filtrazione

Operazione di separazione solido-fluido in cui le particelle solide in sospensione in un liquido o in un aeriforme sono trattenute da un setto poroso ( corpo filtrante) che consente, invece, il passaggio del fluido, reso così limpido ( filtrato); le particelle solide rimosse vanno a formare sul setto il cosiddetto panello (o torta).

Il passaggio del fluido da trattare attraverso il filtro avviene sotto l’azione di un salto di pressione, in quanto per l’attraversamento occorre vincere una certa resistenza dovuta essenzialmente al panello di materiale solido trattenuto dal corpo filtrante (che di per sé presenta, invece, una resistenza generalmente assai meno rilevante). Per il calcolo della perdita di carico Δp in un pannello di spessore L costituito dalle particelle solide rimosse aventi diametro equivalente D₀ e sfericità ψ si impiega l’equazione di Karman-Kozeny:

[1] formula,

dove μ è la viscosità assoluta del fluido, ε la porosità del panello, u la velocità del fluido, k una costante (pari a circa 180). L’equazione di bilancio di materia è: (1−ε) LA=cV, cioè:

[2] formul

a,

dove A è la superficie del filtro, c la concentrazione volumetrica delle particelle solide sospese nel fluido da filtrare e V è il volume di fluido che ha attraversato il filtro al tempo t contato a partire dall’inizio della f.; sostituendo la [2] nella [1] e ricordando che ψD₀ è uguale a 6/S (essendo S la superficie specifica delle particelle) e che u è uguale a dV/Adt, si ha l’ equazione generale della f.

[3] formula,

dove α, coefficiente di resistenza del panello, è dato da:

[4] formula .

Quando la resistenza del corpo filtrante non è trascurabile rispetto a quella del panello, si aumenta lo spessore del panello di un addendo ΔL che rappresenta lo spessore di panello fittizio equivalente al corpo filtrante. Lo studio del fenomeno, relativamente semplice nel caso di particelle solide costituite da materiale incomprimibile, le quali si assestano rapidamente e definitivamente sul corpo filtrante, è invece complesso se il materiale è comprimibile, perché in tal caso numero e caratteristiche dei canalicoli attraverso il panello variano continuamente con il procedere della f. stessa e nella [3] anche α è funzione del tempo. Comunque, per facilitare la f., è opportuno, come risulta dalla [3], aumentare la superficie filtrante e il salto di pressione, e ridurre la viscosità del fluido.

La f. può avvenire in due modi; mantenendo costante la portata (occorre allora aumentare progressivamente la pressione con cui la sospensione viene inviata nel filtro) oppure mantenendo costante la pressione (in tal caso la portata va diminuendo con il procedere dell’operazione). La f. propriamente detta, cioè la separazione e la deposizione della parte solida sul filtro, è in genere seguita dal lavaggio del panello e dal distacco di questo dal filtro. Di solito il corpo filtrante è costituito da tela, carta, cartone, materiale ceramico, letto di sabbia. Se si ha interesse al recupero della parte solida, si ricorre a un tessuto o a un diaframma permeabile, che può essere ceramico o di altra natura, per facilitare la raccolta del panello che su di esso si deposita.