Тема 5 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?

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: