Значение процессов фильтрования возрастает с увеличением масштабов производства химической и родственных ей отраслей промышленности. Это объясняется тем, что процесс разделения суспензий нередко вызывает затруднения, обусловленные главным образом большим сопротивлением осадка и соответственно малой скоростью фильтрования. При этом для достижения заданной производительности фильтровальной установки требуется большое число фильтров определённой конструкции. Поэтому возникла тенденция к увеличению размеров фильтровального оборудования и интенсификации процессов фильтрования.

Для правильного решения проблем выбора фильтра, фильтровальной перегородки, вспомогательного вещества и условий фильтрования намечаются два пути.

Применяя первый путь, следует создать опытные условия установки, включающие достаточное число различных небольших фильтров, одинаковых по конструкции с промышленными фильтрами разных типов. Учитывая упомянутые выше общие указания по выбору средств фильтрования и использую различные фильтровальные перегородки, экспериментально можно выбрать наиболее рациональную конструкцию фильтра и установить условия его работы применительно к данной суспензии.

При этом следует иметь в виду, что не все суспензии сохраняют неизменными свои свойства во время транспортирования от места получения до опытной установки, в особенности, если расстояние между данными пунктами значительно. В связи с этим целесообразно сконструировать небольшие транспортабельные опытные фильтры, которые можно доставлять к месту получения суспензий.

Использую второй путь, надлежит организовать накопление и систематизацию производственных данных о свойствах суспензий и осадков и о соответствующих им средствах фильтрования. Для этого необходимо иметь унифицированную схему, согласно которой даются сведения об уже внедрённых в производство процессах фильтрования. Только при этом условии возможны сопоставления и приближённая идентификация одного из них с новым процессом фильтрования, что позволяет выбрать средства фильтрования с последующей экспериментальной проверкой их.

2 Мембраны.

Мембраны - тонкие пленки со специальной структурой, созданные для обеспечения селективного пропускания растворенных веществ. Вообще, избирательность мембраны основана на ее способности пропускать или не пропускать частицы в соответствии с их размером и иными свойствами. Мембрана может быть гомогенной или асимметричной. Гомогенные мембраны в поперечном сечении имеют однородную структуру при увеличении по крайней мере в 100 раз. Наибольшей степенью гомогенности обладают мембраны, разработанные для микрофильтрации и гемодиализа. Мембраны снижают величину потока не только нежелательных растворенных веществ, но и самого растворителя. Для уменьшения сопротивления потоку растворителя были разработаны образцы, имеющие асимметричное поперечное сечение. То есть они состоят из двух параллельных слоев. Сопротивление, оказываемое течению селективным слоем, который обеспечивает мембране возможность селективной фильтрации, минимизируется посредством уменьшения его толщины. Сопротивление течению более толстого и прочного поддерживающего слоя, который обеспечивает прочность конструкции, минимизируется за счет его открытой пористой структуры. Эти различные слои могут быть сделаны из одного и того же материала, как в асимметричных мембранах из ацетата целлюлозы, или из различных материалов, как в тонкопленочных составных (композитных) мембранах. Мембраны, используемые в оборудовании для очистки воды, бывают двух видов: в виде плоских листов и полых волокон.

2.1 Полупроницаемые мембраны.

Основной проблемой при реализации мембранных методов является разработка и изготовление полупроницаемых мембран, которые отвечали бы следующим требованиям:

· высокая разделяющая способность (селективность);

· высокая удельная производительность (проницаемость);

· устойчивость к действию среды разделяемой системы и её компонентов;

· неизменность к действию среды разделяемой системы и её компонентов;

· неизменность характеристик в процессе эксплуатации;

· достаточная механическая прочность, отвечающая условиям монтажа, транспортирования и хранения мембран;

· низкая стоимость.

При получении полупроницаемых мембран используют различные материалы: полимерные плёнки, стекло, металлическую фольгу и др. Наибольшее распространение получили мембраны на основе различных полимеров. Эти мембраны приготавливаются по специальной технологии, так как первые исследования показали, что, как правило, плёнки, выпускаемые промышленностью для других целей, не обладают селективными свойствами.

Все полупроницаемые мембраны целесообразно подразделить на две основные группы: пористые и непористые.

Непористые (диффузионные) мембраны являются квазигомогенными гелями, через которые растворитель и растворённые вещества проникают под действием градиента концентраций (молекулярная диффузия). Поэтому такие мембраны часто называют диффузионными. Скорость, с корой проходят через мембрану отдельные компоненты, зависит от энергии активации при взаимодействии переносимых частиц с материалом мембраны и от размеров диффузионных частиц. Обычно скорость диффузии тем выше, чем слабее связаны между собой отдельные звенья полимерной цепи в гелевом слое, т.е. чем сильнее мембрана набухает.

Диффузионные мембраны наиболее рационально применять для разделения компонентов с близкими свойствами, но различными размерами молекул. Поскольку эти мембраны не имеют пор в общепринятом смысле и концепция диффундирующего вещества по толщине мембраны остаётся низкой, то диффузионные мембраны не забиваются и, следовательно, не снижают проницаемости времени.

Диффузионные мембраны применяют для разделения газов и жидких смесей методом испарения через мембрану.

Пористые мембраны. Современные представления о капиллярно-фильтрационной модели механизма полупроницаемости позволяют сделать вывод о возможности получения пористых селективных мембран для обратного осмоса и ультрафильтрации на основе практически любого лиофильного материала. Наибольшее практическое распространение получили синтетические полимерные мембраны, приготовленные по специальной технологии.

Пористые полимерные плёнки получают обычно введением в полимер добавок с последующим их вымыванием или путём удаления растворителей из растворов полимеров в условиях, препятствующих существенной усадке каркасной структуры полимера вследствие действия капиллярных сил.

Известно три основных метода формирования полупроницаемых мембран: сухой (спонтанный), коагуляционный и термальный.

Сухой метод, заключается в растворении полимера, например эфира целлюлозы, или смеси эфиров, в растворителях типа ацетона и добавлении к этому раствору соответствующих порообразующих агентов (этанол, бутанол, вода, глицерин и др.). К достоинству плёнок, полученных по данному методу, прежде всего следует отнести возможность их хранения и транспортирования в сухом виде.

Значительно чаще применяют формирование мембран коагуляционным методом. Этот метод заключается в следующем. Раствор, приготовленный из ацетата целлюлозы, летучего растворителя и пороообразователя, поливается тонким слоем на стеклянную пластину, подсушивается в течение нескольких минут и затем погружается в холодную воду, где выдерживается до отделения плёнки от подложки. За это время происходит почти полное образование мембраны.