Фильтрацией называют процесс разделения неоднород­ных систем при помощи пористых перегородок, которые задер­живают одни фазы этих систем и пропускают другие. К таким процессам относится разделение суспензий на чистую жидкость и влажный осадок, например отделение от масла механических при­месей или отбеливающей глины.

Фильтровальная перегородка, если не учитывать незначительного периода фильтрования, состоит из двух слоев: исходного фильтрую­щего материала и непрерывно образующегося на нем слоя осадка. Следовательно, сопротивление при фильтрации определяется сум­мой сопротивлений фильтровальной перегородки и слоя осадка.

Жидкость, подвергаемая фильтрации, помещается в одну часть фильтра таким образом, чтобы она соприкасалась с фильтроваль­ной перегородкой. В разделенных частях фильтра создается раз­ность давлений, под действием чего жидкость проходит через поры фильтровальной перегородки, а твердые частицы задерживаются этой перегородкой. 

Разность давлений создают при помощи компрессоров (сжатым воздухом), вакуумных насосов и жидкостных насосов (поршневых или центробежных), а также используют гидростатическое давле­ние самой фильтруемой жидкости. Как правило, фильтрацию очи­щаемых масел на фильтрах маслорегенерационных установок и отдельных фильтрующих устройствах осуществляют при помощи жидкостных насосов, причем разность давлений обычно не превы­шает 4—5 кГ/см2.

Выбор фильтрующего материала для перегородки зависит в основном от характера примесей, подлежащих удалению. Чем меньше размер частиц примесей, тем плотней должен быть фильт­рующий материал. Одни материалы задерживают только твердые примеси, другие удаляют из отработанного масла также углисто­сажистые частицы, асфальто-смолистые вещества и другие про- дукты старения масла.

Фильтрующие материалы принято различать по следующим признакам:

материал, каналы которого меньше, чем средний диаметр задерживаемых частиц (фильтровальная бумага, картон, плотные ткани и т. д.);

материал, каналы которого больше, чем средний диаметр задерживаемых частиц (войлок, волокнистый асбест, шерстяные очесы, хлопчатобумажные «концы» и т. п.). Несмотря на то, что величина каналов фильтрующих материалов этой группы даже при сильном уплотнении остается значительной, масло, проходя через такую среду и несколько раз меняя направление движения, освобождается от механических примесей;

материал, каналы которого в начале фильтрации больше, чем средний диаметр удаляемых частиц, но во время фильтрации заполняются этими частицами и становятся меньше их среднего диаметра. Характерным материалом этой группы является метал­лическая сетка. В начальный период фильтрации сетка не задер­живает большинства примесей, но образующийся на ней осадок становится основной фильтрующей средой.

Таким образом, отделение твердых частиц от жидкости при по­мощи фильтровальной перегородки — процесс сложный. Особенно существенно, что нет необходимости применять фильтрующий ма­териал с порами, средний размер которых меньше среднего раз­мера твердых частиц. Известно, что твердые частицы успешно за­держиваются фильтрующими материалами, средний размер пор которых значительно превышает средний размер отделяемых частиц.

В практике очистки отработанных масел часто встречаются примеси, которые не задерживаются всеми описанными фильтрую­щими материалами, например в маслах из масляных выключате­лей, содержащих тонкодисперсные углисто-сажистые частицы, близкие по размеру к коллоидным частицам. Проходят также че­рез поры фильтрующих перегородок, не задерживаясь ими, алюми­ниевая и другие пудры, попадающие в масло при эрозионной об­работке металлов на специальных станках.

При фильтрации отработанных дизельных и автомобильных масел с высокоэффективными присадками механические примеси вместе с продуктами термического разложения масла и топлива и элементами присадки, находящимися в мелкодисперсном со­стоянии, блокируют поры фильтрующей перегородки, давление резко возрастает — до 10 кГ/см2, фильтрация практически прекра­щается. В технике фильтрования в подобных случаях прибегают к предварительной обработке таких масел поверхностно-активными веществами — коагуляторами, которые укрупняют мелкодисперс­ные примеси и способствуют нормальной фильтрации. Смешение масел, в том числе и после процесса коагуляции, со вспомогатель­ными пористыми веществами, в частности с отбеливающей глиной, и подача такой суспензии на фильтрующую перегородку придает необходимую пористость сжимаемым осадкам и способствует пол­ному отделению очищаемых масел от примесей.

Метод фильтрации широко применяется для очистки масел в циркуляционных системах смазки в процессе работы механизмов, отработанных масел и т. п. Во все без исключения технологиче­ские схемы маслорегенерационных и очистительных установок вхо­дит процесс фильтрации.

Для расчета фильтров разработан ряд эмпирических формул, при помощи которых можно определить величину фильтрующей поверхности, производительность фильтра и скорость фильтрации. Однако вследствие того, что осадки на фильтрующих перегородках весьма разнообразны, процесс фильтрования, несмотря на кажу­щуюся простоту, до сих пор трудно поддается точному расчету. Ниже приведена одна из наиболее известных формул — формула Пуазейля для определения скорости фильтрации Q:

где r — средний радиус капилляров фильтрующей перегородки; р — давление масла перед фильтром; F — площадь фильтрующей перегородки; l — длина ка­пилляра; η — абсолютная вязкость масла.

Длина капилляра

l = аb

где а — коэффициент, учитывающий извилистость капиллярных каналов (он все­гда больше единицы); b — толщина перегородки.

Из формулы следует, что производительность фильтра прямо пропорциональна давлению перед фильтром, площади последнего, радиусу капилляра в четвертой степени и обратно пропорциональ­на длине капилляра, а также абсолютной вязкости масла.

Количество осадка, образующегося на фильтрующей перего­родке, и его удельное сопротивление при данных условиях филь­трации определяют опытным путем.

Во всех случаях фильтрации приходится учитывать сжатие осадка, или лепешки, образующейся на фильтрующей перегородке под влиянием давления. Уплотнение осадка служит одной из при­чин, снижающих производительность фильтра.

Практикой установлено, что с повышением давления произво- дительность фильтра резко увеличивается, но качество фильтрата ухудшается. Это может быть объяснено тем, что движущиеся с большой скоростью струйки масла вымывают примеси, задержан­ные ранее фильтрующим материалом.

Следовательно, технически более целесообразно постепенно по­вышать давление при фильтрации, не создавая условий для вымы­вания задержанных фильтрующим материалом частиц и сохраняя скорость фильтрации на определенном отрезке времени примерно на одном уровне.

Скорость фильтрации находится в прямой зависимости от вяз­кости масла. Например, с повышением температуры фильтруемого через бумагу авиационного масла со 100 до 120° С при постоянном давлении скорость фильтрации увеличивается на 35%.

В начале фильтрации масла фильтрат может содержать меха­нические примеси, вследствие проникновения твердых частиц через поры фильтрующей перегородки. Когда же фильтрующий мате­риал приобретет достаточную задерживающую способность в ре­зультате создания на поверхности перегородки тончайшей пленки из механических примесей или вспомогательного порошка (отбели­вающая глина), фильтрат становится прозрачным. Образовав­шаяся лепешка осадка является дополнительной фильтрующей средой и вместе с основной перегородкой препятствует проникнове­нию примесей в фильтрат. Из практики известно, что такая пленка образуется в течение первых же минут работы фильтра. Для предотвращения смешения последующих порций чистого масла с первой порцией ее нужно собирать в отдельную емкость и вновь подвергать фильтрации.

По достижении определенной толщины слоя осадка его сни­мают с фильтровальной перегородки при помощи различных меха­нических устройств или отделяют от нее обратным током филь­трата. На фильтрпрессах маслорегенерационных установок, как правило, осадок снимают вместе с фильтрующей перегородкой (картоном, бумагой) по достижении максимально допустимого давления на фильтр.

Большое влияние на производительность и эффективность филь­трации оказывает наличие в масле воды, особенно когда филь­трующим материалом служит бумага, картон и т. п. Бумага и картон жадно поглощают влагу, размокают, теряют структуру и перестают фильтровать масло; кроме того, они могут прорываться. Поэтому фильтровать через них следует только предварительно обезвоженное масло. Но этим свойством картона и бумаги иногда пользуются для удаления из трансформаторного масла следов влаги. При этом температура масла перед фильтром не должна превышать 40° С, так как при более высокой температуре поглоще­ние влаги ухудшается. Картон или бумага должны быть тщательно просушены перед употреблением. Во избежание насыщения сухого картона влагой из воздуха его следует хранить в сухом чистом масле.