Фильтр

Фильтр (далее Ф) (франц. filtre, от позднелат. filtrum, буквально – войлок), аппарат, в котором с помощью фильтровальной перегородки (ФП) осуществляется разделение, сгущение или осветление неоднородных систем, содержащих твердую и жидкую (газообразную) фазы. Кроме того, Ф называются устройства и аппараты для очистки растворов от минеральных солей, разделения на фракции полимерных ионов и т.д. с помощью ионитов, а также устройства, пропускающие или задерживающие звуковые или электромагнитные волны определенных частот (см. Ф акустический, Электрический фильтр, Теплофильтр, Светофильтр).   В зависимости от вида неоднородной системы различают жидкостные Ф (предназначены для фильтрования суспензий) и газовые Ф (для разделения аэрозолей и газов очистки). Простейший Ф – сосуд, разделенный на две части ФП. Между частями Ф создается разность давлений, под действием которой жидкость (газ) проходит через перегородку, задерживающую твердые частицы.   Жидкостные Ф по принципу действия подразделяются на две основные группы: Ф периодические и Ф непрерывного действия. Ф, принадлежащие к каждой из этих групп, различаются по способу создания в них разности давлений (работающие под вакуумом или под избыточным давлением), по геометрии фильтрующей поверхности (плоская или криволинейная), по типу применяемых ФП. В Ф периодического действия на всей поверхности ФП поочередно осуществляются поступление суспензии и образование осадка (фильтрование), обезвоживание, промывка и удаление осадка, регенерация ФП. В Ф непрерывного действия указанные операции проходят непрерывно, единовременно и независимо одна от другой в каждой соответствующей зоне Ф   К Ф периодического действия относятся емкостные Ф, листовые Ф, фильтр-прессы, патронные Ф   Емкостный Ф применяют для разделения небольших количеств суспензий. Он может работать под вакуумом (путч-фильтр) и под избыточным давлением (друк-фильтр). Корпус емкостного Ф бывает открытым или закрытым. ФП располагается на перфорированном днище. В верхнюю часть корпуса подается разделяемая суспензия. Из нижней части отводится фильтрат. В Ф с механизированной выгрузкой осадок удаляется через откидное днище, а в Ф с открытым корпусом – опрокидыванием или вручную.   Листовой Ф используют для осветления растворов и разделения суспензий, содержащих не более 5% (по объему) твердой фазы. Фующие элементы круглой или прямоугольной формы, обтянутые ФП (обычно тканью), соединены с коллектором для отвода фильтрата. Суспензия подается в корпус Ф Слой осадка промывается (после удаления из корпуса остатка суспензии).   Ф-прессы применяют в основном для разделения тонкодисперсных суспензий. К ним относятся рамные и камерные фильтр-прессы и камерный автоматический фильтр-пресс (ФПАКМ). Рамный фильтр-пресс представляет собой блок чередующихся вертикальных плит и рам, прижатых друг к другу ручным, гидравлическим или электромеханическим зажимом. Рамы образуют в собранном аппарате свободные плоские камеры (карманы) для приема суспензии. Плиты с рифлеными боковыми поверхностями служат дренирующим основанием для ФП. Под действием избыточного давления фильтрат проходит через ФП, затем стекает по желобкам рифленых плит и через отводные каналы поступает в сборник. Твердые частицы образуют в камерах слой осадка, который удаляется при раздвигании плит. Действие камерного фильтр-пресса подобно работе рамного фильтр-пресса, но он рассчитан на более высокое избыточное давление. Камерный автоматический фильтр-пресс ФПАКМ состоит из расположенных горизонтально на некотором расстоянии одна от другой фильтрующих плит, которые в свою очередь находятся между двумя поддерживающими плитами. Сверху каждая фильтрующая плита покрыта перфорированным листом, над которым находится ФП в виде бесконечной ленты. При сжатии плит между ними образуются камеры, в которые последовательно подается из соответствующих коллекторов суспензия, промывная жидкость и сжатый воздух для продувки. Фат проходит через ФП, а твердая фаза остается на ней в виде осадка. По окончании цикла фильтрования плиты раздвигаются, между ними открывается щель и ФП приводится в движение, вынося осадок наружу, где он снимается ножами. Работа Ф автоматизирована. Производительность ФПАКМ в 4–10 раз выше производительности рамного Ф   Патронный Ф (рис. 1) применяют для осветления или сгущения суспензий; работает под вакуумом или под давлением и состоит из корпуса с крышкой и днищем. Внутри находится решетка, на которой закреплена ФП в виде патрона (обычно патронный Ф имеет несколько десятков таких патронов). Удаление осадка с последней производится отдувкой сжатым воздухом, пневмогидравлическим ударом или с помощью вибрационных устройств.   К Ф непрерывного действия относятся барабанные, дисковые, ленточные, тарельчатые и карусельные Ф   Барабанный вакуум-фильтр находит наибольшее применение в промышленности (см. Вакуум-фильтр).   Дисковый вакуум-фильтр (рис. 2) предназначен для разделения суспензий с близкими по размерам частицами твердой фазы. Имеет более развитую фильтрующую поверхность, чем барабанные вакуум-фильтры. В дисковом вакуум-фильтре на горизонтально расположенном полом валу, разделенном на секции, укреплены вертикальные диски. Вал с дисками вращается в корыте, имеющем форму полуцилиндра и заполненном разделяемой суспензией. Каждый диск состоит из обтянутых ФП полых секторов, имеющих с обеих сторон перфорированную или рифленую поверхность. Полость каждого сектора диска сообщается с отводящим каналом для удаления фильтрата. Съем осадка осуществляют сжатым воздухом (для отдувки), посредством ножей и валков (для отрыва и направления выгрузки).   Ленточный вакуум-фильтр (рис. 3) предназначен для разделения суспензий, образующих неоднородный по размерам частиц тяжелый и требующий тщательной промывки осадок. Ф представляет собой стол, в котором имеются вакуум-камеры для отвода фильтрата и промывной жидкости. ФП (обычно ткань) покрывает прорезиненную перфорированную ленту, натянутую на крайних барабанах стола. Осадок сбрасывается в сборник при перегибе ФП. Регенерация ФП производится при обратном движении ленты с помощью механических щеток или паровых форсунок.   Тарельчатые вакуум-фильтры (рис. 4) применяют преимущественно для обезвоживания крупнозернистых шламов в производстве в подготовке каменного угля и руд и т.д. Основная деталь Ф – кольцо, состоящее из ряда трапецеидальных секторов, каждый из которых является фильтрующей ячейкой. Последняя открыта сверху и имеет днище, наклоненное к центру для облегчения стока жидкости. По верху ячейки уложен перфорированный лист, на котором находится ФП. Внутренняя полость каждого сектора с помощью соединительных трубок сообщается с каналами распределительного устройства, жестко связанного с корпусом. Ф приводится во вращение электродвигателем. За один оборот ячейки Ф последовательно соединяются с линиями вакуума и сжатого воздуха. Подача суспензии осуществляется в ячейки сверху. Съем осадка производится ножом или шнеком.   Карусельный вакуум-фильтр применяется для разделения грубодисперсных суспензий; состоит из ковшей в форме трапецеидальных секторов, собранных на кольцевой раме. Ковши связаны трубками с распределительным устройством, через которое удаляются фильтрат и промывная жидкость. Ковши вращаются вокруг вертикальной оси как единое целое. Каждый ковш состоит из корпуса, образующего вместе с дренажными пластинами и ФП рабочий орган Ф Суспензия и промывная жидкость заливаются в ковш сверху. Для выгрузки осадка ковш автоматически поворачивается на 180° над местом выгрузки.   Газовые Ф относятся к непрерывно действующим аппаратам. По устройству их разделяют на Ф с плоской фильтрующей поверхностью и батарейные. Газовый Ф с плоской фильтрующей поверхностью представляет собой камеру, разделенную перфорированной решеткой, на которой помещают ФП в виде слоя песка, кварца и т.п., либо двумя скрепленными между собой перфорированными решетками, между которыми зажат спрессованный волокнистый материал (асбестовое волокно, стекловолокно, вата и т.п.). Газовый поток проходит через ФП и очищается от взвешенных в нем частиц. Через определенные промежутки времени ФП очищают или заменяют новой. Батарейный газовый Ф (рукавный) имеет ФП, выполненную из ткани в виде рукава. Газовый поток вводится в Ф и распределяется по рукавам. Очищенный газ удаляется через газоход, а отделенные частицы оседают на внутренней поверхности рукавов. Для удаления слоя осевших частиц имеется приспособление, встряхивающее рукава. Слой частиц сбрасывается в нижнюю часть фильтра и удаляется из аппарата шнеком. В качестве батарейного Ф для очистки газов применяется также патронный Ф   См. также ст. Фование, Водоочистка, Биофильтр, Бактериальные фильтры, Ф водопроводный, Ф обратный, Топливный фильтр.     Лит.: Ветцель Б., Новейшие конструкции фильтров, М., 1965; Фы для жидкостей, М., 1965; Плановский А. Н., НиколаевП. И., Процессы и аппараты и нефтехимической технологии, 2 изд., М., 1972; Машины и аппараты производств, под ред. И, И. Чернобыльского, 3 изд., М., 1975.   А. Ф Кудряшов.