Цена стереотипов в фильтрации

При выборе системы фильтрации специалистами, круг решаемых вопросов зачастую ограничивается четырьмя, главными, по мнению ответственного персонала, вопросами:

• качество фильтрата
• производительность фильтрации
• стоимость оборудования и расходных материалов.
• наличие гигиенического сертификата и сертификата соответствия

Иногда добавляются ещё два вопроса:

• ресурс комплекта фильтрующих элементов
• возможность и условия регенерации фильтрующих элементов.

Опыт общения с руководящим техническим персоналом на предприятиях отрасли показывает, что при высоком уровне технических знаний и здравого смысла, в среде руководителей довольно широко распространены некоторые ложные стереотипы, которыми они руководствуются при принятии решения о приобретении того или иного оборудования.

Об одном из них и пойдёт речь в этой статье.

Кратко сформулировать его можно следующим образом: «Ресурс фильтра прямо пропорционален площади фильтрации при прочих равных условиях», т.е., если площадь фильтра увеличить в два раза, ресурс его увеличится тоже в два раза. Это не совсем так.

Как вода не всегда кипит при 100 градусах, так не всегда верно и утверждение о прямой пропорциональности ресурса фильтра и площади фильтрации.

На самом деле, вид зависимости ресурса элемента может изменяться от прямой пропорциональности площади фильтрации (механизм забивания пор), до пропорциональности квадрату площади фильтрации (механизм накопления осадка без забивания пор).

Ресурсом фильтра мы будем называть объём профильтрованной через него жидкости (V_ж) до наступления момента, когда при максимально допустимом перепаде давления (дР_max) фильтр уже не сможет обеспечить минимально необходимой производительности (G) фильтрации.

Допустим, что ресурс фильтра №1 составил V_ж декалитров, площадь фильтра S_f., начальное сопротивление фильтра настолько мало, что им можно пренебречь (dP0=0) и сопротивление потоку жидкости оказывает только слой осадка частиц, осевших на фильтре. Понятно, что тогда сопротивление фильтра (дР) будет прямо пропорционально высоте (h) слоя несжимаемого осадка и скорости фильтрации (q=G/S_f).

Если мы увеличим площадь фильтра в два раза (S2_f=2*S_f), и пропустим через него двукратный объём такой же жидкости (V2=2*Vж), окажется, что при той же высоте слоя осадка (h2=h), сопротивление фильтра №2 составляет только половину от сопротивления фильтра №1 (дР2=дР/2), потому что (при неизменной производительности фильтрации (G2=G)) в два раза уменьшилась скорость фильтрации (q2=q/2). (См рис.1 “а” и “б”.). Для того, чтобы сопротивление фильтра №2 стало равным сопротивлению фильтра №1 необходимо, чтобы высота слоя осадка на втором фильтре
была в два раза больше высоты слоя осадка на фильтре №1 (h2=2*h), а этого можно добиться, пропустив через фильтр №2 объём жидкости, в 4 раза превышающий ресурс фильтра №1 (V3ж=4*Vж). (См рис.1 “в”).

Ресурс комплекта глубинных фильтрующих элементов пропорционален квадрату площади фильтрации, т.е. при увеличении количества элементов в два раза ресурс комплекта увеличивается примерно в 4 раза. Себестоимость фильтрации (расход фильтрующих элементов на единицу продукции) уменьшается в два раза.

Каков же практический вывод из этих «умопостроений»? Замена однопатронных фильтродержателей (элементы высотой 30”), которыми комплектуются импортные линии розлива на пятипатронные фильтродержатели (элементы высотой 20”), позволит снизить стоимость фильтрации примерно в 3 раза и увеличить ресурс комплекта в 9 раз. При использовании 8-и элементов (высотой 20”) вместо 5-ти (высотой 20”), стоимость фильтрации может уменьшиться в 1,6 раза, а ресурс комплекта - вырастет почти в 2,6 раза.

Выигрыш ресурса от увеличения площади будет тем больше, чем больше начальное гидравлическое сопротивление (dP0) элемента. (см. рис.2 и рис.3).

Для мембранных фильтрующих элементов связь площади фильтрации и ресурса фильтра несколько сложнее. В зависимости от доминирующего механизма задержания частиц (с забиванием пор, с образованием проницаемого осадка или задержание частиц в толще матрикса мембраны) прирост ресурса с увеличением площади фильтрации может быть разным. В любом случае отношение прироста ресурса фильтрующего элемента к приросту площади фильтрации будет больше 1.

Таким образом, мы хотели показать, что при сохранении качества фильтрации на высоком уровне, можно без особых усилий снизить затраты на фильтрацию за счёт увеличения ресурса фильтров, если использовать в работе установки с бо'льшим количеством фильтроэлементов.

Существует ещё целый ряд стереотипов, касающихся фильтрации, которые, при всей своей кажущейся очевидности и истинности, на самом деле справедливы только при определенных (строго оговоренных) условиях. Тонкости, являющиеся само собой разумеющимися для узкого круга специалистов, не всегда известны за пределами общества разработчиков фильтров. Поэтому особое внимание при принятии решении о покупке фильтрационного оборудования стоит обратить на информацию от квалифицированных специалистов-консультантов, которую Вы можете получить только в процессе «живого» общения.

В заключение данной статьи мы можем рекомендовать следующее. При выборе фильтрующего элемента и фильтровального оборудования, дополнительно к изложенным в начале статьи критериям, следует учитывать:

1. Ограничения на использование фильтрующих элементов, связанные с его конструкцией и фильтрующим материалом, используемым для его изготовления.
2. Способы обхода ограничений.
3. Характеристики, декларируемые производителями оборудования, не всегда оправдают Ваши ожидания (это не значит, что информация из каталога не соответствует истине, просто объём каталога ограничен).
4. Внедрение стадии фильтрации есть изменение технологии производства. Соответственно может потребоваться дополнительное обучение технологического персонала и внесение изменений в технологическую документацию.
5. Недостаток технологической дисциплины может свести на нет все усилия по выбору оборудования.

Ведущий инженер-технолог ЗАО «МЕТА» В. Г. Агатицкий

Обновлено: 26.12.2022

Полная версия