залежать від особливостей процесу їх отримання і тому не можуть вважатися суворо визначеними.
Полівінілхлоридні тканини. Для волокон з полівінілхлориду характерна висока стійкість до дії кислот, солей, мінеральних масел і мікроорганізмів. Під впливом окислювачів і концентрованих розчинів лугів подівінілхлорід руйнується. Застосування полівінілхлоридних тканин обмежена порівняно низькою теплостійкістю полівінілхлориду (до 60 ° С) [194].
Перхлорвінілові (хлоринового) тканини отримали широке застосування завдяки дуже високій стійкості хлорину до дії кислот і лугів; крім того, хлорин не спалахує, не гниє і не набухає у воді. Теплостійкість хлорину відносно невелика (до 60 ° С).
Віньоновие тканини. Віньон [195] називають сополімери вінілхлориду та вінілацетату або вінілхлорнда й акрилонітрила (Віньон N). Віньоновие тканини стійкі до дії багатьох агресивних рідин. Тканини, одержувані з першого сополімеру, не запалюються, а волокно Віньон N відрізняється підвищеною теплостійкістю.
Совіденовие (сарановие) тканини. Совіден (сополімер вінілхлориду та винилиденхлорида) стійкий до дії кислот і лугів, але відрізняється невеликою теплостійкістю (до 75 ° С).
Нітроновие (орлоновие) тканини в порівнянні з розглянутими вище тканинами з синтетичних волокон відрізняються підвищеною теплостійкістю (при 150 ° С тканина зберігає ще 50% міцності, яку вона мала при 25 ° С).
Поліамідні тканини відрізняються високою міцністю в сухому і вологому стані; тривалість їх служби в кілька разів перевищує термін служби бавовняних тканин. Вони стійкі до дії лугів навіть при підвищеній температурі (100 ° С і вище), а також розбавлених кислот при звичайній температурі [196, 197]. Їх з успіхом використовують в фільтрпрессах [198].
Лавсанові (теріленовие, дакроновий) тканини не набухають у воді і вигідно відрізняються від всіх синтетичних волокон більшою стійкістю до дії високих температур. Вони стійкі до дії окислювачів, кислот та інших хімічних реагентів (крім гарячих концентрованих розчинів лугів), а також до дії мікроорганізмів [199].
Поліетиленові тканини стійкі по відношенню до органічних і неорганічних кислот, а також лугів; вони можуть застосовуватися [453] при температурі до 110 ° С.
Поліпропіленові тканини досить стійкі до дії кислот, лугів і сильних окислювачів, а по зносостійкості вони близькі до лавсанові тканини. На ці тканини не діють мікроорганізми і вони / можуть використовуватися при температурі до 100 ° С (температура плавлення 165 ° С); вони розчиняються в уайт-спирите, ксилолі і тетрахлоретане [359].
Неткані перегородки [5, 358] виготовляють у вигляді стрічок або листів з бавовняних, вовняних, синтетичних і азбестових волокон або їх сумішей, а також з паперової маси. Вони можуть використовуватися у фільтрах різної конструкції, наприклад в фільтрпрессах, фільтрах з горизонтальними дисками, барабанних вакуум-фільтрах, для очищення рідин, що містять тверді частинки у невеликій концентрації, зокрема молока, напоїв, лаків, мастил. Окремі волокна в нетканих перегородках зазвичай пов'язані між собою в результаті механічної обробки, рідше - в результаті додавання деяких зв'язуючих речовин; іноді такі перегородки для збільшення міцності захищені з обох сторін рідкісної тканиною. У залежності від товщини і ступеня ущільнення волокон неткані перегородки мають різну вагу на одиницю поверхні і неоднакову затримує здатність по відношенню до твердих частинок суспензії. У процесі фільтрування вони затримують менш дисперсні частинки (більш. 100 мкм) на своїй поверхні або поблизу цієї поверхні, а більш дисперсні частинки - у внутрішніх шарах.
Неткані перегородки застосовують, головним чином, при фільтруванні з закупорюванням пір. У зв'язку з відносно невисокою вартістю ці перегородки після використання можна викинути разом з затриманими частинками, які зазвичай не представляють цінності. Іноді перегородку можна регенерувати розпушенням, взмучивания в промивної рідини і подальшим формуванням. У деяких випадках неткані перегородки застосовують для фільтрування з утворенням осаду, наприклад у процесі обробки рослинних камеді. У цих випадках очищення фільтрувальної перегородки настільки ускладнена, що її доводиться викидати разом з осадом.
Неткані перегородки можуть бути виготовлені так, що розміри їх пір будуть зменшуватися в напрямку від поверхні перегородки, що стикається з суспензією, до поверхні, що стикається з опорним пристроєм Це знижує гідравлічний опір при фільтруванні і забезпечує затримування щодо крупних частинок суспензії в зовнішніх шарах нетканій перегородки, а дрібніших-у внутрішніх. Таку структуру нетканій перегородки можна отримати, наприклад, послідовним нанесенням на нескінченну сітку при її русі та дії вакууму верств дрібних, суміші дрібних і великих, а також великих волокон з подальшим пресуванням і намотування на ролик отриманої стрічки [366].
Неткані перегородки з синтетичних [40] механічно пов'язаних волокон отримують проколюванням шару волокон голками (близько 160 проколювання на 1 см2) і наступною його обробкою при підвищеній температурі рідиною (наприклад, водою), що викликає скорочення волокон; такі перегородки відрізняються достатньою механічною міцністю, невеликим гідравлічним опором, а також рівномірним розподілом волокон. Перегородки з волокон, з'єднаних сполучною речовиною, отримують пресуванням шару волокон, наприклад, при тиску 7р н-см'2 і температурі 150 ° С. В якості в'яжучих речовин можна використовувати натуральний каучук, синтетичний каучук, а також синтетичні полімери; ці перегородки мають достатню механічну міцність, невелику пористість, стійкі до дії агресивних рідин.
Описані [360] фільтрувальні перегородки, виготовлені нанесенням найтоншого шару термостійкого металу, наприклад нікелю, на поверхню волокон неорганічного або органічного нетканого матеріалу, зокрема бавовняного або вовняного. Такі перегородки стійкі при 200 ° С і вище; вони мають ряд переваг у порівнянні з застосовуваними в цей час нетканими перегородками.
Гнучкі перегородки зі змішаних матеріалів. Для підвищення механічної міцності тканини, виготовленої зі слабких ниток, в основі і качці цієї тканини чергують в певній послідовності слабкі і металеві нитки. Однак при цьому, як вже зазначалося на прикладі тканини, яка складається з азбестових і металевих ниток, порушується однорідність тканини. Для підвищення механічної міцності тканини запропоновано також чергувати в її основі і качці певне число прядіння і безперервних ниток; зазначено, що пори такої тканини закупорюються твердими частинками менше, ніж пори звичайної тканини [200].
Негнучкий фільтрувальної перегородки
Жорсткі перегородки виготовляють у вигляді дисків, плиток, патронів. Вони складаються з частинок твердого матеріалу, жорстко зв'язаних між собою шляхом безпосереднього спікання або спікання в присутності сполучного речовини таким чином, що ці частинки утворюють пори, проникні, для рідини. У залежності від розміру частинок вихідного матеріалу, температури, тиску і тривалості спікання можна отримати перегородки з різною пористістю. При цьому рівномірність пір виявляється тим вище, чим правильніше форма частинок вихідного матеріалу. Ці перегородки, як правило, відрізняються тривалим терміном служби, стійкістю до дії агресивних рідин і здатністю легко відділятися від осаду. Однак частинки, які проникають в пори перегородки, насилу витягуються, причому промивка і заміна перегородки ускладнюється тим, що вона зазвичай жорстко укріплена на фільтрі.
Металеві перегородки [35, 201-203,361, 362, 367, 368, 371] знаходять все більш широке застосування в хімічній і ряді інших галузей промисловості як пористих перегородок для фільтрування рідин і газів і диспергування газів в рідинах.
Вихідним матеріалом для виготовлення цих перегородок служать металеві порошки, що складаються з кулястих (або близьких до кулястих) часток з гладкою поверхнею; ці порошки одержують методами порошкової металургії.
Найбільш часто застосовуються порошки з частинок вуглецевої, нержавіючої або жаротривкої сталі, бронзи, латуні, нікелю, срібла, а також карбідів деяких важких металів.
Порошок піддають спіканню, іноді після попереднього пресування. Пористі стрічки отримують обробкою порошку на вальцях і наступним спіканням.
Розглянуті перегородки можна виготовляти у вигляді листів, дисків, порожнистих циліндрів або конусів, а також тіл іншої форми, причому їх фізичні властивості, хімічний склад, структура, пористість, міцність і розмір можуть бути різними в залежності від пропонованих до них вимогам. Розмір пор в таких перегородках дорівнює 1-75 мкмг а пористість досягає 50%; міцність на розтяг становить до 7 • 103 н • см'г.
Так, описаний [452] патрон, виготовлений з листа, отриманого прокаткою і спіканням спеціального порошку титану з вмістом 85-90% частинок розміром до 60 мкм; пористість аркуша 38 - 43%, максимальний розмір його пір 5-6 мкм, міцність на розтяг 3-5 н • СМТК
Металеві перегородки можуть застосовуватися в процесах фільтрування з закупорюванням пір і з утворенням осаду, причому регенерацію їх зручно здійснювати в першому випадку розчиненням твердих частинок в порах підходящої-рідиною, а в другому-зворотним поштовхом фільтрату або відповідного газу.
Керамічні перегородки виготовляють з попередньо подрібненого і просіяного кварцу або шамоту, який потім ретельно змішують зі сполучною речовиною, наприклад тонкодисперсних силікатним склом, і ліплять [204]. Перегородки з кварцу стійкі до дії концентрованих мінеральних кислот, але нестійкі до дії слабколужних або нейтральних водних розчинів солей. Перегородки з шамоту добре чинять опір дії розбавлених і концентрованих мінеральних кислот і водних розчинів їх солей, але мало стійкі до дії лужних рідин [372].
Шорстка поверхня керамічної фільтрувальної перегородки сприяє адсорбції частинок і освіти сводіков над порами в процесі поділу суспензії.
При випалюванні суміші шамоту і сполучного речовини отримують також великі блоки, з яких після повільного охолодження вирізують однорідні за властивостями фільтрувальні перегородки потрібної форми. Використовуючи в якості сполучного речовини синтетичні, наприклад феноло-формальдегідні, полімери, шляхом їх затвердіння при відносно невисоких температурах отримують керамічні фільтрувальні перегородки, що не містять замкнутих, не проникних для рідини пір.
Описано спосіб виготовлення керамічних перегородок змішанням кварцового порошку з сумішшю термореактивною смоли і розчинника з подальшим випаровуванням розчинника, класифікацією за розмірами частинок кварцу, покритих плівкою смоли товщиною 0,1 діаметра частинок, і гарячим пресуванням. Отримані таким чином перегородки можуть мати форму пластин або порожнистих циліндрів [373].
Скляні перегородки одержують спіканням різних фракцій подрібненого кварцового скла (без додавання єднальної речовини) або випаленням подрібненої суміші кварцового і боросилікатного скла з наступною обробкою вироби соляною кислотою для видалення хімічно нестійких компонентів [204]. Такі перегородки зазвичай випускають - у вигляді круглих дисків діаметром 10-200 мм з рівномірними порами і застосовують головним чином для лабораторних робіт, а проте їх можна використовувати і в заводських умовах, зокрема у вигляді патронів.
Діатомітової перегородки. Різноманітна форма і відносно однакові розміри частинок діятимуть, властивості якого як допоміжної речовини були розглянуті в попередньому розділі, зумовлюють високу ефективність таких перегородок, що затримують тверді частинки розміром менше 1 мкм і навіть деякі види бактерій. Перегородки у формі пластин і патронів отримують випаленням суміші діятимуть і зв'язувальної речовини.
Вугільні перегородки. Пористі вугільні перегородки отримують шляхом змішування певної фракції подрібненого коксу з антраценовом фракцією кам'яновугільної смоли і подальшим формуванням суміші, що утворюється під тиском, сушінням формованих виробів і нагріванням їх у відновлювальному полум'я [7]. Ці перегородки відрізняються механічною міцністю і стійкістю до дії кислот і лугів.
Ебонітові перегородки. Для їх отримання частково Вулканізований каучук подрібнюють, пресують у формах і піддають остаточній вулканізації. Ці перегородки стійкі до дії кислот, розчинів солей і лугів. Для поділу суспензій перегородки з деяких сортів ебоніту можуть бути використані при температурах від -10 до +110 ° С [7].
Пінопластові перегородки [453]. Пінопласту, застосовувані для виготовлення фільтрувальних перегородок, виходять на основі полнвінілхлоріда, поліуретану, поліетилену, поліпропілену та інших полімерних матеріалів. Пінопластові перегородки економічні, так як вихідну сировину та спосіб їх виготовлення недорогі.
Перегородки з сплавленной окису алюмінію володіють відносно високою пористістю I) стійкістю до різких змін температури [5]. У вигляді плиток вони застосовуються головним чином у фільтрах з помилковим дном, де їх використовують як фільтрувальних або опорних перегородок, на які поміщають шар піску або іншого сипучого матеріалу.
Перегородки з природних каменів. Фільтрувальні перегородки у вигляді плиток, вирізаних або випиляних з деяких сортів пісковика, використовувалися раніше в нутч. Внаслідок того, що такі перегородки відрізняються недостатньо рівномірним розподілом пор, в даний час вони замінені керамічними перегородками.
Нежорсткі перегородки. Ці перегородки складаються з дотичних, жорстко не зв'язаних твердих частинок кам'яного, деревного і тваринного вугілля, коксу, діятимуть, отбеливающей глини, піску, а також деяких неорганічних солей. У порівнянні з перегородками інших типів вони відносно дешеві і мають ту перевагу, що можуть підтримуватися в чистому стані промиванням, що супроводжується зміною взаємного розташування твердих часток в результаті перемішування. Недоліком таких перегородок є можливість їх застосування тільки при наявності горизонтальної опорної перегородки. Проникність таких перегородок по відношенню до рідкої фазі суспензії та здатність затримувати її тверду фазу в значній мірі визначається розміром і формою складових перегородку частинок. У деяких випадках дія цих перегородок грунтується не тільки на механічному затримуванні твердої фази суспензії, але і на адсорбції зважених і розчинених речовин на поверхні твердих частинок.
вказівки щодо вибору фільтрувальних перегородок
Зважаючи на дуже великої різноманітності типів фільтрувальних перегородок, конструкцій фільтрів, властивостей суспензій та умов їх поділу вибір найбільш підходящої фільтрувальної перегородки досить складний. Вже дотримання згаданого на початку цієї глави основного правила вибору викликає утруднення, оскільки збільшення або зменшення розміру пір діє в протилежному напрямку на швидкість фільтрування і затримує здатність.
Зазначене утруднення зростає у зв'язку з низкою інших вимог, одночасне виконання яких не можна досягти вибором однієї з наявних фільтрувальних перегородок. Тому вибір нерідко зводиться до знаходження найбільш розумного компромісу між різними, взаємно суперечливими вимогами, що пред'являються до фільтрувальної перегородки в даних умовах поділу суспензії. Внаслідок цього перед вибором необхідно попередньо вирішити деякі питання, наприклад: чи слід прагнути в першу чергу до підвищення швидкості фільтрування плі поліпшення чистоти фільтрату, а також чи є більш істотною вартість фільтрувальної перегородки або тривалість її служби. У деяких випадках відносно дорога фільтрувальний перегородка, наприклад тканина з певного синтетичного матеріалу, виявляється єдино придатною в даних умовах поділу суспензії, що практично виключає економічні міркування при виборі.
Таким чином, вибір можна зробити тільки при врахуванні всіх вимог, що пред'являються до фільтрувальної перегородки; неможливо переходити від вимоги до вимоги, логічно усуваючи перегородки до тих пір, поки після розгляду останньої вимоги не залишиться одна ідеальна перегородка [354].
Не можна собі уявити певний загальний порядок вибору фільтрувальних перегородок, придатний без зміни принаймні для більшості зустрічаються на практиці випадків. У кожному індивідуальному випадку при виборі слід керуватися специфічними міркуваннями, обумовленими особливостями даного процесу розділення суспензії. Однак можна виокремити загальну схему вибору і послідовність випробувань стосовно до великої групи фільтрувальних перегородок одного типу, наприклад до фільтрувальним тканинам.
Існує три способи випробувань фільтрувальних перегородок-лабораторний, напівзаводські і заводської. Лабораторний спосіб особливо швидкий і економічний, але одержувані при цьому результати часто ненадійні і тому повинні розглядатися як попередні. Напівзаводські випробування дають результати, що наближаються до заводських даними. Найбільш надійні результати забезпечують випробування в заводських умовах. При цьому слід керуватися правилом, щоб вся поверхня заводського фільтра (а не частина її) складалася з досліджуваної фільтрувальної перегородки.
Різні фільтрувальні перегородки, незалежно від використання їх у подальшому для поділу суспензії з певними характеристиками, відрізняються рядом властивостей, з числа яких тут коротко розглянуті проникність по відношенню до чистої рідини, що затримує здатність по відношенню до твердих частинок відомого розміру і розподіл пор за розмірами. Ці властивості досліджуються в лабораторії, служать для порівняння фільтрувальних перегородек і враховуються при їх виборі.
Проникність по відношенню до чистої рідини, зазвичай воді, можна визначити за допомогою різних приладів [364], принцип дії яких заснований на вимірюванні об'єму фільтрату, отриманого протягом певного часу при відповідній різниці тисків і відомої поверхні фільтрування. Проникність доцільно висловлювати у вигляді гідравлічного опору фільтрувальної перегородки. Визначення гідравлічного опору фільтрувальних перегородок шляхом розрахунку на підставі даних про їх структуру, як правило, утруднено через недостатню чіткості характеристик такої структури. Однак для найбільш простих за структурою фільтрувальних перегородок рекомендовані співвідношення, що дозволяють розрахувати гідравлічний опір.
Так, дана [456] залежність гідравлічного опору тканини з монофіламентні волокна від діаметра ниток і пористості тканини. Виходячи з моделі нерухомого шару часток, отримано [457] вираз для гідравлічного опору металевих тканин.
При оцінці властивостей і виборі тканини, а також інших фільтрувальних перегородок слід приймати до уваги, що гідравлічний опір перегородки поступово зростає при збільшенні числа циклів роботи фільтра періодичної дії чи тривалості роботи фільтру безперервної дії. При цьому зростання опору відбувається спочатку відносно швидко, а потім сповільнюється. Зокрема, залежність опору тканини від числа циклів роботи фільтра виражена [434] раніше наведеним рівнянням (VIII, 406).
Затримує здатність по відношенню до твердих частинок, наприклад сферичним часткам полістиролу певного розміру, знаходиться з дослідів, в яких встановлюють зміст цих частинок у фільтрованої рідини до фільтрувальної перегородки і після неї. При цьому вміст твердих частинок у пробах рідини, узятих до фільтрувальної перегородки і після неї, знаходять відстоюванням або додатковим фільтруванням крізь щільну фільтрувальний папір.
Розподіл пор за розміром, а також середній розмір пор знаходять бульбашковим методом [352, 369, 370, 374], який в загальних рисах полягає в наступному.
Досліджувана фільтрувальний перегородка розміщується на опорному пристрої під поверхнею рідини, яка повністю змочує матеріал перегородки. Потім під нижню поверхню фільтрувальної перегородки подається повітря, тиск якого поступово підвищується, в результаті чого настає момент, коли через перегородку починають проходити поодинокі ланцюжки бульбашок. Це відповідає проходженню бульбашок повітря через пори найбільшого розміру. При подальшому підвищенні тиску кількість одиничних ланцюжків бульбашок зростає за рахунок проходження повітря через пори все меншого розміру. У багатьох випадках досягається такий тиск, коли при дуже невеликому його збільшення рідина «скипає». Це означає, що досліджувана фільтрувальний перегородка характеризується досить однорідними порами. Якщо «скипання» не відбувається, фільтрувальна перегородка має пори, значно різняться за розміром.
Розмір пор, через які проходить повітря при даному тиску, обчислюють за відомим закономірностям. Для пір, поперечний переріз яких можна прийняти близьким до трикутника, за що визначає розмір рекомендовано вважати не сторону трикутника, а діаметр кола, що може бути у нього вписаний. Відзначено, що помилки при знаходженні розміру пір бульбашковим методом значною мірою пояснюються недостатньою смачиваемостью матеріалу фільтрувальної перегородки рідиною, обраної для досвіду.
Далі викладається зразковий порядок вибору фільтрувальних тканин, який певною мірою можна використовувати при виборі нетканих матеріалів.
Для орієнтації при виборі однієї з фільтрувальних тканин стосовно до здійснення даного процесу розділення суспензії необхідно мати відомості про призначення фільтрування (одержання осаду, фільтрату або того й іншого одночасно), а також по можливості повні дані про властивості твердих частинок (розмір, форма, питома вага ), рідини (кисла, лужна, нейтральна; температура, в'язкість, питома вага), суспензії (співвідношення твердої та рідкої фаз, агрегація частинок, в'язкість), осаду (питомий опір, стисливість; кристалічний, розсипчастий, пластичний, липкий, слизовий). Крім того, слід мати уявлення про продуктивність, що допоможе визначити рушійну силу процесу (сила тяжіння, вакуум, тиск).
З урахуванням відомостей, наведених вище, вибирається відповідна за своїми характеристиками тканина, стійка в даних хімічних, термічних і механічних умовах.
При виборі тканини з певними механічними властивостями потрібно враховувати рушійну силу процесу і тип фільтра, на якому буде поділятися суспензія. Конструкція фільтра може визначити одну чи більше з таких характеристик фільтрувальних тканин: а) міцність на розтяг; б) стійкість при згинанні; в) стійкість до стирання; г) здатність приймати форму опорної перегородки фільтра.
Міцність на розтяг важлива, наприклад, для стрічкових безчарунковій фільтрів. Стійкість при згинанні набуває великого значення, коли розглядається питання про використання металевих сіток або синтетичних монофіламентний тканин; останні значно стійкіше. Якщо у фільтрі тканина піддається стиранню, то виключається застосування скляних тканин, які, проте, мають гарну міцність на розтяг.
З точки зору здатності приймати форму опорної перегородки деякі тканини не можна використовувати, хоча в інших відносинах вони мають бажаними властивостями. Так, на барабанних обертових фільтрах тканину притискається до барабана методом «конолаткі» за допомогою шнурів, які проходять по колу барабана. У даному випадку щільні тканини, виготовлені з монофіламентний поліетиленових або поліпропіленових ниток, менш бажані, ніж більш гнучкі тканини, виготовлені з поліфіламентні ниток, або штапельні тканини.
При використанні деяких фільтрів пред'являються додаткові вимоги до тканини. Наприклад, для плиткових-рамних фільтрпрессах отримують велике значення ущільнюючі властивості тканини. Серед тканин із синтетичних матеріалів у цьому відношенні найбільш придатні штапельні тканини, за якими йдуть тканини з поліфіламентні і монофіламентний ниток. У листових фільтрах, що працюють під вакуумом і тиском, фільтрувальний тканина натягується на жорсткі каркаси. Оскільки розмір тканини після зіткнення з суспензією не повинен змінюватися, необхідна попередня усадка тканини.
При виборі типу тканини з синтетичних матеріалів потрібно враховувати, що штапельні тканини забезпечують хорошу затримує здатність по відношенню до твердих частинок зважаючи на наявність на їх поверхні невеликих волосків. Проте осад відділяється від цих тканин гірше, ніж від тканин з поліфіламентні і особливо монофіламентний ниток.
При виборі способу переплетення ниток і розміру пор тканини, що визначає її проникність і задержівающую.способность, слід виходити з призначення процесу фільтрування і даних про властивості твердих частинок, суспензії і осаду. Рішення про вибір досить щільної або рідкої тканини можна прийняти тільки після зіставлення всіх особливостей даного процесу фільтрування.
Зроблений таким чином вибір фільтрувальної тканини підтверджується або коригується на підставі лабораторних випробувань з використанням, наприклад, однолістовие фільтра. Випробування на цьому фільтрі не дають відомостей про прогресуюче закупорюванні пір і зношуванні тканини. Однак вони дають вказівки про чистоту фільтрату, продуктивності і остаточної вологості осаду. Однолістовие фільтр являє собою плоску порожнисту пластину, одна зі сторін якої обтягнута фільтрувальної тканиною. Цей фільтр приєднують до джерела вакууму і занурюють у суспензію (фільтрування); підтримують у повітрі (продування) або зрошують диспергованої рідиною (промивання). При цьому тканина фільтра звернена вниз або вгору або розташована вертикально в залежності від того, який фільтр моделюється в даному випадку.
Нижче описується рекомендована [357] послідовність операцій при проведенні випробувань стосовно вибору тканини для десяти типів вакуум-фільтрів безперервної дії: барабанний фільтр з пристроєм для зняття осаду шнурами; барабанний фільтр з пристроєм для зняття осаду ножем; барабанний фільтр з пристроєм для зняття осаду валиком; барабанний фільтр із сходить тканиною; барабанний фільтр із шаром допоміжної речовини; барабанний фільтр з внутрішньою поверхнею фільтрування; дисковий фільтр з пристроєм для зняття осаду ножем; дисковий фільтр з пристроєм для зняття осаду валиком; тарілчастий фільтр зі шнековим пристроєм для зняття осаду і карусельний фільтр.
Коли цикл складається тільки з операцій фільтрування і продувки, після визначення ваговій концентрації суспензії виробляють пробне фільтрування протягом 60 сек і продувку протягом 120 сек. Вимірюють товщину осаду і знімають його шнурами, ножем або валиком, після чого визначають вагу вологого осаду і вміст у ньому вологи; встановлюють чистоту фільтрату і »його вагу.
Якщо осад не знімається задовільно жодним із зазначених способів, доцільно збільшити тривалість продування або вакуум, або те й інше одночасно. Якщо осад і після цього знімається погано, слід випробувати іншу фільтрувальну тканину. Коли осад знімається задовільно, належить зробити досвід при більш короткому часу фільтрування і зниженому або підвищеному вакуумі. При цьому необхідно мати на увазі, що стискувані опади іноді закупорюють пори швидше при підвищеному вакуумі.
Після описаного пробного фільтрування беруть деякий цикл роботи фільтру, заснований на типі фільтра, який був моделювати, і властивості поділюваної суспензії. Відповідно до прийнятого циклом виконують нове фільтрування і відзначають величини, що характеризують процес. Потім обчислюють продуктивність в н-м ~ 2-ч'1, швидкість фільтрування в м3-лг2 • сек ~ [і вологість утвореного осаду. Якщо можливо, визначають також витрата повітря під час продувки в м *- сек ~ К.
Результати перших двох або трьох випробувань з новою тканиною не повинні прийматися до уваги, оскільки вони не можуть характеризувати з достатньою точністю властивості тканини. Випробування тканини необхідно продовжувати до тих пір, поки чотири або п'ять послідовних випробувань не покажуть результати, що відрізняються один від одного на 3-5% за швидкістю фільтрування і вологості осаду.
Коли цикл складається з операцій фільтрування, промивання і продування, випробування в основному проводять аналогічним чином. У цьому випадку після закінчення фільтрування вакуум відключають і збірник фільтрату замінюють на збірку промивної рідини. Потім вакуум знову включають і починають промивку, причому промивну рідину в діспергіроване стані подають з такою швидкістю, щоб поверхня осаду підтримувалася в цілком змоченим стані, але не покривалася рідиною у вигляді суцільного шару.
Економічну бік вибору тканини рекомендовано розглядати тільки після повного встановлення характеристик тканини. При цьому може виникнути необхідність вибору між двома приблизно рівноцінними в інших відносинах тканинами, одна з яких у порівнянні з іншою відрізняється більшою тривалістю служби, але й більшою вартістю.
Описано також методики вибору синтетичних, бавовняних, вовняних і скляних тканин за їх проникності і затримує здібності [375, 376].
На підставі обстеження ряду виробництв неорганічних і органічних продуктів, зокрема барвників та медичних препаратів, дані [417] рекомендації по заміні бавовняних фільтрувальних тканин на тканини з синтетичних волокон.