Фильтровальные ткани и рукава для жидкостной фильтрации: сахарные сиропы, растительные масла, пульпы и концентраты
Содержание статьи
Фильтровальную ткань принято связывать с газоочисткой: с рукавами, которые встряхивают и продувают импульсами. Но у неё есть вторая, не менее трудная профессия — работа в жидкости. Сахарные заводы и масложировые комбинаты, горно-обогатительные фабрики и химические производства разделяют суспензии на фильтр-прессах, вакуум-фильтрах, кассетных и рукавных фильтрах — и везде последнее слово остаётся за фильтровальной тканью, на которой оседает твёрдая фаза. О жидкостной фильтрации и пойдёт речь дальше.
Жидкостная фильтрация суровее газовой по всем статьям. Вода примерно в 800 раз плотнее воздуха и в 50–60 раз вязче его, а реальные среды — сироп, масло, рудная пульпа — вязче воды. Ткань работает под избыточным давлением в единицы бар (в фильтр-прессах — до 16), а не под килопаскалями газового тракта, и держит на себе осадок (кек), который бывает абразивным, химически агрессивным или клейким. Неверно выбранный материал не просто снижает производительность: пресс с неподходящей тканью может выйти из строя за несколько недель.
Отрасли и типы оборудования
Задача везде одна: разделить суспензию на жидкость и твёрдую фазу. Решают её принципиально разным оборудованием — в зависимости от отрасли, объёма производства и свойств среды.
Как работает фильтр-пресс — устройство и роль ткани
Фильтр-пресс — наиболее распространённый аппарат периодического действия для разделения суспензий. Первые промышленные фильтр-прессы появились ещё в XIX веке, и именно с них началось применение специализированных фильтровальных тканей. Сегодня камерные и мембранные фильтр-прессы работают при давлении до 16 бар и позволяют получить кек с влажностью 10–30%.
Ткань в фильтр-прессе — не просто сито. В начале цикла она сама задерживает частицы и пропускает мутноватый первый фильтрат; через несколько минут на ней нарастает слой кека, и уже он становится главным фильтрующим материалом, а ткань превращается в опору и дренажную поверхность. Поэтому требования к ней двусторонние: она должна быть достаточно плотной, чтобы кек «зацепился» в первые минуты, и достаточно гладкой, чтобы по окончании цикла он отделялся без остатка. Добавьте тысячи циклов «давление — сброс» — и станет понятно, почему для прессов так важны прочность на разрыв, низкое удлинение и стабильность пор.
Материалы тканей — детальное сравнение
Четыре основных полимера охватывают практически все условия жидкостной фильтрации. Ключевые параметры выбора — pH среды, температура, абразивность и необходимый ресурс.
Если свести таблицу к нескольким фразам, получится следующее. Полиэфир хорошо переносит температуру и кислоты, но боится щёлочи и горячей воды: гидролиз медленно съедает его прочность. Полиамид (капрон) — чемпион по износостойкости и устойчив к щелочам, зато слабеет в кислотах и впитывает влагу, из-за чего поры «плывут». Полипропилен не боится ни кислот, ни щелочей во всём диапазоне pH и не намокает, но ограничен температурой около 100–120 °C и хуже сопротивляется раздиру. PTFE универсален и жаростоек, однако в 5–10 раз дороже полиэфира, и его берут лишь там, где остальные материалы не справляются.
Фильтрация сахарных соков и сиропов
На сахарном заводе фильтруют на нескольких стадиях. Самая ответственная — фильтрация соков 1-й и 2-й сатурации: из сока отделяют карбонатный осадок (CaCO₃) вместе с осевшими на нём коллоидами и красящими веществами. Температура сока достигает 85 °C, среда щелочная: pH первой сатурации около 10,8–11,4, второй — ниже. Прозрачность фильтрата напрямую влияет на цвет и выход готового сахара: всё, что проскочило через ткань, придётся упаривать и кристаллизовать вместе с сиропом.
Фильтрация растительных масел
Масложировые комбинаты фильтруют масло на нескольких стадиях рафинирования, и самая тяжёлая для ткани — фильтрация после отбелки. Здесь из масла удаляют отбельную землю (бентонит, глину) — тонкую абразивную взвесь; температура масла доходит до 100–120 °C. Основным материалом остаётся полиэфир, при кислой стадии в линии переходят на полипропилен, а при клейком осадке — на PTFE. Чем стабильнее поры ткани, тем чище масло уходит на следующие операции. Подробнее об этом — на странице о тканях для масел и СОЖ.
Обезвоживание концентратов на ГОКах
Горно-обогатительные комбинаты обезвоживают пульпы с содержанием твёрдой фазы 40–70%. Частицы руды (кварц, пирит, кальцит) исключительно абразивны, а среда бывает сильнокислой при кислотном выщелачивании (pH 2–3) или щелочной при флотации (pH 9–12). Это самые жёсткие условия из всех, в которых работает фильтровальная ткань: она одновременно стирается, вибрирует на дисковых вакуум-фильтрах и подвергается химической атаке.
Технология «Витебский квадрат» — фиксация нитей тканых полотен
«Витебский квадрат» решает главную проблему тканых фильтровальных материалов — сдвиг нитей. В тканом полотне нити держатся только за счёт трения в точках переплетения. Вибрация, пульсации давления и абразивные частицы шаг за шагом сдвигают их: поры расширяются, и ткань начинает пропускать твёрдую фазу.
Суть технологии «Витебский квадрат»
В местах пересечения нитей основы и утка их точечно сваривают по заданному рисунку — квадратами с шагом 17 мм. Нити намертво закрепляются в узлах, при этом сплавляется только точка контакта: поры между узлами остаются открытыми и не заплывают. Результат: по стабильности пор ткань ведёт себя как основовязаное полотно, но сохраняет прочность и жёсткость тканого материала.
Технологию можно заказать и отдельной услугой: мы закрепим нити на ткани заказчика — полипропиленовой, полиамидной или полиэфирной (давальческое сырьё). Собственная ткань с такой фиксацией — полипропиленовый артикул БШ, подробности на странице «Витебский квадрат».
Алгоритм выбора ткани для жидкостной фильтрации
Подбор ткани сводится к шести вопросам, и пропустить нельзя ни один: ошибка в любом из них ведёт к досрочному выходу ткани из строя или к браку продукта.
1. pH среды определяет допустимые полимеры. Кислая среда (pH ниже 5) исключает капрон и требует осторожности с полиэфиром; щелочная (pH выше 9) исключает полиэфир — остаются полипропилен, капрон и PTFE.
2. Температура. Выше 100 °C полипропилен не подходит — остаются полиэфир, капрон и PTFE; до 100–120 °C доступны все материалы.
3. Абразивность твёрдой фазы. Кварц и сульфиды руды стирают ткань быстро: при высокой абразивности выбирают капрон или полипропилен, а для тканых полотен — ещё и фиксацию нитей.
4. Размер частиц. Мелкие частицы (меньше 5 мкм) требуют плотной структуры — PTFE-ткани или каландрированные полотна; для крупных (больше 50 мкм) годится более рыхлая ткань с высокой производительностью.
5. Тип оборудования. Пресс-фильтру нужны высокая прочность и низкое удлинение, вакуум-фильтру — стабильность пор и хорошая регенерация.
6. Фиксация нитей. Для тканых полотен при вибрации, пульсациях давления и абразивных частицах нужна технология «Витебский квадрат».
Заключение
Жидкостная фильтрация требует значительно более тщательного подхода к выбору материала, чем газоочистка: здесь одновременно работают химическая агрессия, высокое давление, температура и механическое истирание.
Полиэфирные ткани — хороший выбор для нейтральных и слабокислых сред при умеренной температуре: растительные масла, сахарные сиропы, нейтральные суспензии. Полипропиленовые — для агрессивных сред всего диапазона pH 1–14 при температуре до 100 °C, в том числе для горячих щелочных сахарных соков. Капрон (полиамид) — когда на первом месте износостойкость при нейтральных и слабощелочных средах. PTFE — для предельных условий по химии и температуре.
Технология «Витебский квадрат» — локальная точечная сварка нитей с шагом 17 мм — снимает главную слабость тканого полотна: сдвиг нитей при вибрации и пульсациях давления, из-за которого поры «расползаются» и ткань теряет задерживающую способность. Это решение особенно важно для ГОКов и сахарных заводов.
Основовязаные полотна и тканые материалы из полиэфира, капрона и полипропилена, рукава, кассеты и салфетки для фильтровального оборудования изготавливаются под конкретные размеры и параметры процесса — полный ассортимент в каталоге фильтровальных тканей.
Не уверены в выборе — пришлите нам параметры среды: pH, температуру, тип оборудования и размер частиц. Подберём материал из нашего ассортимента (полиэфир, капрон, полипропилен) и изготовим ткань, салфетки или рукава под ваш фильтр; контакты — на странице «Контакты».