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
2. Свойства частиц, влияющие на процесс фильтрации
Размер, форма, плотность и способность к деформации – это свойства частиц, которые влияют на процесс фильтрации.
Размер частиц – очевидный показатель, который объясняет, почему фильтрующие материалы оцениваются по их способности удалять частицы именно этого размера.
Форма частиц – показатель ответственный за способность частиц образовывать, так называемый, «дополнительный фильтрующий слой». Частицы неправильной формы за счет эффектов адгезии и суффозии могут формировать на поверхности фильтрующего материала проницаемые «мостики», в то время как частицы правильной и плоской формы способны окружить поверхность фильтра водонепроницаемым слоем.
Плотность частиц – показатель, влияние которого практически определяет эффективность удержания микрочастиц на фильтрующей перегородке. Чем больше разница в соотношении удельных весов частиц и растворителя, тем больше эффект инерционного взаимодействия. Эта разница объясняет, почему эффективней работа одного и того же фильтра в газовом потоке, чем в потоке жидкости. Чтобы иллюстрировать такой процесс, вообразите, что Вы выпускаете шарик пинг-понга и мяч для гольфа в воздушный поток. Естественно, что шарик пинг-понга будет унесен намного дальше воздушным потоком, чем мяч для гольфа. По этим же законам частицы захватываются фильтрующей перегородкой из потока.
Способность частиц к деформации – показатель, определяющий возможность частицы изменять свою форму, разрушаться под действием инерционных сил, образовывать агломераты и конгломераты. Наименьшей способностью к деформации обладают твердые частицы (песок, металлическая стружка и т.д.), наибольшей – коллоидные частицы (оксиды железа, желатин и пр.). Частицы с высокой способностью к деформации вызывают эффект экранирования поверхности фильтрующей перегородки. При подборе фильтров способность к деформации частиц, содержащихся в потоке, определяет порядок расположения фильтрационных перегородок в каскадных системах очистки с целью защиты фильтров тонкой (финишной) очистки от «зарастания».
В процессе микрофильтрации частицы, размер которых больше размера пор используемого мембранного фильтра, задерживаются на его поверхности, тогда как более мелкие частицы способны проходить через фильтр. Поэтому теоретически можно произвести разделение частиц по их величине. Такое фракционное фильтрование возможно, однако, лишь для растворов с чрезвычайно низким содержанием взвешенных частиц и только в тех случаях, когда адсорбционные и другие эффекты не играют большой роли. На практике обычно частицы, собирающиеся на фильтре, образуют на его поверхности дополнительный фильтрующий слой, который задерживает самые мелкие фракции. Чем крупнее частицы, взвешенные в фильтруемой жидкости, тем быстрее происходит образование этого слоя, наличие которого вызывает постепенное снижение скорости фильтрации до тех пор, пока слой не станет настолько плотным, что полностью затормозит фильтрование.
Частицы, которые дают фильтрующий слой, наиболее быстро забивающий фильтр, – это волокна, слизеподобные частицы и коллоиды (такие, как желатин, растительные экстракты, кремниевая кислота). Частицы с размером, близким к размеру пор мембранного фильтра, быстрее забивают его, чем сравнительно грубые частицы, так как образуемый ими эффективный фильтрующий слой более проницаем. При фильтровании воздуха и газов забивание фильтра пренебрежимо мало, что обусловлено очень низким содержанием «грязи» и сильным электростатическим зарядом, возникающим на поверхности мембранного фильтра.
После того, как мембранный фильтр полностью забьется, жидкость больше не может проходить через него. Фильтрование прекращается, и ни повышение давления, ни его пульсирующие изменения не способны продавить собранные частицы или бактерии через фильтр. Таким образом, отсутствует опасность «прорыва» фильтра, что часто случается при работе с намывными фильтрами.
3. Свойства жидкости, влияющие на процесс фильтрации
Основными факторами, влияющими как на скорость фильтрации, так и на ее эффективность являются:
- количество и вязкость очищаемой жидкости;
- химический состав очищаемой жидкости: значение рН, ионная сила и пр.
- содержание механических примесей (хотя бы ориентировочное);
- химическая совместимость очищаемой среды с конструкционными материалами, из которых изготовлен фильтр и фильтродержатель;
- рабочее давление и температура очищаемой среды.
Если любое из этих свойств игнорируется, результаты процесса фильтрации могут быть достаточно плачевны. Например, если давление среды будет очень высоким – выйдут из строя уплотнения фильтродержателя, что приведет к разгерметизации, как фильтрующих патронных элементов, так и внешних прокладок. В дополнение к упомянутому выше: при увеличении вязкости жидкости, потери давления на процесс «продавливания» этой жидкости через фильтрующую перегородку увеличиваются логарифмически. Вспомните «шарик пинг-понга»…
