Нутч-фильтр: принцип работы, схема, применение, виды

Что такое нутч-фильтр

Нутч-фильтр – оборудование для разделения суспензий (смеси жидких и твердых веществ) под вакуумом. Суть нутч-фильтрования в том, что на раствор одновременно действует сила тяжести и создаваемый в системе вакуум, что ускоряет фильтрацию и делает ее более эффективной (осадок более сухой). Нутч-фильтр представляет собой емкость с фильтрующим дном, снизу которого создается вакуум. Проходя через фильтр-дно, твердая фаза суспензии (осадок) оседает на фильтре, а жидкая стекает вниз, в приемник. Нутч-фильтры применимы для очистки веществ, фильтрования и осветления растворов, в том числе высоковязких и содержащих агрессивные компоненты, а также для сушки осадка.

Данная страница сайта посвящена теоретическим основам фильтрования с помощью нутч-фильтров. Ознакомиться с каталогом моделей нутч-фильтров можно по ссылке.

Принцип нутч-фильтра

Принцип работы нутч-фильтра в общем виде состоит в следующем:

• Исходная смесь подается в верхнюю часть емкости, выше фильтрующей перегородки.
• Ниже перегородки подключается вакуумный насос, он создает разрежение (вакуум). Таким образом, в верхней части фильтра атмосферное давление, а в нижней – вакуум.
• Под действием гравитации, а также из-за разницы давлений вверху и внизу фильтра, смесь стекает вниз, проходя через фильтровальную перегородку из мелкоячеистой сетки. Твердые частицы оседают на этой сетке, а очищенная от примеси жидкая фаза, стекает вниз.
• При необходимости на следующем технологическом этапе осадок промывается и высушивается.
• Полученный жидкий фильтрат можно прогнать через фильтр повторно, если он недостаточного качества.

Что влияет на эффективность нутч-фильтра:

• площадь фильтрующей поверхности,
• возможная степень вакуума,
• толщина получаемого осадка.

Широко представлены, как производственные установки со значительной площадью фильтрования, так и лабораторные нутч-фильтры, все они относятся к емкостному типу. В некоторых промышленных нутч-фильтрах уровень создаваемого вакуума может достигать 50-100 мбар, а поверхность фильтрации составлять 4-7 м², при этом остается необходимость следить за толщиной осадка, чтобы фильтрование не затруднялось.

Этапы работы нутч-фильтра:

1. Заполнение верхней части рабочей емкости исходным раствором.
2. Фильтрование, осуществляемое за счет влияния силы тяжести и вакуума, созданного в нижней части рабочей емкости.
3. Сушка образованного в процессе осадка.
4. Заполнение верхней части резервуара промывной жидкостью и промывка осадка (опционально).
5. Сушка осадка от промывной жидкости (опционально).
6. Выгрузка осадка из резервуара.
7. Обновление фильтровального материала (по мере износа).

Устройство нутч-фильтра

Основные элементы стандартной конструкции нутч-фильтра:

• Вертикальная рабочая емкость цилиндрической формы – как правило, выполняется из стекла или металла, корпус может быть оснащен рубашкой терморегуляции.
• Перегородка с фильтровальным материалом – размещается внутри резервуара, в его нижней части, представляет собой металлическую решетчатую перегородку, плотно закрепленную по внутреннему периметру резервуара. На этой решетке уложен мелкоячеистый материал-сетка, на котором оседают твердые частицы исходной смеси при ее стекании вниз.
• Вакуумный насос – с его помощью из области под решеткой откачивается воздух и создается вакуум, который вместе с силой тяжести заставляет фильтрат быстрее стекать вниз.

Другие немаловажные элементы конструкции нутч-фильтра:

• штуцеры для подачи исходной смеси, откачки из резервуара воздуха и слива готового фильтрата,
• люк или откидное дно для выгрузки оставшегося после фильтрования осадка,
• мешалки для смеси (опционально),
• промежуточный между насосом и резервуаром ресивер для исключения попадания фильтрата в насос,
• подъемник,
• монтажная рама, на которой расположено устройство.

Стандартная схема работы нутч фильтра представлена на рисунке ниже.

Применение нутч-фильтров

Основное назначение нутч-фильтров, как уже отмечалось, это очистка растворов от различных твердофазных примесей. Технологические задачи, которые позволяет решать нутч-фильтр:

• Фильтрация суспензий для отделения твердой фазы (осадка) от жидкости (фильтрата), осветление растворов.
• Промывка осадка без его извлечения из аппарата – за счет подачи промывной жидкости после получения осадка.
• Сушка осадка при необходимости, за счет подачи горячего газа или нагрева циркуляционным термостатом через рубашку.
• Работа в замкнутом объеме, что особенно важно при фильтрации агрессивных, токсичных или высоколетучих продуктов.

Технология нутч-фильтра позволяет осуществлять высокоэффективное фильтрование на малых, средних и значительных объемах, в связи с чем широко распространена в самых разных сферах:

• Фармацевтика – в производстве лекарственных препаратов для фильтрации активных фармацевтических ингредиентов (API, от англ. Active Pharmaceutical Ingredient), обеспечивают стерильность.
• Химическая промышленность – для фильтрации агрессивных сред, кислот, щелочей и органических растворителей, а также в синтезе пигментов, катализаторов и промежуточных продуктов.
• Косметическая промышленность – для очистки экстрактов, масел, эмульсий, а также для отделения твердых частиц из гелей и паст, при работе с веществами вязкой консистенции.
• Пищевая промышленность – для осветления сиропов, фильтрации растительных экстрактов, ароматических композиций и др., с возможностью использования материалов с пищевыми допусками.
• Биотехнологическая отрасль – для извлечения ферментов, белковых соединений и других ценных биомолекул из сложных многокомпонентных смесей.
• Научные и исследовательские лаборатории – для апробирования процесса на малом количестве реактивов перед масштабирование на производстве или в научно-исследовательских задачах.

Достоинства и недостатки нутч-фильтров

Достоинства и преимущества

• высокая надежность и эксплуатационная стойкость оборудования – при правильном обслуживании нутч-фильтры могут эксплуатироваться, как в лабораторных, так и производственных условиях, очень долго,
• технологическая простота устройства и использования – конструкция нутч-фильтра максимально проста, процесс не требует специализированных навыков оператора,
• высокая скорость процесса разделения – за счет одновременного действия силы притяжения и вакуума фильтрование осуществляется гораздо быстрее, чем в механическом режиме,
• широкие возможности использования: применимость в работе с агрессивными, светочувствительными, высоковязкими веществами, возможность не менее эффективной эксплуатации в зонах высокой взрывоопасности, широкие возможности опционального дооснащения циркуляционными термостатами, которые позволяют проводить химические реакции непосредственно в фильтре, программного управления и т.д.

Недостатки и ограничения

Нутч-фильтры – это оборудование периодического действия. Отсутствие возможности обеспечить непрерывный процесс обусловлено основной технологической проблемой – необходимостью периодически выгружать осадок, останавливая при этом производственный процесс фильтрования. Современные установки оснащены устройствами механической выгрузки, один из наиболее популярных типов нутч-фильтров с облегченной выгрузкой осадка – опрокидывающийся, он монтируется на подшипниках и может вращаться по горизонтальной оси, что существенно облегчает выгрузку, однако, это не отличается принципиально от ручной выгрузки осадка в части необходимости периодической остановки процесса для выгрузки осадка. В случае специального устройства этот процесс просто облегчен, но нутч-фильтр все же остается периодическим. Кроме того, некоторыми недостатками нутч-фильтров можно считать:

• предел площади фильтрования (в связи с тем, что площадь фильтрования зависит от площади емкости, а та в свою очередь определяет размер всей конструкции, нутч-фильтры не подходят для внушительных промышленных объемов),
• внушительные размеры конструкции и, соответственно, необходимость большой площади помещения, где будет установлен фильтр,
• выгрузка осадка вручную.

Виды нутч-фильтров

Основной критерий, по которому классифицируют нутч-фильтры – это тип конструкции. По этому параметру выделяют:

• Открытые нутч-фильтры – представляют собой открытую рабочую емкость цилиндрической формы, без крышки. Исходный раствор просто заливается сверху. Работают как все нутч-фильтры под вакуумом, создаваемым внизу емкости с помощью насоса. Простая конструкция, легкая эксплуатация, надежность, возможность тщательной промывки осадка, применение для растворов с высоким содержанием твердых примесей.
• Закрытые нутч-фильтры – основное отличие в конструкции – она герметична, корпус снабжен съемной крышкой с патрубками для подачи исходного раствора и сжатого воздуха для нагнетания давления. Не менее значимое отличие в том, что закрытые нутч-фильтры могут работать под избыточным давлением, при этом разница давлений вверху и внизу фильтра не превышает 1 атмосферы (в отличие уже от друк-фильтров, где разница давлений больше). Здесь насос нагнетает сжатый воздух в зону верхней части фильтра, над фильтровальной решеткой, продавливая фильтрат сквозь решетку. Закрытые нутч-фильтры применимы для вредных и трудно фильтруемых веществ различных типов, фильтруют быстрее.

По материалу, из которого изготовлены нутч-фильтры, они в основном делятся на боросиликатное стекло (как правило, для лабораторных и исследовательских задач), и нержавеющая или эмалированная сталь (для пилотных и промышленных целей), реже различные виды полимеров: поливинилхлорид, полипропилен и т.д.

По объему нутч-фильтры бывают лабораторные, пилотные и промышленные. Объем – субъективный критерий, но лабораторные модели в среднем от 500 мл до 10 литров, пилотные от 10 до 20-30 литров, промышленные от 50 литров.

В качестве отдельных видов, в зависимости от опционального оснащения можно выделить: нутч-фильтры с сушилкой, нутч-фильтры с мешалками и пр.

Каталог нутч-фильтров от компании «Тирит»

Компания «Тирит» предлагает 2 вида нутч-фильтров по материалу изготовления: стеклянные и металлические.

Стеклянные представлены сериями малого объема LETI (от 0,5 до 10 литров) и большого объема SOTI (от 10 до 100 литров).

Металлические фильтры представлены сериями ARRI (от 1 до 100 литров) и BARRI в лабораторной (от 2 до 10 литров), пилотной (от 10 до 50 литров) и промышленной версии (от 30 до 200 литров). Все металлические нутч-фильтры собственного производства «Тирит».

Для получения консультации по оборудованию обращайтесь к нам по телефонам: +7 (495) 223-18-03, 8-800-600-18-03, электронной почте info@tirit.org или заполнив форму заявки.