![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Фильтры для разделения суспензий
Для осуществления фильтрования необходимо создать разность давлений по обе стороны от перегородки, которая выполняет роль начального сопротивления для протекания процесса, поэтому скорость процесса фильтрования прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна сопротивлению пористой перегородки и осадка. Дополнительное сопротивление на фильтрующей перегородке возрастает при увеличении толщины осадка или закупоривании его частицами пористой фильтрующей перегородки, а также при одновременном увеличении толщины осадка и закупоривании пор его и перегородки. Наличие давления также приводит к увеличению сопротивления за счет сжатия осадка и пористой перегородки вследствие уменьшения в них пор для прохождения фильтрата и изменения их формы (из-за сжатия и сдвига). Пористая перегородка создает при фильтровании первоначальное сопротивление, обусловлен вое вязкостью жидкой фазы (фильтрата), диаметром, формой поперечного сечения и извилистостью каналов пор. Это сопротивление может изменяться из-за набухания материала перегородки, изменения поверхностного натяжения системы жидкость - твердая перегородка, адсорбции жидкости на стенках, возникновения неподвижного слоя жидкости у стенок пор и электроосмотического потока жидкости, а также от частичного или полного перекрывания пор твердыми частицами суспензий. Осадок создает обычно основную долю сопротивления протеканию процесса. Это сопротивление зависит в основном от структур и толщины осадка, на него влияют также физико-химические факторы системы жид- кость - твердое тело. Структура осадков по крупности частиц изменяется, начиная от фильтрующей перегородки, где осаждаются самые мелкие частицы, проникающие в ее поры. Затем осаждаются более крупные частицы, но между ними располагаются и более мелкие, закупоривающие пространство между крупными частицами. На протекание процесса фильтрования влияют две группы факторов: микрофакторы и макрофакторы. К макрофакторам относятся структура и геометрия фильтровальной перегородки и слоя осадка, вязкость фильтрата, разность давлений по сторонам фильтра; к микрофакторам -размеры и форма пор, по которым движется жидкость в осадке к фильтровальной перегородке. Фильтрование суспензий обычно заканчивается промывкой и про сушкой осадков. Эти процессы характеризуются гидродинамическими, а также массообменными и диффузионными явлениями. Современная теория фильтрования базируется на законах капиллярной гидравлики, которые выражаются законами Дарси и Навье-Стокса. Для их применения процесс фильтрования подразделен на следующие виды: 1) процесс фильтрования образованием осадка; 2) процесс фильтрования закупориванием пор образующегося осадка; 3) процесс фильтрования промежуточного вида; 4) процесс фильтрования с постепенным закупориванием пор фильтрующей перегородки; 5) процесс фильтрования с полным закупориванием пор фильтрующей перегородки и уменьшением их числа. Несмотря на различия между этими видами процессов фильтрования, их гидродинамику можно описать общим уравнением дня гидравлического сопротивления К движению жидкости через фильтр (фильтровальную перегородку и осадок):
где
В этих выражениях V-объем фильтрата за время Это уравнение может быть преобразовано к виду:
откуда время фильтрования:
где Для значений
При
Материал фильтрующей перегородки. Выбор материала фильтрующей перегородки обусловлен степенью агрессивности фильтруемой суспензии и дисперстностью ее твердой фазы. Фильтрующие перегородки изготовляют из текстильных и волокнистых материалов: бязи, парусины, тика, сукна, шелка, асбеста, шлаковой и стеклянной ваты, бумаги и картона. Для повышения кислотостойкости хлопчатобумажной ткани ее подвергают нитрованию. Шерстяные ткани устойчивы к кислотам, но разрушаются щелочами. Наиболее устойчивы фильтрующие перегородки из асбеста, шлаковой и стеклянной ваты, а также металлические сетки из бронзы и коррозионностойкой стали. В качестве материала для зернистых или волокнистых перегородок применяют песок, инфузорную землю, кокс, уголь, целлюлозу и др. Такие перегородки используют в случаях, когда твердая фаза суспензии имеется в малом количестве и не используется после фильтрования. В качестве жестких фильтрующих перегородок применяют керами-ческие фильтровальные камни, плитки, свечи и кольца, стойкие к действию кислот и щелочей и позволяющие получить чистый фильтрат. Коллоидные пленки или материалы изготовляют из нитроцеллюлозы, пергаментной бумаги и др. Эти фильтрующие перегородки имеют очень мелкие поры (13 мкм) и могут задерживать коллоидные частицы. Фильтрами периодического действия являются нутчфильтры, листовые фильтры, фильтрпрессы и патронные сгустители. Автоматический камерный с механическим зажимом плит фильтрпрес Листовые (пластинчатые) фильтры Фильтры непрерывного действия. В фильтрах непрерывного действия одновременно проводятся операции: фильтрация, сушка, промывка, разгрузка и регенерация фильтровальной ткани. Эти операции проходят непрерывно и независимо одна от другой в каждой зоне фильтра, поэтому процесс работы фильтра протекает непрерывно. Фильтры непрерывного действия различают по форме фильтрующей перегородки и подразделяют на барабанные, дисковые и ленточные, и по рабочему давлению на аппараты, работающие под разряжением и под давленим. К недостаткам этих фильтров относятся их относительная сложность, высокая стоимость, необходимость установки вспомогательного оборудования и большой расход энергии главным образом на вакуум насосы и воздуходувки. Барабанные фильтры Дисковые фильтры Тарельчатый фильтр (планфильтр) Ленточный вакуумфильтр Фильтры непрерывного действия Барабанный фильтр ячейкового типа. При расчете должны быть заданы следующие величины: Уменьшение толщины слоя осадка ускоряет процесс фильтрации. Однако, уменьшение толщины слоя осадка на фильтре ограничено возможностью удовлетворительного съема его с фильтрующей поверхности, поэтому наименьшими значениями допускаемой толщины слоя осадка для барабанных фильтров являются: при прочном маловажном осадке - 4 мм, при непрочном, влажном, слегка мажущемся осадке - 6 мм при слабом, липком осадке - 10 мм. Для дисковых фильтров этим величинам соответствуют значения 6, 8 и 12 мм. Вначале определяю т вспомогательные величины: объемную массу влажного осадка перед просушкой Необходимая производительность фильтра по фильтрату:
по воздушно-сухому осадку:
где Среднее удельное сопротивление осадка и фильтрующей перегородки определяют при заданном давлении фильтрации. Параметры уравнения фильтрации для единицы площади фильтра:
Время фильтрации:
Время промывки можно определить следующим образом. Зная на основании экспериментов количество
Определение скорости промывки аналогично определению скорости фильтрации:
откуда время промывки:
Заменив
и учитывая, что
где
При подаче воды форсунками время промывки надо увеличить, так как для предупреждения размывания осадка приходится покрывать водяными струями большую поверхность, чем зона промывки. Увеличение времени на промывку через отношение v действительно орошаемой форсунками площади
Время подсушки, съема осадка и пребывания его в мертвых зонах:
где Эти величины могут быть заданы или выбраны по конструктивным соображениям. Общая продолжительность рабочего цикла или время, затрачиваемое на один оборот барабана:
При определении времени просушки осадка необходимо учесть, что обычно угол Рис 2. - Расчетная схема барабанного вакуум-фильтра. Угол (
Тогда время просушки осадка:
Полная поверхность фильтра:
Частота вращения барабана в минуту:
Углы секторов фильтра: зоны фильтрации
зоны промывки
зоны просушки
мертвых зон (ниже уровня жидкости)
Глубина погружения барабана в суспензию:
где Выбор вспомогательного оборудования. Для выбора вакуум насосов необходимо знать зависимость количества воздуха
где Для определения сечения трубопроводов можно принимать следующие скорости: для жидкостей -0, 5 м/с, для мокровоздушной смеси- 4м/с. Полезный объем ванны для фильтров:
где
здесь
Расчет мощности привода фильтра. Мощность привода барабанного вакуум-фильтра затрачивается на преодоление следующих моментов сопротивлений. 1. Момент сопротивления
где
здесь Для барабанного фильтра:
где
2. Момент сопротивления Для барабанного фильтра:
где Усилие срезания осадка:
где Тогда:
3. Момент сопротивления По некоторым опытным ориентировочно можно принимать:
4. Момент сопротивления где Площадь поверхности трения:
здесь Радиус трения:
5. Момент сопротивления
где Полная мощность
|