FILTRACJA

Oczyszczanie cieczy lub gazu poprzez zatrzymywanie cząstek ciała stałego na porowatej przegrodzie.

• separujące: istotne ciecz/gaz + ciało stałe . 1% ciała stałego

• oczyszczające: istotne ciecz/gaz , 0,1% ciała stałego

Rodzaje filtracji:

• plackowa: separująca, ważne jest ciało stałe

• wgłębna: oczyszczająca; nie zależy nam na ciele stałym

Filtr warstwa filtrująca przegroda filtrująca

Filtracja powierzchniowa:

• kartony filtracyjne – celuloza, jednorazowe ∅ kanalików 1,2 – 1,8 μm

• koszyki metalowe (cedzenie = sitko)

• włókna bawełniane i celulozowe – regenerowanie

• ceramiczne warstwy filtracyjne: kwarc, ziemia okrzemkowa, glina ogniotrwała - > spieki (zgodna wielkość kanalików nawet < 1 μm, płyty i cylindry tzw. świece, czyszczenie poprzez przedmuchiwanie sprężonym powietrzem)

Filtracja wgłębna:

• tkaninowe: bawełna, juta, tworzywa sztuczne – podkład

• tworzywa sztuczne – głównie polimery

• materiały ziarniste – ziemia okrzemkowa (szkielet okrzemek ∅1-100μm, bardzo wysoka porowatość 90-95%), perlity (szkliwo wulkaniczne, kuleczki wulkaniczne, kuleczki w środku puste, porowatość 80-90%)

Filtr opór f(porowatości, średnicy, krętości i kształtów kanalików filtru)

f (lepkości i gęstości)

f (grubości i jakości placka filtracyjnego)

Opór przegrody filtracyjnej jest dużo mniejszy od oporu warstwy osadu i może wpływać na proces filtracji tylko w początkowej fazie

1. osad ściśliwy (podatny na ciśnienie) zmniejszenie grubości warstwy osadu zmniejszenie porowatości, odkształcenie cząstek

2. osad nieściśliwy (osady krystaliczne)

Aby osad miał charakter osadu nieściśliwego dodaje się np. ziemi okrzemkowej

Masowy opór właściwy osadu [m/kg]

α = α₀*∆p^s

gdzie:

s – współczynnik ściśliwości: 0-1 (0 – nieściśliwe, 1 – skrajnie ściśliwe)

α₀ – stała (na którą wpływ ma porowatość, kształt cząstki itp.) - > tzw. opór właściwy osadu
nieściśliwego

∆p^s – różnica ciśnienia w warstwie osadu ∆p^s 1, bo s 0

• osad nieściśliwy s 0

∆p^s 1

α=α₀

• osad ściśliwy s 1

∆p^s ∆p

α=α_0*∆p

Im osad jest bardziej ściśliwy, tym większy opór warstwy = większy spadek ciśnienia

Osad ściśliwy

Pomoce filtracyjne – substancje ziarniste mające za zadanie utworzyć osad o określonej strukturze (małej ściśliwości) np. ziemia okrzemkowa - > ilość

Filtracja

Proces ciśnieniowy – pokonanie oporów przepływu (oporu stawianego przez przegrodę filtracyjną (RP) oporu osadu (R₀)

V_F ∆p

$$\frac{\text{dV}}{\text{Adt}}\left\lbrack \frac{m^{3}}{m^{2}s} \right\rbrack = \frac{p}{R}$$

$$R = R_{} + R_{\varphi}\left\lbrack \frac{Pa*m^{2}*s}{m^{3}} \right\rbrack$$

α = α₀*∆p^s

$$R = \alpha*\left\lbrack \frac{V_{F}*C_{s}}{A} \right\rbrack + r$$

V_F*C_s - > f(t)

gdzie:

r – opór właściwy przegrody filtracyjnej [kg/m²]

V_F – objętość filtratu

C_s – koncentracja ciała stałego w filtrowanej zawiesinie

1. Filtracja pod stałym ciśnieniem

2. Filtracja przy stałej wydajności

∆p - > zawsze wyższe ciśnienie jest nad zawiesiną

• filtracja grawitacyjna – różnica ciśnienia wywołana parciem hydrostatycznym słupa zawiesiny nad przegrodą ∆p = ρ_z*g*h

• filtracja ciśnieniowa – nadciśnienie nad przegrodą – pompa, sprężarka, dowolne ∆p (wytrzymałość filtra)

• filtracja próżniowa - podciśnienie za przegrodą - > pompa próżniowa, max 1 bar (niska temperatura wrzenia mieszanin pod próżnią)

• filtracja wirówkowa – różnica ciśnienia po obu stronach wywołana jest działaniem siły odśrodkowej

Filtracja izobaryczna – wyznaczanie przepustowości filtra

objętość

przypadająca

na 1 cykl

t_j t_t

t_j – czas jałowy t_t – czas optymalny filtracji

t_c = t_j + t_t - czas całkowity dla jednego cyklu

PRZEPUSTOWOŚĆ FILTRA

- funkcja powierzchni

Czas jałowy

• Przepłukiwanie osadu (filtracja separująca)

  • Suszenie osadu (mała objętość materiału odparowanego lub technologie)

  • Zdrapywanie/struganie osadu

  • Przepłukiwanie wodą lub wypychanie sprężonym powietrzem

Dobór filtru (materiału filtracyjnego)

• Odporność na warunki procesowe

• Wielkość porów strumień filtratu []

• Powierzchnie filtru

opór = przyłożenie (P)

μm mm cm

wydajność

czystość filtratu

„żywotność filtratu”

selektywność

Filtracja oczyszczająca

• niskie stężenie ciała stałego

• istotna jako ciecz

Schemat doboru rządzeń do filtracji rozdzielającej

filtry oczyszczające

filtry koszowe

filtry workowe

filtry świecące

techniki membranowe

rozmiar zanieczyszczeń

czystość filtratu

wydajność jednostkowa

TECHNIKI MEMBRANOWE

moduł membranowy

membrana nieorganiczna

lub organiczna (polimerowa)

Na membranach mikrofiltracyjnych/ultrafiltracyjnych

nadawa (roztwór zasilający)

podawany w sposób prostopadły na filtr

przepływ jednokierunkowy

(dead – end)

filtrat = permeat

nadawa

podawana w sposób

równoległy

przepływ krzyżowy

(cross flow)

filtrat = permeat

Współczynnik (cut off) – wyrażany w masie cząsteczkowej. Związki powyżej tej wartości są zatrzymywane na membranie