Исследование процесса фильтрования

 

Цель работы: I. Определение констант фильтрования.

2. Определение удельного сопротивления осадка.

 

I. Теоретические сведения.

 

Фильтрованием называют процесс разделения неоднородных систем при помощи пористых перегородок, которые задерживают одни фазы этих систем и пропускают другие. При разделении суспензий частицы твердой фазы задерживаются на фильтрованной (порис­той) перегородке, образуя осадок, а жидкая фаза проходит через слой осадка и поры фильтровальной перегородки. Таким образом, суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок.

Фильтрование является гидродинамическим процессом, скорость которого пропорциональна разности давлений, создаваемой по обеим сторонам фильтровальной перегородки (движущая сила процесса), и обратно пропорциональна сопротивлении, испытываемому жидкостью при ее движении через поры перегородки и слой осадка.

Разность давлений по обеим сторонам фильтрованной перего­родки создают при помощи компрессоров, вакуум-насосов и жидкостных насосов, например, поршневых и центробежных, а такие исполь­зуя гидростатическое давление самой разделяемой суспензии.

Фильтрование можно проводить:

а/ с закупориванием пор- на поверхности фильтровальной перегородки осадок почти не образуется и твердые частицы задержи­ваются внутри пор;

б/ с образованием осадка на фильтровальной перегородке, когда твердые частицы почти не проникают внутрь перегородки.

Сопротивление при фильтровании является суммой сопротивлений фильтровальной перегородки и слое осадка. Сопротивление осадка потоку жидкости зависит от свойств и жидкой фазы суспензии, а от условий фильтрования. Также различают сжимаемые и несжимаемые осадки.

 

2. Уравнение фильтрования.

С образованием несжимаемого осадка на несжимаемой фильтровальной перегородке.

 

Опыт показывает, что объем фильтрата, получаемый за малый промежуток времени с единицы поверхности фильтра прямо пропорционален разности давлений и обратно пропорционален вязкости фильтрата и обмену сопротивлению осадка и фильтровальной перегородки:

 

 

где: V – объем фильтрата, м³

F - поверхности фильтрования, м²

τ - продолжительность фильтрования, с

ΔΡ - разность давлений, Н/м²

μ – вязкость жидкой фазы суспензии, Н с/м²

R_ос – сопротивление слоя осадка, м^-1

R_п – сопротивление фильтровальной перегородки, м^-1

 

При этом величина представляет собой переменную скорость фильтрования, выраженную в м/сек.

Чтобы проинтегрировать уравнение /1/, нужно установить зависимость между сопротивлением осадка и объемом полученного фильтрата.

Учитывая пропорциональность объемов осадка и фильтрата выразим их отношение через

 

Тогда толщина равномерного слоя осадка на фильтровальной перегородке составит:

 

Сопротивление слоя осадка:

 

 

где: - удельное объемное сопротивление осадка. (сопротивление,

оказываемое потоку фильтрата равномерным слоем осад­ка толщиной 1 м/м²

Поставив R в уравнение /I/, получим основное дифференциальное уравнение, фильтрования с образованием несжимаемого осадка на несжимаемой перегородке.

 

 

При проведении процесса при ΔP-const все величины в уравнении /2/ постоянны, кроме V и τ.

После разделений переменных и интегрирования от 0до τ и от 0 до V получаем:

 

/3/

Для единицы поверхности фильтрования удельная производительность

 

Тогда:

/4/

Обозначив постоянные величины:

 

получим:

 

где: константы процесса фильтрования.

Разделив в уравнении /5/ обе части на получим:

 

Это уравнение прямой в системе координат

Построив в этих координатах прямую по данным опыта, можно определить значения координат К₁ и К₂:

 

Здесь: тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс

 

- масштаб по оси ординат

- масштаб по оси абсцисс.

 

 

3. Описание установки и методика выполнения опыта.

 

Установка состоит из вакуум-насоса, приемной колбы и филь­тра. Фильтр выполнен в виде фильтровальной воронки с опорной решеткой, на которую укладывается пористая фильтровальная перегородка. Вакуум под перегородкой поддерживается вакуум-насосом, а величина его замеряется вакуумметром.

В начале работы приготовить суспензию из воды и мела. Количество добавляемого мела отвесить по заданию (40 г.) хорошо размешать с отмеренным количеством воды 400-500 мм.

Получить у лаборанта фильтровальную перегородку и плотно уложить ее на фильтр.

Включить вакуум-насос и одновременно наполнить воронку сус­пензией. Записать время начала опыта.

Непрерывно помешивая суспензию добавлять ее в воронку, под­держивая там постоянный уровень.

Набрать 10 мл. фильтрата, записать время и показания вакуумметра.

Записи времени и давления проводить для каждых последующих 100 мл. собранного фильтрата.

Сделав 3-4 замера, прекратить добавление суспензии в ворон­ку дать профильтроваться жидкости и выключить вакуум-насос.

Записать общее количество собранного фильтрата и замерить толщину слоя осадка на фильтре. Вынуть фильтр, отделить осадок, слить фильтр, помыть установку.

 

 

4. Контрольные вопросы.

 

 

1. Что такое процесс фильтрования и при каких условиях она проводится?

2. Из чего состоит сопротивление фильтрования?

3. Что такое константы фильтрования?

4. Как ускорить процесс фильтрования?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОСТОЙ ПЕРЕГОНКИ.

 

Цель работы: I. Изучение процесса простой перегонки.

2. Экспериментальное определение состава и количества дистиллята

и кубового остатка.

 

1. Теоретические сведения.

 

В процессе простой перегонки при испарении жидкости, в пар переходит больше низкокипящего компонента, а его содержание в оставшейся жидкости уменьшается. Следовательно, по мере протекания процесса кипения в жидкости повышается содержание высококипящего компонента, а образующийся пар будет содержать все меньше и меньше низкокипящего компонента. И состав дистиллята из этого пара по содержанию низкокипящего компонента с течением времени будет ухудшаться. Поэтому для состава дистиллята разного состава, стекающего из конденсатора, устанавливается несколько приемников, которые соединяются с конденсатором поочередно в ходе процесса.

 

2. Описание экспериментальной установки.

 

Экспериментальная установка состоит из перегонного куба (колбы) I, в который заливается исходная смесь, подвергающая разделению. Нагревание смеси в колбе в течение процесса прово­дится электрическим колбонагревателем 2. Образующийся при кипении смеси пар отводится из куба (колбы) в холодильник-конденсатор 3. Температура пара измеряется термометром 4. Проходя по трубке холодильника, пар конденсируется за счет отдачи тепла охлаждающей воды. Охлажденный дистиллят непрерывно стекает в поочередно соединяемые с холодильником приемные колбы.

 

3. Методы проведения работы.

1. Подготовляется подлежащая разделению начальная смесь из этилового спирта и воды определенного состава: 40% спирта (Х_к=0,4) и воды 60% воды. Готовая смесь в определенном количестве заливается в перегонную колбу 1.

2. При известном составе начальной смеси по низкокипящему компоненту

(Х_м =0,4) определяется кипе смеси по таблице (к состав кипящей в вводно-спиртовой жидкости и образующегося из нее пара и температура кипения при атмосферном давлении, см. приложение).

3. Открываются вентили охлаждающей воды холодильника, включается колбонагреватель.

4. С этого момента ведется наблюдение за температурой смеси в колбе по термометру. В момент достижения найденной кипения, т.е. начала кипения, считается за начало испытаний.

5. Через каждые 10мин. от начала проводится отбор пробы из остатка в кубе и из дистиллята и определяется содержание спирта в кубовом остатке Х_м и дистиллята Х. Испытание продолжается до тех пор, пока состав кубового остатка по спирту не достигнет заданного значения Х_к=5%.

 

 

 

6. По окончании опыта:

 

1. выключается колбонагреватель;

1. после того как прекратится стекание дистиллята в приемные колбы

2. прекращается подача охлаждающей воды в конденсатор-холодильник.

3. Кубовой остаток сливается и определяется его качество.

7. Результаты работы заносятся в протокол в прилагаемой форме.

 

 

4. Обработка результатов.

 

Для определения количества и состава дистиллята и количества кубового остатка используется уравнение:

где: - количество начальной смеси в литрах;

- количество кубового остатка в литрах;

Х_м, Х_к - содержание спирта в начальной смеси и в кубовом ос­татке;

х, у - весовые доли спирта в жидкости или в равновесном паре над этой

жидкостью.

Аналитически этот интеграл решить невозможно, т.к. неизвестна аналитическая зависимость у от х. Решается он графичес­ки.

 

I. На миллиметровой бумаге в определенном масштабе строится график зависимости для смеси спирт-вода по данным протокола испытания установки простой перегонки (приложение 1).

 

2. Значение интеграла в приделах от Х =0,4 до Х =0,05 изображается заштрихованной площадью. Подсчитывается эта площадь в мм².

 

3. Тогда

где: масштаб площади на диаграмме.

4. отсюда определяется величина

5. Так по условию задается, то находится неизвестная величина.

- количество кубового остатка.

6. При известном составе кубового остатка определяется количество спирта в нем

7. Количество дистиллята

8. Количество спирта в дистилляторе

где: количество спирта в начальной смеси

рассчитанное (теоретическое) количество спирта в кубовом остатке.

9. Состав дистиллята по спирту (весовой процент)

 

Расчет по данным испытаниям (протокол)

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Липатов Н.Н. ПАПП, М., Экономика, 1987г;-272стр.

2. Кавецкий Г.Д., Королев А.В., ПАПП, М., Агропромиздат, 1991-432стр.

3. Гребенюк С.М., Михеева Н.С., Грагев Ю.П., Расчеты и задачи по

ПАПП. М., 1987г, 304стр.

4. Баранцев В.И. Сборник задач по процессам и аппаратам пищ. пр-в.,

М., 1985, 136стр.

5. Задачник под ред. Стабникова В.Н., ПАПП, Киев “Техника”,

1966-243стр.

6. Бекбаев А.Б., Колесникова Э.Ф., Шалбаев К.К.

Методические указания по курсовому проектированию.

Выпаривание., Алматы, 1984г-50стр.

7. Адилбеков М.А., Калыкова А.С., Токбаев М.Т., Медведков Е.Б.

Методические указания по выполнению лаб.работ по ПАПП.

Алматы, 1998,-52стр.

8. Медведков Е.Б., Адильбеков М.А., Кузембаев К.К.

Программа, методические указания и контр. зад. по ПАПП.

Алматы, 1998г-54стр.

9. Под ред. Стабникова. Проектирование ПАПП., Киев, 1982,198стр.

 

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: