Фильтры

1. Литературный  обзор

2.1     Фильтры

Фильтр — устройство для «фильтрации» или «фильтрования» — выделения (или удаления) из потока частиц, жидкости, газов, смесей или сигнала (набора гармонических колебаний или любого другого) некоторой части с заданными свойствами.

Фильтрованием называют процессы разделения неоднородных систем при помощи пористых перегородок, которые задерживают одни фазы этих систем и пропускают другие. К этим процессам относятся разделение суспензий на чистую жидкость и влажный осадок, аэрозолей на чистый газ и сухой осадок или на чистый газ и жидкость. Закономерности, характеризующие процессы разделения перечисленных неоднородных систем, наряду с общими чертами имеют также существенные отличия, причем закономерности процесса разделения суспензий установлены значительно полнее и точнее по сравнению с соответствующими закономерностями для аэрозолей.  Существуют различные виды фильтров, в зависимости от сферы их применения различают фильтры :

1. для очистки жидкостей.                                                                         Фильтр воды — устройство для очистки воды от вредных субстанций или микроорганизмов.

Аквариумный фильтр — устройство предназначенное для очистки аквариумной воды.                                                                          Масляный фильтр  — устройство, предназначенное для удаления загрязнений из моторных, трансмиссионных, смазочных масел и гидравлических жидкостей.

Топливный фильтр.

2. фильтры газа, например воздушный фильтр - элемент (бумажный, матерчатый, войлочный, поролоновый, сетчатый или иной), который служит для очистки от пыли (обработки) воздуха, подаваемого в помещения системами вентиляции и кондиционирования или используемого в технологических процессах (например, при получении кислорода), в газовых турбинах, в двигателях внутреннего сгорания и др.,
3. фильтры в электронике и электрике .                                                Фильтр (электроника) — устройство для выделения желательных компонент спектра аналогового сигнала и подавления нежелательных.

Коаксиальный фильтр — электрический фильтр, состоящий из элементов (отрезков) коаксиального кабеля, для селекции сигналов на дециметровом и сантиметровом диапазонах волн.

Цифровой  фильтр — устройство для обработки дискретного во времени сигнала; в результате обработки спектральный состав сигнала меняется требуемым образом.

Также фильтры  используются в таких областях науки, как математика, информатика, оптика, биология и др.

Наряду с фильтрами  в промышленности используются и  другие очистительные устройства: 

ЦИКЛОНЫ - устройства для отделения твердых частиц от газа; центробежные пылеуловители , конструктивные элементы которых обеспечивают вращательно –поступательное движение газового потока. Принципиально циклоны работают по следующеей схеме (рис. 1). Рис. 1 Схема течения газовых потоков в циклоне. 1, 4 - входной и отводящий патрубки; 2 - корпус; 3 - пылевой бункер

Обеспыливаемый  газ поступает в образующую кольцевое  пространство аппарата цилиндрическую часть, где движется по спирали с возрастающей скоростью от периферии к центру, спускается по наружной спирали, затем поднимается по внутренней спирали и выходит через выхлопную трубу. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенке циклоны и вместе с частью газа попадают в бункер. Часть освободившегося от пыли газа возвращается из бункера в циклоны через центр пылеотводящего отверстия, давая начало внутреннему вихрю. Отделение частиц от попавшего в бункер газа происходит при перемене направления их движения на 180° под действием сил инерции. По мере движения данной части газа в сторону выхлопной трубы к ним присоединяются порции газа, не попавшего в бункер. Это не вызывает существенного увеличения выноса пыли в трубу, т. к. распределенное на довольно большом отрезке длины циклоны перетекание газа происходит со скоростью, недостаточной для противодействия движению частиц к периферии аппарата. Значительно большее влияние на полноту пылеулавливания оказывает движение газа в области пылеотводящего отверстия. Поэтому частицы чрезвычайно чувствительны к подсосам газа через бункер из-за увеличения объема потока, движущегося навстречу улавливаемой пыли. Отсюда видна важная роль бункера при осаждении частиц пыли в циклоны; использование таких аппаратов без бункеров или с бункерами уменьшенных размеров приводит к снижению эффективности пылеулавливания.

Конструкции циклоны  весьма разнообразны. Циклоны различаются по способу подвода газа, который может быть спиральным , тангенциальным или обычным , винтообразным и осевым; циклоны с осевым (розеточным) подводом газа работает как с возвратом газа в верхнюю часть аппарата , так и без него . Аппараты последнего типа (так называемые прямоточные циклоны) отличаются низким гидравлическим сопротивлением и меньшей по сравнению с циклоны иных типов эффективностью пылеулавливания. Простота конструкции прямоточных циклонов облегчает нанесение на них футеровки, что позволяет применять эти аппараты для осаждения крупных абразивных частиц пыли.

ЭЛЕКТРОФИЛЬТР - устройство, в котором очистка  газов от аэрозольных, твердых или  жидких частиц происходит под действием  электрических сил. В результате действия электрического поля заряженные  частицы выводятся из очищаемого газового потока и осаждаются на электродах. Зарядка частиц происходит в поле коронного разряда. Электрофильтр  представляет собой корпус прямолинейной  или цилиндрической  формы, внутри которого смонтированы осадительные  и коронирующие электроды различной  конструкции (в зависимости от назначения и области применения электрофильтров , а также от специфики улавливаемых частиц). Коронирующие электроды подключены к высоковольтному источнику  питания выпрямл. током напряжением 50-60 кВ. Электрофильтры , в которых улавливаемые твердые частицы удаляются с электродов встряхиванием, называются сухими, а те, в которых осажденные частицы смываются с электродов жидкостью или улавливаются жидкие частицы (туман, брызги), — мокрыми. 
По числу электрических полей, через которые очищается газ проходит последовательно, электрофильтры подразделяют на однопольные и многопольные. Иногда электрофильтры разбивают на паралл. по ходу газа камеры — секции. По этому признаку они могут быть одно- и многосекционными. Очищаемый в электрофильтре газ проходит активную зону в вертикальных . или горизонтальных направлениях, поэтому электрофильтры бывают вертикальные или горизонтальные. По типу осадит. электродов электрофильтры делят на пластинчатые и трубчатые. Основные  конструктивные типы электрофильтров — горизонтальный , пластинчатый и вертикальный трубчатый. Электрофильтры названных типов может использоваться как мокрый или сухой улавливатель аэрозольных частиц. 
Электрофильтры предназначены для высокоэффективной очистки газов от твердых и туманообразных примесей, выделяющихся при технологических процессах (сушка, обжиг, агломерация, сжигание топлива и т.д.). Э. находят все более широкое применение для очистки воздуха в системах аспирации. Э. очищают газы от пыли с частицами размером 0,01—100 мкм при tr < 400—450°С. Сопротивление их достигает 150 Па. Затраты электроэнергии составляют 0,36— 1,8 МДж на 1000 м3 газа. Эффективность работы Э. зависит от свойств частиц и газа, скорости и равномерности распределения очищаемого потока в сечении фильтров и т.д. Чем выше напряженность поля и меньше скорость газа, тем лучше улавливаются частицы.

2.2    Фильтрование

Фильтрованием называют процесс разделения суспензий  при помощи пористой перегородки, пропускающей жидкость(фильтрат) и задерживающей  взвешенные в ней твёрдые частицы.

Различают следующие  виды фильтрования:

1. фильтрование с образованием слоя осадка на фильтровальной перегородке;
2. сгущение – отделение твёрдой фазы от жидкой не в виде осадка, а в виде высококонцентрированной(сгущенной) суспензии;
3. осветление – фильтрование жидкостей с незначительным содержанием твердой фазы.

Фильтрование  с образованием осадка наиболее распространено. В большинстве случаев твёрдые  частицы в первые моменты с  начала фильтрования проходят через  поры фильтровальной перегородки, но вскоре накапливаются в ней , и через  фильтр начинает протекать только осветленная  жидкость – фильтрат.

Разделение суспензии  можно проводить для получения  твердой или жидкой фазы, когда  другая фаза является отходом, а также  для одновременного получения твердой  и жидкой фаз.

Разделение суспензии, состоящей из жидкости, в которой  взвешены твердые частицы, производится при помощи фильтра. В простейшем случае он является сосудом, разделенным на две части пористой фильтровальной перегородкой. Суспензию помещают в одну часть этого сосуда таким образом, чтобы она соприкасалась с фильтровальной перегородкой. В разделенных частях сосуда создается разность давлений, под действием которой жидкость проходит через поры фильтровальной перегородки, а твердые частицы задерживаются этой перегородкой. Таким образом, суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок.

В промышленных условиях применяют разнообразные, часто довольно сложные по конструкции  фильтры, причем фильтровальная перегородка обычно имеет плоскую или цилиндрическую форму.

Фильтры чаще всего  подразделяют на периодическидействующие  и непрерывнодействующие. В первых фильтровальная перегородка неподвижна, во вторых она непрерывно перемещается по замкнутому пути. При этом в фильтрах периодического действия на всех элементах перегородки одновременно осуществляются одни и те же процессы, например поступление суспензии, образование осадка или его удаление. В фильтрах непрерывного действия на различных элементах перегородки происходят разные процессы в зависимости от того, на каком участке замкнутого пути находится, в данный момент рассматриваемый элемент перегородки; так, на один участок перегородки поступает суспензия, а на других ее участках образуется и удаляется осадок.

I.Вакуум – фильтры :

• периодического действия:

• Нутч – фильтры открытые
• Мешочные фильтры

• непрерывного действия:

• Барабанные фильтры
• Дисковые фильтры
• Карусельные фильтры
• Ленточные фильтры

II. Фильтры, работающие под давлением:

• периодического действия:

• Фильтрпрессы
• Нутч – фильтры закрытые
• Мешочные фильтры
• Патронные фильтры

• Непрерывного действия:

• Барабанные фильтры
• Дисковые фильтры

  Фильтрование  является гидродинамическим процессом, скорость которого прямо пропорциональна разности давлений, создаваемой по обеим сторонам фильтровальной перегородки  (движущая сила процесса), и обратно пропорциональна сопротивлению, испытываемому жидкостью при ее движении через поры перегородки и слой образовавшегося осадка. Разность давлений по обеим сторонам фильтровальной перегородки создают при помощи компрессоров, вакуум-насосов и жидкостных насосов, например поршневых и центробежных, а также используя гидростатическое давление самой разделяемой суспензии. Независимо от того, каким образом создают разность давлений, движущая сила процесса фильтрования возрастает прямо пропорционально этой разности. Однако в большинстве случаев скорость фильтрования возрастает медленнее, чем увеличивается разность давлений, так как при увеличении последней поры перегородки и осадка сжимаются и сопротивление возрастает.

Не следует  забывать, что в некоторых случаях, когда осадок отличается большой  сжимаемостью, движущая сила и сопротивление возрастают почти пропорционально, вследствие чего повышением разности давлений не удается достигнуть заметного увеличения скорости фильтрования.

Сопротивление при фильтровании является суммой сопротивлений фильтровальной перегородки и слоя осадка.

Необходимая отличительная  особенность всякой фильтровальной перегородки — наличие в ней сквозных пор, способных пропускать жидкость, но задерживать твердые частицы суспензии. При этом сквозные поры могут задерживать такие твердые частицы, размер которых меньше размера поперечного сечения пор в их самых узких частях. В настоящее время применяют разнообразные по свойствам фильтровальные перегородки, в частности зернистые слои песка, диатомита, угля; волокнистые слои из асбестовых и хлопчатобумажных волокон; хлопчатобумажные или шерстяные ткани, а также ткани из синтетических волокон; сетки из волосяных или металлических нитей; пористые перегородки из кварца, шамота, спекшегося стеклянного или металлического порошка, а также из твердой резины (эбонита).