Фильтрование, процесс разделения суспензий или аэрозолей при помощи фильтровальных перегородок (ФП), пропускающих жидкость или газ, но задерживающих твёрдые частицы. Фильтрование осуществляется в специальных аппаратах – фильтрах. Наряду с термином «фильтрование» для название этого процесса употребляется и термин «фильтрация». Ниже рассматривается наиболее важный вид фильтрования – разделение суспензий.
При фильтровании суспензий отделяемые от жидкости твёрдые частицы чаще всего образуют на ФП слой влажного осадка, который при необходимости может промываться водой и др. жидкостями или продуваться воздухом с целью его осушки. Твёрдые частицы очень вязких и малоконцентрированных тонкодисперсных суспензий могут проникать в поры ФП и задерживаться там, не образуя осадка. Возможно также фильтрование, при котором твёрдые частицы одновременно проникают в поры и образуют осадок. Для предотвращения или замедления закупорки пор применяют вспомогательные вещества (диатомит, перлит, асбест, целлюлозу и др.), которые либо наносят на ФП, либо добавляют в суспензию. Принцип действия этих материалов заключается в том, что они образуют защитные сводики над порами. Жидкость, прошедшая через ФП, называется фильтратом.
Фильтруемая жидкость при движении через слой осадка и ФП встречает гидравлическое сопротивление, для преодоления которого необходимо создание перепада давления (вакуума под ФП или избыточного давления над ней). При постоянном перепаде давления скорость фильтрования падает по мере увеличения толщины слоя осадка и, следовательно, возрастания гидравлического сопротивления. В случае подачи суспензии на ФП поршневым насосом фильтрование происходит при непрерывном росте перепада давления с постоянной скоростью. Если же суспензия подаётся центробежным насосом, изменяются непрерывно как перепад давления, так и скорость фильтрования. С повышением температуры скорость фильтрования возрастает благодаря понижению вязкости суспензии.
Различают следующие виды фильтрования: а) собственно разделение суспензий – отделение содержащихся в них твёрдых частиц, задерживаемых на ФП, через которую удаляется подавляющее количество жидкости; б) сгущение суспензий – повышение в них концентрации твёрдой фазы путём удаления через ФП некоторой части жидкой фазы; в) осветление жидкостей – очистка от содержащегося в них небольшого количества тонких взвесей. Осадки, получаемые при фильтровании, бывают несжимаемые (их пористость в процессе фильтрования постоянна) и сжимаемые (пористость уменьшается). В случае несжимаемых осадков (например, частиц песка, кристаллов карбоната кальция) поток жидкости через ФП ламинарен и скорость фильтрования пропорциональна перепаду давления и высоте слоя осадка. В случае сжимаемых осадков (например, гидроокисей металлов) эта зависимость более сложна и индивидуальна для каждой суспензии. Сжатие осадка приводит к увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению скорости фильтрования. Для предотвращения сжатия к тонкодисперсным суспензиям добавляют коагулянты и флокулянты, способствующие агрегированию мелких частиц и повышению пористости осадка.
Фильтрование – эффективный метод разделения жидких неоднородных систем, широко применяемый в лабораторных и промышленных условиях (в химической, пищевой, нефтеперерабататывающей, горнорудной и др. областях промышленности). Фильтрование используется также для газов очистки.
Лит.: Жужиков В. А., Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий, 2 изд., М., 1968; Малиновская Т. А., Разделение суспензий в промышленности органического синтеза, М., 1971; Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, 8 изд., М., 1971.
Н. И. Гельперин.