![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Основы теории. Определение констант фильтрованияСтр 1 из 6Следующая ⇒
Определение констант фильтрования Цель работы: определение констант процесса фильтрования и производительности фильтра по фильтрату.
Основы теории
Скорость фильтрования суспензий существенным образом зависит от физических свойств жидкости и крупности твёрдых частиц и их концентрации. По степени крупности твёрдых частиц суспензии делят на: а) грубые (размер частиц более 100 мкм); б) тонкие (размер частиц от 100 до 0, 5 мкм); в) мути (размер частиц до 0, 5 мкм); г) коллоидные растворы. На практике встречаются все виды суспензий и большей частью с частицами разных размеров, т.е. полидисперсные системы. При фильтровании суспензия поступает на пористую фильтрующую перегородку, через которую жидкая фаза проходит, а взвешенные частицы остаются на поверхности фильтра в виде осадка. Виды фильтрования: 1. С образованием осадка; 2. С закупориванием пор; 3. Промежуточный вид; Для движения жидкости в порах осадка и фильтрующей перегородки необходимо создать перепад давления над и под фильтрующей перегородкой. Перепад давления над и под фильтрующей перегородкой является движущей силой процесса и создается за счет разряжения под фильтрующей перегородкой (вакуум-фильтры) или создания давления над фильтрующей перегородкой (фильтры под давлением). Существует 4 основные характеристики фильтрования: движущая сила процесса, скорость процесса, производительность фильтра, константы процесса фильтрования. Производительность фильтра зависит от режима фильтрования (давление, температура), вида фильтрующей перегородки и физико-химических свойств суспензии и осадка. Фильтрование со сжимаемым и несжимаемым осадком: 4. Несжимаемые осадки –пористость которых не меняется при увеличении давлений (мел, песок); 5. Сжимаемые осадки – пористость уменьшается, гидравлическое сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением давления (гидраты окисей металлов). Хорошая работа фильтра во многом зависит от свойств фильтрующей перегородки, которую изготавливают из различных хлопчатобумажных тканей (бельтинг, бязь, миткаль, диагональ и др.), шерстяных тканей (сукно, байка, войлок), тканей из синтетических волокон (поливинилхлоридные, перхлорвиниловые, полиамидные, орлон, лавсан, и до.), тканей из волокон минерального происхождения (асбестовые и стеклянные) и др. В последнее время всё шире начинают применять пористые металлические, керамические и металлокерамические фильтрующие перегородки. Выбор той или иной фильтрующей перегородки обусловлен: 1. Пористостью (размеры пор должны быть такими, чтобы частицы осадка задерживались на перегородке); 2. Химической стойкостью к действию фильтруемой среды; 3. Достаточной механической прочностью; 4. Теплостойкостью при температуре фильтрования. Рассматривая параметры, влияющие на процесс фильтрования, можно написать в общем виде закон фильтрования:
где V– производительность единицы поверхности фильтрующей перегородки по фильтрату, м2/м3 за время (в ч., мин., с.);
Δ Р – движущая сила процесса фильтрования (перепад давлений), Н/м2; R – сопротивление фильтрования Н·с/м3.
Движущей силой процесса фильтрования Δ Р является разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки. Разность давлений может быть создана: а) слоем самой суспензии, налитой на фильтр; б) подачей суспензии на фильтр насосами (например, в фильтр-прессах давление достигает 0, 5 Мпа); в) создание вакуума под фильтрующей перегородкой, либо избыточного давления газа над фильтрующей перегородкой (например, в промышленном вакуум-фильтрах вакуум составляет 0, 095 Мпа, а давление газа – до 0, 3 Мпа); г) наложением на разделяемую суспензию центробежного поля, движущая сила при этом принимает максимальное значение и достигает 1, 5 МПа. Сопротивление фильтрования R складывается из сопротивления осадка Rос и сопротивления фильтрующей перегородки Rп, т.е.:
R=Roc+Rп (2) Сопротивление слоя осадка пропорционально количеству отложившейся твёрдой фазы и, следовательно, пропорционально количеству прошедшего фильтрата, ROC=K′ V
Сопротивление фильтрующей перегородки можно заменить сопротивлением слоя осадка, оказывающего такое же сопротивление процессу фильтрования, какое оказывает перегородка, и выразить соответствующим количеством фильтрата С, т.е: Rn= K′ C (3)
где K′ – коэффициент пропорциональности. Тогда R = K′ (V+C) (4)
Подставив полученное значение R в уравнение (1), разделив переменные и проинтегрировав, после небольших преобразований получим уравнение фильтрования: V2+2VC=Kτ (5)
где: µ – вязкость фильтрата, Н·с/м2; r0 – удельное сопротивление осадка; х0 – концентрация суспензии, м3/ м3. Зависимость (5) является основным кинетическим уравнением процесса фильтрования и показывает зависимость объёма фильтрата V продолжительности фильтрования τ. Расчёт промышленных фильтров обычно сводится к определению требуемой поверхности фильтрования F. Для этого, зная константы фильтрования К и С и продолжительность фильтрования τ, назначаемую из условий: обеспечения требуемой остаточной влажности осадка ω, из уравнения (5) определяют удельную производительность по фильтрату V, м3/(м2·с). Затем рассчитывают секундную производительность по фильтрату Vc, м3/(м2·с). Vc= V/τ Зная производительность промышленной фильтрационной установки по фильтрату Vф, находят требуемую площадь фильтровальной перегородки F, м2:
F = Vф/ Vc (6)
Для определения констант фильтрования К и С опытным путём продифференцируем уравнение (5):
2VdV+2CdV=Kdτ
и, разделив обе части уравнения на KdV, получим:
Заменяя отношение бесконечно малых величин на отношение конечных разностей, получим уравнение, пригодное для обработки опытных данных:
Это уравнение прямой линии типа y=kx+b, свободный член которого b=2C/K. При построении уравнения (7) в координатах Для определения постоянных процесса фильтрования K и C проводят опыт по разделению исследуемой суспензии на фильтрате при постоянной разности давлений. В течение опыта отмечают несколько значений объёма полученного фильтрата V1, V2, V3, …Vn и продолжительности фильтрования τ 1, τ 2, τ 3… τ n. Определяют приращения объёма фильтрата Зависимость величин, обратной скорости фильтрования, Объёмная скорость прохода жидкости через фильтр, или скорость фильтрования, – величина переменная, непрерывно уменьшающаяся, которую для заданного момента времени от начала фильтрования определяют на основании уравнения (7), как:
|