Войти
Фильтры глубины - это разновидность фильтров, которые используют пористую фильтрацию среда, чтобы удерживать частицы во всей среде, а не только на поверхности среды. Эти фильтры обычно используются, когда фильтруемая жидкость содержит большое количество частиц, потому что по сравнению с другими типами фильтров они могут удерживать большую массу частиц до того, как засорятся.
Глубинная фильтрация, состоящая из нескольких пористых слоев с глубиной, используется для улавливания твердых загрязняющих веществ из жидкой фазы. Из-за извилистой и канальной природы фильтрующей среды частицы удерживаются во всей среде внутри ее структуры, а не на поверхности. Дополнительное преимущество глубинных фильтров состоит в том, что они способны улавливать большое количество частиц без снижения эффективности отделения. Глубинные фильтры обычно характеризуются песочными фильтрами и могут использоваться с существенно более высокими скоростями фильтрации, чем в других конструкциях. Именно эти характеристики укрепили популярность глубинных фильтров как эффективной среды для сепарации. С постоянным развитием технологических процессов конструкции глубинных фильтров постоянно адаптируются и улучшаются в соответствии с потребностями промышленности.
Чтобы приспособиться к разнообразным применениям глубинных фильтров, в промышленности были реализованы различные конструкции для обеспечения осуществимых процессов при сохранении основной цели глубинных фильтров.
| Конструкция | Характеристика | Количество циклов | Размеры | Промышленное применение |
|---|---|---|---|---|
| Колодки и панели (кассеты) | Толстые или более тонкие листы сложенного фильтрующего материала имеют прямоугольную форму. Упакован в прямоугольную рамку с перегородкой. | Используется только для 1-2 циклов очистки | Доступен в размерах 400, 1600 или 3600 см с расходом 75 л / ч на каждую подушку и можно увеличить до 130 л / ч за счет полирующей фильтрации. | Продукты питания и напитки - фруктовые соки, безалкогольные напитки Химические вещества - промышленные краски, органические растворители, чернила Нефть - воск, керосин Винодельня, косметика |
| Толстый картридж | Отдельный кусок фильтрующего материала, намотанный вокруг перфорированного цилиндра из металла или жесткого пластика, в котором жидкость или газ с растворенными веществами протекают внутри цилиндра.. | Когда фильтрующая среда достигает максимальной загрузки растворенного вещества, картридж утилизируется. Благодаря обратной промывке фильтр может выполнять больше циклов очистки | Фильтры для воды и бассейнов в домашних условиях Промышленные сепараторы углеводородного топлива | |
| Глубокий слой (песочный фильтр) | Фильтрующая среда имеет раствор сверху и использует сила тяжести для фильтрации частиц. Это самый старый и простой способ фильтрации. | Несколько циклов фильтрации, обычно очищаются путем реверсирования потока. | Типы глубоких слоев
| Питьевая вода, полировка после очистки сточных вод, предварительная -очистка для опреснения |
| Линзовидная | Многослойная дисковая конструкция - механические компрессионные уплотнения (семь уплотнений на восьмиъячеечный фильтр) между пластиковыми «острыми кромками» и фильтрующим материалом. | Диаметр диска 300 или 400 мм | Ферментированные продукты |
Использование песочных фильтров с глубоким слоем в качестве заключительного этапа очистки питьевой воды в муниципальных учреждениях имеет значительно увеличился за последнее десятилетие, с его применением, начиная от осветления и обработки питьевой воды до станций очистки сточных вод, где сточные воды должны быть очищены перед сбросом. Основное преимущество глубинной фильтрации заключается в способности задерживать частицы во всех каналах среды, а не только на ее поверхности. Это значительно увеличивает фильтрующую способность среды по сравнению с другими типами процессов фильтрации и позволяет фильтровать частицы различного размера в матрице.
Наиболее известными процессами глубокой фильтрации, используемыми в настоящее время, являются прямая фильтрация и фильтрация с контактной флокуляцией. Прямая фильтрация включает короткий период стадии предварительной флокуляции, за которой следует процесс фильтрации. На очистных сооружениях большая часть взвешенных твердых частиц и других загрязняющих веществ успешно удаляется после стадий первичной и вторичной очистки. Чтобы удалить оставшиеся твердые частицы и органические соединения из потока сточных вод, используется метод прямой фильтрации с предварительной флокуляцией. Поскольку процесс отделения загрязняющих веществ происходит в фильтрующем материале, необходимо регулярно контролировать такие факторы, как время флокуляции, скорость фильтрации и дозировка флокулянта, поскольку они могут напрямую влиять на размер производимого флокулянта. Это жизненно важно для процесса, чтобы предотвратить возможное засорение или биозагрязнение фильтрующего слоя.
Преимущества, связанные с этим процессом, включают способность производить крупные хлопья, которые затем можно фильтровать. Другим преимуществом метода глубинной фильтрации является гибкость в выборе конфигурации фильтра, которая позволяет получить высокую емкость накопления твердых частиц, сохраняя при этом уровень энергопотребления в приемлемом диапазоне. Обратной стороной использования прямой фильтрации является то, что микробы могут расти в каналах фильтра и, следовательно, воспроизводиться в течение длительных рабочих циклов. Это размножение организмов в матрице фильтра может привести к загрязнению фильтрата.
Глубинная фильтрация также широко используется для осветления и осветления клеточных культур. Системы клеточных культур могут содержать дрожжевые, бактериальные и другие загрязненные клетки, и, следовательно, эффективная стадия осветления жизненно важна для разделения клеток и другого коллоидного вещества с целью получения клеточной системы без частиц [9]. Большинство глубинных фильтров, используемых в фармацевтических процессах, таких как сбор клеточных систем, состоят из целлюлозных волокон и фильтрующих добавок. Конструкция с прямоточным потоком в глубинных фильтрах обеспечивает финансово приемлемое решение, улавливая загрязняющие вещества в канале фильтра, обеспечивая при этом максимальную степень извлечения продукта. К другим преимуществам этой системы относятся ее низкие затраты на электроэнергию, поскольку насосы, используемые в глубинных фильтрах, требуют минимальной потребляемой мощности из-за небольшого давления в системе. Глубинная фильтрация также является гибкой с точки зрения возможности масштабирования системы в сторону увеличения или уменьшения, обеспечивая при этом высокий выход (>95%).
.
Помимо глубинной фильтрации, ряд методов мембранной фильтрации также используется для различных промышленных приложений, таких как обратный осмос, нанофильтрация и микрофильтрация. Вышеупомянутые процессы работают по тому же принципу, отбрасывая загрязняющие вещества, размер которых превышает размер фильтра. Их главная отличительная особенность - эффективный размер пор. Например, микрофильтрация позволяет крупным частицам проходить через фильтрующий материал, в то время как обратный осмос отклоняет все частицы, кроме очень мелких. Большинство мембранных фильтров можно использовать для окончательной фильтрации, в то время как глубинные фильтры, как правило, более эффективны при использовании для осветления, поэтому комбинация двух процессов может обеспечить подходящую систему фильтрации, которую можно адаптировать ко многим применениям.
Характеристики процесса, такие как скорость фильтрации и фильтрующий материал, являются важными соображениями при проектировании и сильно влияют на производительность фильтра, поэтому для обеспечения большего контроля над ними необходим постоянный мониторинг и оценка. качество процесса.
Расход определяется как отношение движущей силы к сопротивлению фильтра. Два обычных типа конструкций глубинных фильтров: быстрый и медленный фильтры работают со скоростями 5-15 м / ч и 0,1-0,2 м / ч соответственно; тогда как песчаные фильтры под давлением имеют расчетную скорость потока 238 л / мин [14]. Во время работы степень фильтрации уменьшается из-за увеличения сопротивления фильтра, поскольку частицы оседают в среде. Скорость фильтрации влияет на скорость засорения с высокой скоростью фильтрации, вызывая более быстрое накопление. Пилотные испытания показывают, что чем выше скорость фильтрации, тем меньше площадь фильтрации, в то время как увеличение скорости фильтрации сокращает время до прорыва, уменьшает время до потери напора (увеличивает потерю напора) и приводит к более коротким проходам и меньшим оптимальным глубинам. Они также демонстрируют, что более высокая степень фильтрации может быть достигнута за счет использования материала большего диаметра и увеличенной глубины материала. Высокие скорости фильтрации зависят от конструкции среды с самой высокой производительностью фильтрации при эксплуатации при 13,5 галлонов в минуту / фут2.
Обратная промывка - важная операция, используемая для удаления отфильтрованных твердых частиц, поскольку эта конструкция up вызывает увеличение сопротивления фильтрации со временем. Обратная промывка включает изменение направления потока жидкости при использовании чистой жидкости. Этот процесс используется в течение времени в диапазоне 5–15 минут с типичным расходом на единицу площади в диапазоне 6,8–13,6 л / м2.с. В большинстве конструкций обычно используется обратная промывка один раз в день работы. Работа глубинных фильтров по своей природе является циклической из-за необходимости удаления твердых частиц, накапливающихся во время процесса, поскольку обычно используются два или более таких блока, чтобы обратная промывка не мешала фильтрации. Эффективная обратная промывка происходит при псевдоожижении фильтрующего материала. Скорость потока псевдоожижения обычно находится в диапазоне 20-50 галлонов в минуту / фут2.
Скорость удаления для песочных фильтров под давлением со средой обычно находится в диапазоне 0,3-0,5 мм. Сообщается, что в нем содержится 95 частиц размером до 6 мкм при размере среды 0,3 мм и 95% степени удаления частиц размером до 15 мкм для среды размером 0,5 мм.
Существует множество фильтрующих материалов, которые могут использоваться в процессах глубинной фильтрации, наиболее распространенным из которых является песок. Выбор фильтрующего материала влияет на скорость фильтрации, мутность и площадь фильтрующей поверхности. Потеря напора в чистом слое (перепад давления) зависит от диаметра среды, при этом увеличение диаметра среды приводит к увеличению времени на расчет потери напора. Однако увеличение диаметра среды и скорости фильтрации приводит к снижению мутности сточных вод. Для компенсации можно увеличить глубину среды, чтобы уменьшить влияние на мутность сточных вод. Максимальное значение глубины среды, используемой до сих пор в конструкциях для высокоскоростной фильтрации, составляет 100 дюймов, в то время как максимальный размер среды, используемой в пилотных устройствах, составляет 2 мм в диаметре. Песок, магнетит, кокс и антрацит являются наиболее часто используемыми средами для твердых частиц в промышленности, особенно ввиду их широкой доступности.
Таблица [1] Технологические / проектные характеристики мономерных фильтровальных слоев для очистки сточных вод (глубокий слой):
| Характеристика | Диапазон параметров | Обычно используемый параметр значения |
|---|---|---|
| Тип материала: песок | ||
| Глубина материала (см) | 90-180 | 120 |
| Эффективный размер (мм) | 2-3 | 2,5 |
| Скорость фильтрации м / ч | 5-24 | 12 |
| Тип материала: антрацит | ||
| Глубина материала (см) | 90-215 | 150 |
| Эффективный размер (мм) | 2-4 | 2,75 |
| Скорость фильтрации м / ч | 5 -24 | 12 |
Таблица [2] Расчетные параметры для фильтров глубины давления:
| Эффективный размер материала (мм) | Скорость фильтрации м / ч |
|---|---|
| 0,35 | 25-35 |
| 0.55 | 40-50 |
| 0.75 | 55-70 |
| 0.95 | 70-90 |
Глубинная фильтрация может использоваться при предварительной обработке, удалении взвешенных частиц из несущей жидкости, предназначенной для использования в качестве потока сырья, или в контексте разъяснения, когда частицы удаляются для очистки если хотите поток продуктов.
При разработке глубинных фильтров используется несколько эвристик, чтобы гарантировать стабильную работу в течение всего срока службы фильтра.
Взаимосвязь между удерживанием и размером частиц не является ступенчатой функцией. Более крупные частицы легко задерживаются фильтрующим материалом; однако твердые частицы, которые находятся в промежуточном диапазоне между номинальными частицами и компонентами отходов, сложнее сохранить, и в результате они часто теряются как компонент отходов.
Чтобы максимально увеличить удерживающий канал для частиц различных размеров, фильтрующий материал наслоен таким образом, чтобы секции с более высоким размером пор были ближе к входящему потоку, захватывая частицы большего размера. Размеры пор уменьшаются по мере приближения к выходному потоку. Используя этот метод, фильтрующий материал подходит для более широкого диапазона размеров частиц, что приводит к большему контролю удержания и продлению срока службы фильтра
Выбор фильтра зависит от ряд переменных, таких как загрузка, продолжительность, форма, размер и распределение вещества, которое требуется отфильтровать. В идеале, если среда слишком большая, фильтрат будет плохого качества, так как он не сможет собирать частицы в своей матрице. И наоборот, если среда очень мала, твердые частицы будут накапливаться на поверхности картриджа, вызывая почти немедленную закупорку. Что касается формы, то при использовании зерен, которые имеют округлую форму, есть тенденция к эрозии из-за давления, которое входящий поток может оказывать на систему, тогда как зерна, которые являются плоскими (могут увеличивать площадь поверхности), тем не менее, могут вылетать из системы во время обратной промывки.. В качестве среды для частиц часто рекомендуется использовать частицы с высокой твердостью по шкале Мооса и относительно большим удельным весом. Чем мягче и легче материал, тем больше он подвержен эрозии и разжижению. Таким образом, часто используются такие частицы, как диоксид кремния и песок, поскольку они доступны по цене, но устойчивы к большим потокам поступающей жидкости. Коэффициент однородности - это мера однородности материала, используемого в фильтре. Это соотношение пор сита, которое пропускает 60% материала, по сравнению с размером пор, который пропускает 10% материала. Чем ближе соотношение к единице, тем ближе частицы по размеру. Идеальная система должна иметь коэффициент от 1,3 до 1,5 и не должен превышать 1,7. Значение меньше 1,3 указывает на то, что в этом нет необходимости для системы, и это может привести к увеличению затрат без предоставления какой-либо дополнительной формы оптимизации. Значение выше 1,5 означает, что в системе может наблюдаться больший перепад давления, что, как уже упоминалось, может привести к засорению, просачиванию сточного потока и снижению скорости фильтрации. В качестве ориентира рекомендуется, чтобы мельчайшие частицы, используемые в глубинных фильтрах, размещались на расстоянии не менее 150 мм от выходящего потока для предотвращения псевдоожижения.
Твердые частицы (черные точки), захваченные фильтрующим материалом (коричневые пятна). Белые пространства, которые меньше по размеру, чем фильтрующий материал, обеспечивают узкий проход для потока жидкости через
Глубинные фильтры используются в контексте тупиковых фильтров. При этом скорость входящего потока имеет решающее значение для работы фильтра. Входящие с высокой скоростью потоки с относительно крупными частицами могут вызвать засорение и износ фильтрующего материала. Это вызовет увеличение падения давления в системе. В ситуациях, когда фильтрующий материал забивается и падение давления постоянно увеличивается, часто частицы и потоки отходов могут просачиваться через зоны внутри картриджа и проходить через выходной поток, что не приводит к очистке
Чтобы минимизировать влияние засорение и накопление частиц система обратной промывки должна принимать примерно 1-5% объемного потока в качестве обратной промывки, работая при давлении примерно 6-8 бар. За пределами этого диапазона твердые частицы могут стать фрагментированными, что затрудняет их удаление из системы и потенциально может вызвать псевдоожижение системы.
Основная цель глубинного Фильтр должен действовать как осветлитель, отделяя взвешенные твердые частицы от потока жидкости в объемном потоке, и, как результат, используется на заключительной стадии процесса разделения. Традиционно глубинные фильтры состоят из одного выходного потока очищенной жидкости, задерживающего частицы отходов внутри своей системы. Благодаря своей длине он лучше удерживает остатки, чем стандартные фильтры. Что касается потока отходов, часто выходной поток может быть рециркулирован в последующий фильтр, чтобы гарантировать, что поток не содержит твердых частиц. Поток отходов также может образовываться при очистке фильтрующего материала, когда вода проходит в противоположном направлении, остатки, захваченные фильтрующим материалом, или частицы материала, которые были вытеснены, могут выходить из устройства, прежде чем оно будет надлежащим образом утилизировано.
В связи с постоянным развитием технологических процессов глубинные фильтры были модифицированы, чтобы повысить их применимость в ряде промышленных секторов.
| Дизайн | Характеристика | Улучшение | Промышленность |
|---|---|---|---|
| Чечевицеобразный контейнер | Фильтрация достигается силами, такими как сила тяжести и давление воды, действующих уплотнения на острие, сжимающие фильтрующий материал и фильтрующие жидкость |
| Разделение клеточных организмов на фармацевтический сектор из жидкости. |
| Глубокие фильтры непрерывного действия | Применяют быструю фильтрацию песком и улавливают грязное твердое вещество с фильтрующим материалом. Струя воздуха переносит фильтрующую среду с твердыми частицами в зону промывки над фильтром и отделяется. Затем очищенный фильтрующий материал снова добавляется в глубокий фильтр. | Потоки воды и твердых веществ противотоки, поэтому увеличивается удаление твердых частиц. | Обработка воды - улучшенные методы разделения во время предварительной обработки |
