ГЛАВНАЯНОВОСТИГОСТЕВАЯ КНИГАУСЛУГИ И ЦЕНЫКОНТАКТЫБИБЛИОТЕКА
 
  Вернуться назад

Библиотека

Все документы предоставляются в формате *.pdf, *.djvu

  Скачать PDF-reader
  Скачать DJVU-reader

Механизм улавливания частиц

прямая фильтрация
Механизм улавливания частиц - прямая фильтрация или просеивание
формирование кека
Механизм улавливания частиц - формирование кека

Фильтрация гелеобразных частиц

через мембранный фильтр
Фильтрация гелеобразных частиц через фильтровальную перегородку поверхностного типа
через глубинный фильтр
Фильтрация гелеобразных частиц через фильтровальную перегородку глубинного типа

Фильтрование. Микрофильтрация

1. Механизм микрофильтрации
2. Свойства частиц, влияющие на процесс фильтрации
3. Свойства жидкости, влияющие на процесс фильтрации
4. Свойства фильтрующей перегородки, влияющие на процесс фильтрации
5. Типы пористых фильтрующих перегородок
     5.1. Сеточные или ситчатые фильтрующие перегородки
     5.2. Глубинные фильтрующие перегородки
     5.3 Мембранные фильтрующие перегородки
6. Требования, предъявляемые к полимерным мембранам
7. Полимеры для изготовления мембран
8. Проектирование мембранных установок и выбор аппаратурного оформления процесса микрофильтрации
9. Фильтродержатели
     9.1. Шприцевые фильтродержатели
     9.2. Капсульные фильтродержатели
     9.3. Вакуумные фильтродержатели
     9.4. Фильтродержатели дисковых мембран для работы под давлением
10. Патронные фильтрующие элементы (картриджи)
     10.1. Фильтрующие элементы из негибких материалов
     10.1.1. Металлокерамические фильтры
     10.1.2. Керамические фильтры
     10.1.3. Пенокерамические фильтры
     10.1.4. Фильтры из жестких полимерных материалов
       Фильтрующие элементы из вспененных полимеров
       Фильтрующие элементы из волокнообразующих полимеров
     10.2. Фильтрующие элементы из гибких материалов
     10.2.1. Фильтрующие элементы из металлической или полимерной сетки
     10.2.2. Фильтрующие элементы из горфированных фильтровальных материалов

5.2 Глубинные фильтрующие перегородки

    При глубинном фильтровании частицы задерживаются на как поверхности так и, главным образом, в толще капиллярно-пористого фильтра. Пористая структура глубинного фильтра представляет собой волокнистый лист или цилиндр с произвольным расположением волокон в толще фильтрующей перегородки относительно друг друга.    
    Улавливание частиц в глубинном фильтре происходит:

  • за счет механического торможения и удержания в месте пересечения волокон фильтрующей перегородки;
  • в результате адсорбции на фильтрующем материале или на участке капилляра, имеющего изгиб или неправильную форму;
  • за счет электрокинетического взаимодействия.

    Глубинные фильтры производятся из волокнистых, зернистых и тканых материалов, спрессованных, спеченных или каким-либо другим образом соединенных между собой и образующих таким образом пористую структуру.
    Примерами волокнистых материалов натурального происхождения, применяемых для изготовления глубинных фильтров, могут служить: шерсть, шелк, хлопчатобумажные ткани, вата, джут, льняная ткань, асбест, целлюлозное волокно.         Среди искусственных волокон можно выделить: ацетатное, акриловое, фторуглеродное волокна, стекловолокно, металлическое и металлокерамическое волокно, нейлон, капрон, лавсан. В фармацевтической промышленности, кроме того, используют бытовые и технические ткани: медаполам, бельтинг, фильтробельтинг, миткаль, фильтромиткаль, хлорин, ткань ФПП, целлюлозно-асбестовые ткани.
    Фильтровальные ткани, широко применяемые для очистки жидкостей, имеют разнообразные свойства, которые зависят от строения ткани, определяемого, в свою очередь, структурой и диаметром нитей, характером их переплетения, плотностью и толщиной ткани. Нити, идущие на изготовление фильтровальных тканей, могут состоять из штапельных волокон, т. е. коротких волокон, скручиваемых в нити непрерывной длины, и из моноволокон - единичных нитей непрерывной длины, имеющих сравнительно большой диаметр. Штапельные волокна могут быть натуральными и синтетическими, а моноволокна в подавляющем большинстве являются экструдированными нитями искусственного происхождения - полиэфирными, вискозными, стеклянными и т. п. Из натуральных волокон моноструктурой обладает только шелк.
    Бумагу и картон широко применяют для очистки различных жидкостей, не обладающих ярко выраженными агрессивными свойствами, например, нефтепродуктов.
Фильтровальную бумагу производят из немерсеризованных хлопковых волокон или из древесной целлюлозы. Она обладает хорошими фильтрационными показателями вследствие высокопористой структуры, которая имеет многоступенчатый характер: первый уровень образован целлюлозными волокнами, второй уровень — составляющими их фибриллами, размеры которых на один - два порядка меньше размеров волокон, и третий уровень — микрофибриллами, размеры которых меньше еще на порядок. Такая структура, несмотря на очень высокую пористость бумаги, обеспечивает весьма малый диаметр поровых отверстий и соответственно высокую задерживающую способность бумаги.
    Керамические материалы изготавливают спеканием зернистых минеральных частиц (так называемого наполнителя) с добавлением связующего вещества или без него. Иногда в состав смеси вводят специальные добавки, увеличивающие пористость вещества. Свойства керамического фильтрующего материала, в первую очередь, его стойкость к фильтруемой жидкости, зависят от свойств наполнителя и связующего вещества. Тонкость фильтрования этих материалов зависит, главным образом, от размера частиц наполнителя.
    Полимерные фильтрующие материалы представляют собой пористые пластмассы, получаемые включением в исходную композицию газообразующих или водорастворимых компонентов, после разложения или удаления (вымывания) которых материал приобретает пористую структуру. Пенопластовые материалы, получаемые с использованием газообразующих веществ, изготавливают на основе поливинилхлорида, полиуретана, полиэтилена, полипропилена и других полимеров. Эти фильтрующие материалы довольно экономичны, так как исходное сырье для их производства имеет сравнительно невысокую стоимость, а способ изготовления не требует больших трудозатрат и сложного оборудования. Недостатком пенопластовых материалов является неравномерность их поровой структуры, так как в процессе вспенивания затруднительно обеспечить стабильный размер пор.
    Для исключения неравномерности поровой структуры полимерных материалов в настоящее время широко используют радиальную укладку слоев термоскрепленного полипропилена с переменной плотностью укладки (плотность увеличивается от наружных слоев к внутренним). Пористость фильтрующих элементов составляет порядка 80%. Последний тонкий внутренний слой фильтрующего элемента является «запирающим» (т.е. предотвращает выброс в фильтрат загрязнений при скачках перепада давления на элементе), и имеет эффективность удержания микрочастиц близкую к абсолютной - 99%.
    Волокнистая структура (волокна с размерами около 20 мкм) и материал (полипропилен) обеспечивают при движении жидкости через фильтрующий слой возникновение наведенного электрического потенциала, который в свою очередь способствует разрушению двойного электрического слоя коллоидных микрочастиц и закреплению их внутри фильтрующего слоя. 
    Глубинные фильтрующие материалы, получаемые с использованием водорастворимых компонентов (главным образом, солей различных металлов), имеют более равномерную структуру, так как их пористость и размер пор зависят от количества и гранулометрического состава вспомогательного вещества. 
    Существуют два основных способа получения полимерных пористых материалов с вымыванием солей, различающиеся методом введения этих солей в полимеры. Довольно тонкие пленки получают отливанием из раствора, содержащего одновременно полимер и соль. В результате обработки этих пленок водой в материале возникают разнообразные пористые структуры, строение которых зависит от размеров кристаллов соли, образующихся при их выпадении из раствора. Такие вещества, как хлориды аммония, натрия, калия, магния и стронция, образуют в полимерном материале поры размерами 10 - 20 мкм. Хлориды кальция после растворения в воде образуют сильно развитую систему пор, размер большинства которых составляет около 1 мкм.
    При другом способе изготовления пористых полимеров, позволяющем получать фильтрующий материал любой толщины, в качестве исходной композиции применяют смесь порошкообразного полимера с измельченной солью. Этот порошок прессуется и подвергается термической обработке, после чего кристаллы соли удаляют кипячением в дистиллированной воде. Таким способом можно получать фильтрующие элементы в виде плит, дисков, цилиндров; стаканов и т. д. Так отечественной промышленностью выпускается фильтрующий материал из пористого фторопласта, получаемый смешением хлорида натрия определенного помола с порошкообразным политетрафторэтиленом. При этом существует несколько типов пористого фторопласта с различным размером пор, зависящим от фракционного состава хлорида натрия; тонкость фильтрования составляет 5 - 35 мкм. Указанные фильтрующие материалы обладают очень высокой химической стойкостью и вследствие этого находят широкое применение при очистке различных жидкостей, с которыми взаимодействуют другие фильтрующие материалы. Технология изготовления пористого фторопласта позволяет получать объемный фильтрующий материал переменной пористости, что существенно увеличивает ресурс его работы. Однако распространение материалов этого типа для очистки сравнительно мало химически активных жидкостей сдерживается относительной дороговизной материала и тем, что при его утилизации образуются токсичные вещества.
    Эффективность работы глубинного фильтра зависит от диаметра, толщины волокна и плотности укладки волокон при формировании структуры фильтра. Фильтрующие перегородки  этого типа целесообразно применять для малоконцентрированных суспензий (с объемным содержанием твердой фазы менее 1%, т.к. в процессе фильтрации постепенно происходит «зарастание» толщи фильтра и возрастает сопротивление перегородки). 
    Хотя существует реальная техническая возможность изготовления фильтров глубинного типа со способностью извлекать из жидкости мелкие частицы, размер которых подобен размера бактерий или вирусов, большая поверхность адсорбции толщи фильтрующей перегородки может привести к потерям действующих веществ на фильтре, а задержание в глубине перегородки микроорганизмов – к их размножению и загрязнению фильтрата. Поэтому глубинные фильтры в основном используют в качестве предварительной фильтрации в целях задержки крупных частиц, а также коллоидных частиц для защиты мембранных фильтров.

    В качестве одной из модификаций глубинного фильтра можно рассматривать использование некоторого вещества, называемого вспомогательным и наносимого на поверхность волокон основного материала фильтра. При этом глубинный фильтр дополнительно приобретает фильтрующие свойства, характерные для внесенного вспомогательного материала. Из таких зернистых материалов наиболее распространены диатомит, перлит, активные угли, сильнокислотные катиониты и др. Диатомит получают из кремнеземных панцирей водорослей – диатомей. Перлит – это стекловидная горная порода вулканического происхождения, используется, в основном, для изготовления патронных фильтров. Зернистые материалы нашли свое применение для фильтрования трудно фильтруемых жидкостей (биологические жидкости, раствор желатина для инъекций и т.д.).

    Как было указано ранее, глубинные фильтры используют главным образом для макрофильтрации, однако на шкале размеров частиц, близкой к нижней границе, они могут использоваться и для микрофильтрации. Такие тонкие глубинные фильтры изготавливают обычно из гофрированного стекловолокна, и они способны удерживать микрочастицы с номинальным размером вплоть до 0,7 мкм. Преимуществами этих фильтров по сравнению с традиционными глубинными (т.е. в виде волокнистого листа или цилиндра) является то, что их производительность при задержке частиц тех же размеров существенно выше.


   Создание сайта: студия «Unstandard»
   Дизайн: С.Черкасов, комп.поддержка: Н.Ксенофонтов

наверх