Тема: «Изучение процесса фильтрования суспензий»
Введение Фильтрованием называют процесс разделения суспензий через пористую (фильтровальную) перегородку, которая задерживает твердую (дисперсную) фазу и пропускает жидкую (дисперсную) среду (рис. 1). Процесс фильтрования подразделяют на два вида: поверхностное фильтрование (с образованием слоя осадка) и глубинное фильтрование (с закупориванием пор фильтровальной перегородки). Вид фильтрования определяется взаимосвязью между свойствами суспензии и фильтровальной перегородки. При разделении маловязких суспензий с концентрацией твердой фазы более 1 %, через фильтровальную перегородку с размерами пор меньше размеров частиц имеет место поверхностное фильтрование. Твердые частицы накапливаются на поверхности фильтровальной перегородки и образуют осадок. При дальнейшем разделении суспензий слой осадка начинает играть роль фильтрующего элемента, задерживая частицы твердой фазы и предотвращая закупоривание пор фильтровальной перегородки. При этом над входами в поры перегородки образуются "сводики" из твердых частиц, пропускающие жидкую фазу суспензии, но задерживающие другие твердые частицы. Разделение суспензий поверхностным фильтрованием наиболее целесообразно, так как закупоривание пор фильтровальной перегородки твердыми частицами с соответствующим увеличением ее сопротивления почти не происходит. При разделении вязких суспензий с небольшой концентрацией мелкодисперсных фракций через фильтровальную перегородку с размерами пор больше размеров частиц, имеет место глубинное фильтрование. Твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и задерживаются в них, не образуя осадка. Закупоривание пор твердыми частицами наблюдается уже в начальный период процесса разделения суспензий, что снижает производительность фильтра. Глубинное фильтрование используют только в фильтрах периодического действия. При этом необходима периодическая регенерация или замена фильтровальной перегородки.
С целью интенсификации производственного процесса фильтрования суспензий с концентрацией твердой фазы менее 1 % в фильтрах используют вспомогательные вещества, которые наносят на фильтровальную перегородку. Фильтровальные вспомогательные вещества образуют слой осадка, который препятствует проникновению твердых веществ в поры фильтровальной перегородки. В качестве фильтрующих материалов применяют зернистые материалы – песок, гравий, а также хлопчатобумажные и шерстяные ткани, ткани из синтетических волокон, картон, пористые полимерные материалы, керамику и т. д. В фильтрах с намывным слоем применяют различные порошкообразные инертные материалы (диатомит, мел, гашеная известь), а также волокнистые материалы (целлюлоза). Фильтровальные перегородки должны обладать необходимой задерживающей способностью, обеспечивать заданную чистоту фильтрата, не создавать значительного гидравлического сопротивления потоку и иметь высокую механическую прочность. По целевому назначению процесс фильтрования может быть очистным или продуктовым. Очистное фильтрование применяют для разделения суспензий и очистки растворов от различного рода включений. Целевым продуктом является фильтрат. В пищевой промышленности очистное фильтрование используют при осветлении вина, виноматериалов, молока, пива и других продуктов. Назначение продуктового фильтрования – выделение из суспензий диспергированных в них продуктов в виде осадка. Целевым продуктом является осадок. Примером такого фильтрования является разделение дрожжевых суспензий.
Рис. 1. Схема фильтра для разделения суспензий: 1 – корпус; 2 – суспензия; 3 – осадок; 4 – фильтровальная перегородка; Движущая сила процесса фильтрования – разность давлений по абсолютной стороне фильтровальной перегородки.
Эта разность создается с помощью насоса, компрессора или вакуум насоса. Условия протекания процесса фильтрования зависят от способа создания разности давлений. Существует фильтрование: – при постоянной разности давлений – при постоянной скорости – при переменных разностях давлений и скорости При фильтровании под давлением движущая сила процесса
Величина избыточного давления ограничена мощностью насоса и прочностью аппарата.
При При фильтровании под вакуумом движущая сила процесса
Движущая сила процесса фильтрования под избыточным давлением выше, чем при фильтровании под вакуумом. Несмотря на это фильтрование под вакуумом получило более широкое распространение в промышленности. Это объясняется возможностью создания непрерывного процесса, так как слой осадка формируется со стороны атмосферного давления и может беспрепятственно удаляться. Непрерывное удаление осадка при фильтровании под давлением значительно усложняет конструкцию фильтра. Фильтрование при постоянной скорости осуществляется, если суспензию подают на фильтр поршневым насосом с постоянной производительностью (при данном числе оборотов электродвигателя). Если суспензию подают на фильтр центробежным насосом с уменьшающейся (при данном числе оборотов электродвигателя) производительностью при возрастании сопротивления осадка, то процесс фильтрования осуществляется при переменных разностях давлений и скорости. Эффективность процесса разделения суспензий характеризуется "эффектом разделения" или степенью очистки h (в %) где С 1 и С 2 – концентрации дисперсной фазы соответственно в суспензии и фильтрате. Образующийся в процессе фильтрования осадок должен иметь минимальную влажность. Влажность осадка U (в %) определяют по формуле
где
Интенсивность процесса фильтрования оценивают скоростью или удельной производительностью
Среднюю скорость процесса определяют по формуле
где Скорость фильтрования может быть определена по закону Дарси
где При фильтровании с образованием слоя осадка общее сопротивление фильтрованию
Коэффициент сопротивления (фильтрования) имеет вид
где m – коэффициент динамической вязкости жидкой фазы суспензии, с/м2. В каждый момент времени скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений D p и обратно пропорциональна сопротивлению R и вязкости жидкости m
Сопротивление слоя осадка определяют равенством
где
где c – объемная концентрация твердой фазы в разделяемой суспензии. Из уравнения можно получить основное уравнение фильтрования
Решим уравнение (14) для фильтрования с образованием слоя не-сжимаемого осадка при постоянном перепаде давления. В этом случае: D р = const – движущая сила постоянна; После интегрирования (14) в пределах от 0 до
или
где Если продифференцировать уравнение (16)
то можно получить формулу для расчета скорости фильтрования
Константы фильтрования с и Цель работы 1. Определение сопротивления фильтровальной перегородки. 2. Определение констант фильтрования. 3. Определение производительности фильтра по фильтрату и влажному осадку.
Описание установки Подлежащая фильтрованию суспензия приготавливается в сосуде 9 (рис. 2). При открытом кране 11 суспензия поступает в фильтр 8, в котором на решетке 6 помещается фильтровальная перегородка 7. Фильтрат собирается и измеряется в сборнике 4. Фильтрование осуществляется за счет разрежения в сборнике 4, которое создается вакуум-насосом 1. С помощью вентиля 2 по вакуумметру 3 устанавливается заданное разряжение под фильтровальной перегородкой.
Рис. 2. Схема установки
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|