تجهیز : فیلتر (Filter)

چکیده:

فیلتر وسیله ای است (معمولاً به صورت غشاء یا لایه ) که به صورت فیزیکی از عبور برخی مواد جلوگیری کرده و در عین حال اجازه خروج برخی دیگر را می دهد. فیلتر ها اغلب در حذف مواد جامد که بصورت معلق در سیال وجود دارند، استفاده می شود. برای مثال در حذف آلاینده های هوا ، بدست آوردن آب قابل شرب و ساختن قهوه...
برخی وسایل که فیلتر نامیده می شوند ممکن است که فرآیند های دیگری نیز انجام بدهند، مثل عملیات تصفیه (مثل بیوفیلتر ها) . فرآیند عبور مخلوط از میان فیلتر، فیلتراسیون نامیده می شود. محلول بدست آمده بعد از فیلتر کردن ذرات معلق در محلول، فیلتر شده (Filtrate) نامیده می شود و اقی مانده در فیلتر، پس مانده (Residue) نام دارد.

مقدمه:

یکی از وسایلی که دارای کاربرد وسیعی در جداسازی ذرات جامد از سیال می باشد، فیلترها می باشند . دراین وسایل، ذرات جامد وجود در یک سیال با عبور دادن سیال از یک محیط صاف کننده یا غشاء از سیال جدا می شوند و در نهایت ذرات جامد روی غشاء باقی می مانند. این عملیات را فیلتراسیون می نامند. با این حال در صنایع فرایندی گازی، فیلتراسیون معمولاً به فرایندهایی اطلاق می شود که ذرات جامد و قطرات مایع از جریان گاز جدا شوند. راندمان جداسازی فیلتر ها از جداسازی سانتریفوژی بیشتر است اما مشکلی که در مورد فیلتر ها وجود دارد این است که غشاء متخلخل فیلتر ها باید پس از مدتی کار کردن تعویض شود . اندازه فیلتر ها نسبت به سایر جداساز ها تا حدی متفاوت است و سازنده فیلتر باید توجه کافی به توزیع سایز ذرات ورودی به فیلتر و میزان جداسازی مطلوب نیز داشته باشد. یکی از معمول ترین موادی که برای ساخت غشاء فیلتر مورد استفاده قرار می گیرد فایبرگلاس (Fiber glass) این ماده می تواند ذرات مایع ریزتر از یک میکرون را نیز ازجریان گاز جدا کند بنابراین دارای راندمان بالایی می باشد . در شکل  1، چند صفحه مربعی شکل که به عنوان غشاء فیلتر مورد استفاده قرار می گیرند نشان داده شده است که در ادامه بحث مورد بررسی بیشتری قرار می گیرد.
 

شکل 1 - صفحات غشایی مربعی شکل در ابعاد مختلف


راندمان یک فیلتر عمدتاً بستگی به نوع طراحی آن دارد. یکی از این پارامتر های طراحی، افت فشار ایجاد شده در اثر فیلتر می باشد. افت فشاری در حدود 14-7  kpas در مورد یک فیلتر تمیز که در صنایع گازی مورد استفاده قرار می گیرد مقدار مناسبی است. اگر ذرات جامد زیادی در جریان گاز وجود داشته باشند، معمولاً زمانیکه افت فشار ایجاد شده در فیلتر به بیش از 70 kpas برسد، غشاء فیلتر تعویض می شود . معمولاً از طرف شرکت های سازنده فیلتر یک سری اعداد و ارقام برای توصیف شرایط کار فیلتر ارائه می شود . به عنوان مثال جداسازی % 100 قطرات مایع که دارای قطری بزرگتر از  8 میکرون هستند و جداسازی 99/5 درصد از ذراتی که قطر آنها دردامنه 0/5 تا 8 میکرون قرار دارد از طرف سازنده فیلتر ارائه می شود. اما رسیدن به این نتایج در محیط واقعی تا حدودی مشکل می باشد. به طور کلی سیالی که از فیلتر عبور می کند ممکن است گاز یا مایع باشد که پس از عبور از فیلتر ذرات جامد آن جدا می شود. اما ماده با ارزش حاصل از فیلتراسیون ممکن است سیال عبور کرده از فیلتر یا جامد جدا شده از جریان و یا هر دو مورد باشند. گاهی نیز هیچ یک از این دو با ارزش نمی باشد. به عنوان نمونه می توان به زمانی که ضایعات جامد را بایستی قبل از دور ریختن از ضایعات مایع جدا کرد اشاره کرد. معمولا قبل از عملیات فیلتراسیون، روی خوراک به طریقی کار می کنند که سرعت فیلتراسیون افزایش یابد. به عنوان مثال آن را حرارت می دهند و یا تبلور مجدد می کنند. یکی دیگر از مواردی که در مورد فیلترهای ناپیوسته مهم است، استفاده از فیلتر های موازی برای تغییر مسیر جریان از یک فیلتر به فیلتر دیگر برای تمیز کردن فیلتر اول است. در شکل 2 نحوه جریان یافتن سیال در سه فیلتر موازی که در هر زمان یکی از آنها در حالت احتیاج به تمیزکاری دارد نشان داده شده است.
 

شکل  2 - نحوه جریان سیال در مورد فیلتر های ناپیوسته

شرح و توصیف:

برای جدا کردن ذرات جامد از سیال می توان از ته نشین کننده های ثقلی، سیکلون ها، فیلتر ها و گیرنده های الکترواستاتیکی     (ESP) استفاده کرد. دستگاه های فوق به غیر از فیلتر ها با هدایت ذرات جامد به سمت یک دیوار جامد باعث جدا شدن ذرات جامد از فاز سیال می شوند. اما فیلتر ها با تقسیم جریان به قسمت های کوچکتر باعث جلوگیری از عبور ذرات جامد از این قسمت های کوچکتر شده و به این ترتیب باعث جداسازی دو فاز جامد وسیال می گردند.

فیلتر ها را به طور کلی می توان به دو نوع کلی تقسیم کرد:
فیلتر های سطحی (Surface filter)
فیلتر های عمقی (Depth filter)

فیلتر های سطحی باید به گونه ای ساخته شوند که قطر سوراخ های صافی فیلتر مشخص کننده قطر مواد جامدی است که از سیال جدا می شود. اما ساختن این فیلتر ها در حالاتی که ذرات ریز حدود 1 میکرون و کوچکتر در سیال وجود دارد کار مشکلی می باشد. از فیلتر های عمقی به طور وسیعی برای کنترل آلودگی هوا استفاده می شود. در این فیلتر ها، قالب مواد جامد روی سطح فیلتر کمتر مشاهده می شود. بلکه جمع آوری ذرات در داخل غشاء فیلتر صورت می گیرد . در شکل 3 نیز قسمتی از یک غشاء پلیمری یک فیلتر عمقی که از جنس PVC ساخته شده است، با بزرگنمایی خوبی نشان داده شده است. 

 

شکل  - 3بزرگنمایی قسمتی از یک غشاء پلیمری از جنس PVC  

به طور کلی فیلتر ها به سه گروه عمده تقسیم می شوند:
1 - فیلتر کیکی یا قالبی
2- فیلتر شفاف کننده
3- فیلتر با جریان متقاطع

همانطور که در شکل 4 نیز مشاهده می شود فیلتر کیکی ، مقادیر نسبتاً زیادی از مواد جامد را به صورت قالبی از بلور یا گل جدا می سازد. در این فیلتر ها برای شستن قالب و خارج کردن مقداری از مواد جامد قبل از تخلیه نهایی پیش بینی هایی صورت می گیرد. در فیلتر های شفاف کننده، معمولا مقدار جامد جدا شده کم است و محصول یک گاز تمیز یا یک مایع شفاف و زلال می باشد.
 

شکل  -4- انواع غشاء فیلتر ها:الف)صافی قالبی، ب)صافی شفاف کننده، ج)صافی با جریان متقاطع


در فیلترهای با جریان متقاطع، محلول سوسپانسیون خوراک تحت فشار با سرعت تقریبًا زیاد از عرض محیط صافی جریان می یابد. محیط صافی نیز یک غشاء سرامیکی، فلزی یا پلیمری با منافذ کوچک است که بیشتر ذرات معلق را دفع می کنند. اکثر فیلتر های صنعتی ، به صورت فیلتر های فشاری ، فیلتر های خلا و فیلتر های سانتریفوژی می باشند . این فیلتر ها با توجه به اینکه تخلیه جامدات جدا شده از سیال به صورت پیوسته یا منقطع باشد به صورت پیوسته و یا ناپیوسته مورد استفاده قرار می گیرند. در مورد فیلتر های ناپیوسته، باید هر چند وقت یکبار جریان سیال را قطع کرد تا بتوان جامدات جمع شده را خارج ساخت. اما در فیلتر های پیوسته، تخلیه جامدات و سیال زمانیکه دستگاه مشغول کار است قطع نمی شود. دلیل حرکت سیال در فیلتر وجود افت فشار در محیط فیلتر می باشد.

عیوب و موارد عدم مطلوب بودن فیلتر ها

غشاء مورد استفاده در فیلتر باید شرایط زیر را داشته باشد: 
باید توانایی نگهداری جامداتی که از جریان مایع جدا می شوند را داشته باشد.
باید از نظر شیمیایی مقاوم باشد و از نظر فیزیکی به قدر کافی در برابر شرایط فرآوری مقاومت کند. 
نباید به سادگی مسدود شود.
باید امکان تخلیه تمیز و کامل قالب تشکیل شده را دارا باشد.
نباید خیلی گران باشد. 
در تصفیه صنعتی، یک محیط رایج صافی، پارچه است که به صورت شکسته یا اریب بافته شده است. برای حالات مختلف الگوهای بافت بسیار متفاوت موجود است . برای مایعات خورنده باید از محیط های صافی دیگری همچون پارچه پشمی، پارچه فلزی از جنس مونل یا فولاد ضد زنگ، پارچه شیشه ای یا کاغذ استفاده کرد. پارچه های مصنوعی همچون نایلون ، پلی پروپیلن و پلی استرهای مختلف از نظر شیمیایی نیز بسیار مقاومند . در یک پارچه با مش های با اندازه معین، الیاف مصنوعی یا فلزی صاف کمتر از الیاف طبیعی ریز در جدا کردن ذرات بسیار ریز کارایی دارند. معمولاً این عیب الیاف مصنوعی و فلزی فقط در شروع تصفیه بروز می کند . لذا محصول تصفیه شده ابتدا ممکن است کدر باشد و بعد زلال شود. معمولا محصول تصفیه کدر برای تصفیه مجدد به مخزن دوغاب بازگردانده می شود.
جامدات باریک یا بسیار ریز که یک قالب متراکم و ناتراوا تولید می کنند هر محیط صافی ریز را به سرعت مسدود می کنند. تصفیه عملی چنین موادی مستلزم آن است که تخلخل قالب یا کیک افزایش یابد تا محلول بتواند با سرعتی معقول عبور کند. این کار با افزودن یک کمک صافی همچون سیلیکای دیاتومه ای، پولیت، سلولز خالص، چوب یا هر جامد متخلخل و بی اثر دیگر به دوغاب قبل از تصفیه انجام می شود. کمک صافی را بعداً می توان با حل کردن جامدات یا سوزانیدن کمک صافی، از جامدات جدا کرد. اگر جامدات گرفته شده از سیال ارزشی نداشته باشند آنها را همراه با کمک صافی دور می ریزند.
در فیلتراسیون، حرکت جریان در محیط متخلخل صورت می گیرد. در ضمن مقاومت این تخلخل در برابر جریان باگذشت زمان افزایش می یابد . کمیت های عمده مورد نظر در عملیات فیلتراسیون شدت فیلتراسیون و افت فشار در فیلتر می باشد. در عملیات فیلتراسیون با گذشت زمان یا شدت جریان کاهش می یابد و یا افت فشار زیاد می شود و یا هر دو مورد صورت می گیرد.


برچسب‌ها: تجهیزفیلترFilter 

/ 0 نظر / 77 بازدید