Технология фильтрования (фильтрации) - это процесс механического разделения суспензий при помощи устройств - фильтров, пропускающих жидкость, но задерживающих твёрдые частицы. Часть конструкции фильтра, содержащая фильтрующий материал, закрепленный на каркасе, называют фильтроэлементом. Обычно фильтроэлемент выпускают неразъемным и, в зависимости от конструктивных особенностей, он либо заменяется другим подобным фильтроэлементом, либо промывается для последующего использования. При больших расходах жидкости для увеличения площади фильтровальной поверхности становится выгодно использовать несколько фильтроэлементов, соединенных параллельно и объединенных в одном корпусе. Такое устройство называется блок-фильтром.

Жидкость, прошедшую через фильтр, называют фильтратом, а осадок на фильтре - кеком.

Фильтры должны обеспечивать:

Ниже будут рассмотрены основные технические параметры, характеризующие процесс фильтрации: гидравлическое сопротивление фильтра, номинальная тонкость фильтрации и площадь фильтрующей поверхности фильтра.

Гидравлическое сопротивление фильтра

Гидравлическое сопротивление фильтра - перепад давлений, необходимый для обеспечения требуемой производительности фильтрации. При постоянном перепаде давления скорость фильтрации падает по мере увеличения толщины слоя осадка из-за возрастания гидравлического сопротивления. В случае подачи суспензии на фильтр поршневым насосом фильтрация происходит с постоянной скоростью при непрерывном росте перепада давления. Если же суспензия подаётся центробежным насосом, изменяются непрерывно как перепад давления, так и скорость фильтрации.

Важным показателем работы фильтрационной установки является энергия, которую надо затратить, чтобы осуществить процесс фильтрации. Рассчитать требуемую мощность насоса можно по следующей формуле:
     W = P*V/k (в Вт).
где P - перепад давлений на фильтре (в Па), V - производительность фильтра (в м3/с), k - кпд насоса. Например, фильтр ФС-9000 имеет производительность 9 м3/мин при давлении на входе 0,5 атм. Считая кпд насоса равным 0,85, получим требуемую мощность насоса - 9 кВт.

Отметим, что повышенное гидравлическое сопротивление фильтра приводит не только к повышенным энергозатратам, но и к существенному увеличению стоимости насосного оборудования.

Номинальная тонкость фильтрации

Номинальная тонкость фильтрации r0 является мерой задерживающей способности фильтрационной установки. Она соответствует такому размеру частиц, при котором 96% от их общего количества задерживается фильтром и зависит от размера ячейки фильтрующей сетки, физико-химических параметров фильтруемой жидкости, способа фильтрации (фильтрация через сетку или через слой осадка - шламовая фильтрация) и т.д. Величина r0 обычно в несколько раз меньше размера ячейки сетки. Например, фильтроэлемент с размером ячейки 25 мкм может иметь номинальную тонкость фильтрации в пределах 5 - 10 мкм.

Зависимость степени очистки (CO,%) жидкости от размера частиц r (в мкм) на некоторых используемых нами фильтроэлементах ФЭСР представлена на рисунках 1 и 2 (номинальная тонкость фильтрации равна соответственно r0 = 5 и 25 мкм).

Как видно, сетка с номинальной тонкостью фильтрации r0 = 25 мкм задерживает примерно 65% частиц вдвое меньшего размера и примерно половину (50%) частиц размером 5 мкм, т.е., примерно в 5 раз меньше r0. Эти данные получены на "чистой" сетке, без осадка.

При этом, понятно, что гидравлическое сопротивление фильтра с номинальной тонкостью фильтрования 5 мкм больше, чем, например, с тонкостью 25 мкм. Соответственно, производительность "по чистой воде" сетки 5 мкм меньше, чем сетки 25 мкм. Поэтому выбор размера ячейки сетки должен соответствовать реальной задаче для фильтрации жидкости.

Площадь фильтрующей поверхности

Площадь фильтрующей поверхности влияет, прежде всего, на скорость засорения фильтра (в г/л), из которой легко рассчитать время засорения (мин), и уже потом - на его производительность (в л/мин). Скорость засорения определяется процентом частиц заданного размера, задержанных фильтром в единицу времени, и, в большинстве случаев, она определяется экспериментально. Поэтому прежде чем приступить к выбору фильтра, желательно провести анализ распределения частиц по размерам (дисперсность частиц). В противном случае, можно легко ошибиться и, в худшем случае, вместо фильтрации жидкости заниматься или заменой фильтроэлемента, или очисткой фильтра, при этом снижается производительность процесса фильтрации и увеличиваются эксплуатационные затраты. Установка фильтра со слишком большой фильтрующей поверхностью приводит к излишним денежным расходам (фильтр с большей производительностью дороже), хотя и увеличивает время непрерывной работы фильтра. Задавая скорость засорения, можно рассчитать площадь фильтрующей поверхности.

Не подвергая сомнению использование других фильтрующих материалов (керамических, полимерных, тканых, волокнистых и проч.), мы считаем, что наиболее универсальным фильтрующим материалом являются сетки из нержавеющей стали.

Достоинствами сетчатых фильтроэлементов ФЭСР из нержавеющей стали являются:

Подведем итог. Для правильного выбора параметров фильтроэлемента потребитель должен задаться следующими параметрами:
1. Необходимым размером ячейки, исходя из значений номинальной тонкости фильтрации;
2. Площадью фильтровальной поверхности, исходя из значений скорости засорения фильтра.

В некоторых случаях, особенно при больших производительностях фильтрации и высоких требованиях к номинальной тонкости фильтрации, желательно устанавливать несколько фильтров с фильтроэлементами, настроенными на разные значения номинальной тонкости фильтрации и площади фильтровальной поверхности. Такое расположение фильтров называется каскадным.

Потребитель не всегда может сам выбрать параметры фильтрационной системы. В этом случае специалисты "Ультра-Фильтр" могут помочь в выборе необходимой схемы и подобрать нужное количество фильтров, определить номинальную тонкость фильтрации, рассчитать необходимую площадь фильтрующей поверхности и, в случае необходимости, провести анализ распределения частиц по размерам.