Влияние давления на скорость фильтрации тесно связано с характером осадка. Различают два типа осадков:
Влияние давления на скорость фильтрации тесно связано с характером осадка. Различают два типа осадков:
Для несжимаемых осадков взаимное расположение их частиц, а следовательно и размеры пор, через которые протекает жидкость, не меняется с изменением давления. При фильтрации суспензий, образующих несжимаемые осадки, скорость фильтрации растет с увеличением давления на жидкость и при одном и том ,же давлении зависит лишь от толщины слоя осадка. При фильтрации суспензий, образующих сжимаемые осадки, с которыми мы преимущественно встречаемся в винодельческой практике, при постоянном давлении каждый последующий слой осадка находится под меньшим давлением, чем предыдущий, так как падение давления в осадке происходит пропорционально его толщине. Вследствие этого вышележащий слой осадка менее сжат и богаче жидкостью, чем нижний. Если фильтрация проводится при переменном постепенно увеличивающемся давлении, то сжимаемый осадок по мере увеличения давления сокращается в объеме за счет сужения капилляров, что, в свою очередь, вызывает непропорциональное росту давления изменение скорости фильтрации. Можно считать, что изменение скорости фильтрации в зависимости от давления в этом случае происходит по параболе.
Жидкость через фильтрующий слой обычно проходит под давлением. В открытых фильтрах давление производится столбом жидкости, находящейся над фильтрующим слоем, а в закрытых — создается насосами, применяемыми в винодельческой практике для перекачки вина.
Разность давления по одну и по другую сторону фильтрующего слоя называется напорным давлением. Казалось бы, чем больше напорное давление, тем больше скорость фильтрации. Для небольших давлений это положение, безусловно, верно— с повышением давления скорость фильтрации возрастает.
При сжатии осадков увеличение скорости фильтрации отстает от роста давления и может наступить такой момент, когда скорость фильтрации перестанет возрастать, несмотря на увеличение давления. Давление, соответствующее этому моменту, называют критическим, и повышение давления за его пределы считают нецелесообразным. Помимо сжатия фильтрующего слоя, некоторые более мелкие частицы под сильным давлением проникают в отверстия канальцев и засоряют их. Чем большее давление создается в начале фильтрации, тем скорее засоряется фильтр.
В современной теории фильтрации исходят из того, что при протекании жидкости через поры осадка на фильтре и через поры фильтрующей перегородки движение жидкости имеет ламинарный характер и, Следовательно, оно подчиняется закону движения жидкостей в капиллярных каналах и может быть выражено уравнением Пуазейля
Р — разность давлений на концах капилляра в кг/м2;
м — вязкость в кг-сек/м2;
t — длина капилляров в м.
Применение закона Пуазейля к процессу фильтрации основано на предположении, что течение жидкости сквозь слой осадка и фильтрующую перегородку совершается через большое число круглых капилляров равного радиуса и равной длины. Если число капилляров на 1 м2 фильтра равно n и действительная длина капилляров равна
l = ah,
где: h—толщина слоя осадка,
а — поправочный коэффициент, учитывающий криволинейность капилляров, причем если a>1, то
Скорость фильтрации, отнесенная на 1 м2 сечения фильтра, может быть выражена так:
Таким образом, скорость фильтрации пропорциональна давлению, под которым она происходит, пропорциональна четвертой -степени радиуса капилляров, обратно пропорциональна вязкости фильтрующей жидкости м и длине капилляров l, которая определяется толщиной фильтрующего слоя h с поправкой на криволинейность капилляров.
Практически процесс фильтрования можно проводить по двум вариантам:
при постоянном давлении и постепенно уменьшающейся скорости фильтрации;
при постоянной скорости фильтрации аи постепенно возрастающем давлении.
В подавляющем большинстве случаев фильтрация в винодельческой промышленности проводится при постоянном давлении (0,4—0,6 атм) и очень редко при постоянной скорости.
Фильтр работает благодаря отсеивающему действию и адсорбции. Отсеивающее действие наблюдается в том случае, когда сечение пор .меньше самых мелких твердых частиц фильтрующей жидкости. Действие фильтра зависит также от .концентрации жидкости; для каждой жидкости существует свой оптимум. Если происходит фильтрация жидкости, в которой размер взвешенных твердых частиц меньше размера пор фильтрующего слоя, то здесь имеют место адсорбция и влияние электрических зарядов частиц. Для улучшения фильтрующей способности фильтра к жидкости добавляют некоторые вещества, имеющие значительную поверхностную активность и придающие осадку на фильтре большую пористость. К числу этих веществ относятся кизельгур, активированный уголь, каолин, бентонит, целлюлоза и другие.