ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

Объем фильтрата V, полученный за промежуток времени с единицы поверхности фильтра, пропорционален разности давлений DР и обратно пропорционален вязкости фильтрата и общему сопротивлению осадка R_ОС и фильтровальной перегородки R_Ф.П_.. В дифференциальной форме это можно написать так:

, (5.1)

где t – продолжительность фильтрования, с; S – поверхность фильтрования, м².

Величина – называется скоростью фильтрования (5.2).

Движущей силой процесса фильтрования служит разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки. Эта разность может быть создана:

а) слоем самой суспензии, налитой на фильтр;

б) подачей суспензии на фильтр под давлением (например, в фильтрпрессах давление достигает 12 атм);

в) создание вакуума под фильтрующей перегородкой (в промышленных вакуум-фильтрах вакуум составляет 600–660 мм.рт.ст.). Величину R_ФП в процессе фильтрования в первом приближении можно принимать постоянной, пренебрегая некоторым его увеличением вследствие, проникания в поры перегородки новых твердых частиц. R_ОС с увеличением количества осадка изменяется от нуля до максимального значения в конце процесса.

Учитывая пропорциональность объемов осадка и фильтрата, обозначим отношение объема осадка к объему фильтрата x₀. Тогда объем осадка будет равен х₀× V. Вместе с тем объем осадка равен h_ОС× S, где h_ОС – высота слоя осадка. Следовательно,

Отсюда

(5.3)

Сопротивление слоя осадка можно выразить равенством:

(5.4)

где r₀ – удельное объемное сопротивление слоя осадка – характеризует сопротивление потоку жидкой фазы равномерным слоем осадка толщиной 1 м.

Подставив значение R_ОС в уравнение (5.1), получим:

(5.5)

Уравнение (5.5) называется основным дифференциальным уравнением фильтрования. При интегрировании этого уравнения необходимо принимать во внимание условия процесса фильтрования, который может протекать:

а) при постоянной разности давлений;

б) с постоянной скоростью фильтрования;

в) при постоянных Р и W, при переменных Р и W.

При применении вакуум–насосов и компрессоров фильтр присоединяют к вакуум–ресиверу сжатого воздуха и проводят фильтрование при постоянной DP. Для вакуум–насосов в производственных условиях DР находится в пределах 5–9 Н/см². Скорость фильтрования непрерывно уменьшается вследствие возрастания толщины осадка и увеличения его сопротивления.

Если при фильтровании применяют поршневой насос, процесс протекает с постоянной скоростью (определяемой производительностью насоса), при возрастающей разности давлений DР, увеличивающейся с увеличением толщины осадка. В случае использования центробежного насоса DР и W изменяется непрерывно.

Фильтрование под действием гидростатического давления суспензии в производственных условиях применяется сравнительно редко.

Уравнение (5.5) берется в основу технологического расчета промышленного фильтра любой конструкции. Целью этого расчета является определение необходимой поверхности фильтрования S при заданной производительности фильтра или определение действительной производительности фильтра, имеющего известную поверхность S. Для этого должны быть известны величины х₀, r₀, R_Ф.П., которые называются постоянными в уравнении фильтрования или константами фильтрования. Существуют различные способы определения х₀, r₀, R_Ф.П.

Для осадков, встречающихся в химических производствах и состоящих, как правило, из частиц размером не менее 100 мк, эти величины находят экспериментально.

В данной работе рассматривается один из способов опытного определения констант фильтрования для фильтрования при постоянной разности давлений. Этот способ отличается большой точностью получаемых результатов.

При DP=const и неизменной температуре для фильтра данной конструкции и выбранной фильтровальной перегородки все входящие в уравнение (5.5) величины, за исключением V и t, постоянны. Проинтегрируем это уравнение в пределах от 0 до V и от 0 до t:

(5.6)

или

Разделим обе части уравнения на , получим

(5.7)

Преобразуем уравнение (5.7) к виду

, (5.8)

где (5.9)

(5.10)

При DP = const и t = const все величины, входящие в правые части равенств (5.9) и (5.10), постоянны. Поэтому значения М и N также постоянны и уравнение (5.8) является уравнением прямой, наклоненной к горизонтальной оси под углом, тангенс которого равен М, и отсекающей на вертикальной оси отрезок N (рис.5.1).

Из уравнения (5.9) и (5.10) следует:

(5.11)

(5.12)

Величину х₀ находят в результате непосредственного измерения объемов осадка и фильтрата.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Ознакомление с методикой экспериментального определения констант фильтрования.

2. Определение производительности фильтра по фильтрату и влажному осадку.

ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ

Схема установки представлена на рис. 5.2.

Установка состоит из погружного вакуум–фильтра 1, бачка для суспензии 2 c мешалкой 3, вакуум–насоса 9, приемника для фильтрата 7 и измерительных приборов: термометра 4, вакуумметра 6 и секундомера. Элемент вакуум–фильтра – разборный. Состоит из воронки со съемной решеткой (дырчатый диск) и крышки.

На воронку с решеткой накладывают фильтровальную ткань и прижимают крышкой при помощи четырех болтов.

Отдельные части установки соединены между собой вакуумными резиновыми трубками, как показано на рис. 5.2. На трубках установлен кран 5, которым при работающем вакуум–насосе создают нужный вакуум, и кран 8. Кран 5 открывается после подготовки всей установки к работе на заданном режиме.

Число оборотов мешалки 3 регулируется реостатом 12.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Включают мешалку 3.

2. Собирают вакуум–фильтр I и устанавливают его в баке 2, погружая в суспензию на несколько сантиметров. Закрывают кран 5 и кран 8.

3. Включают вакуум–насос, и открывая кран 8, устанавливают заданный руководителем вакуум по вакуумметру 6.

Рис. 5.2. Схема установки:

1 – вакуум–фильтр, 2 – бачок для суспензии, 3 – мешалка, 4 – термометр, 5 – кран, 10, 11 – краны, 6 – вакуумметр, 7 – приемник фильтрата, 8 – воздушный кран, 9 – вакуум–насос, 12 – реостат, 13 – выключатель.

4. После установки заданного режима открывают кран 5 и одновременно включают секундомер. Первый замер времени делают при появлении первых капель фильтрата в приемнике. Каждый следующий замер времени производят (не выключая секундомера! ) через каждые 100 см³ фильтрата в приемнике. Когда уровень жидкости в приемнике достигнет верхней черты, выключают секундомер, одновременно освобождают фильтр 1, поднимают его вверх на кронштейне так, чтобы резиновая трубка нигде не создавала застоев жидкости. Фильтрующая поверхность фильтра должна быть повернута вверх. При этом сливается в приемник жидкость, находящаяся в фильтре и трубке.

5. Когда поверхность осадка теряет влажный блеск и перестанет изменять свой вид, продувку прекращают, выключая вакуум–насос.

6. Фильтрат из приемника сливается в мерный цилиндр и замеряется общий объем жидкости V_n. Количество фильтрата, добавившееся при продувке, соответствует первому замеру времени (до появления первых капель).

7. Измеряют торцом металлической линейки толщину слоя осадка на фильтре и диаметр всего слоя D.

8. Фильтр 1 разбирают, осадок снимают в специальный бачок, промывают фильтр и ткань, собирают фильтр снова. Результаты замеров заносят в табл. 5.1.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

По полученным замерам объемов V_l, V₂, V₃… и времени t₁, t₂, t₃… определяют разности DV и Dt

, с;

, с; …

, см³;

…

см³

Вычисляют отношение и строят график (рис. 5.3.), откладываюя по оси абцисс V, а по оси ординат величины отношений .

Рис. 5.3. График для определения коэффициентов M и N

Из графика определяются М и N с учетом масштабов графика.

(5.13)

и рассчитывают значения r₀ и R_Ф.П_. по формулам (5.11) и (5.12).

Работу заканчивают определением часовой производительности фильтра по фильтрату и влажному осадку (с 1 м² поверхности фильтра).

(5.14)

(5.15)

где V_П – общее количество фильтрата, собранное за время опыта, м³; V_ОС – объем осадка, равный , м²; S_Ф – площадь фильтра, м²; t_n – общая продолжительность опыта, сек.

Результаты замеров и расчетов следует свести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

Результаты замеров

№	Время замера t, с	Объем фильтрата V, см³	Интервалы	, с/м³	r₀, м^-2	R_Ф.П., м^-1
времени Dt	Объем фильтрата DV, м³
1.	t₁	V₁+ 0		DV₁
2.	t₂	V₁ +100		10^-4
3.	t₃	V₁ + 200		10^-4
4.	t₄	V₁ +300		10^-4
5.	t₅	V₁+ 400		10^-4

Отчет по работе включает:

1. Формулировку цели и задачи работы.

2. Схему установки со спецификацией.

3. Сводку расчетных формул.

4. Отчетную таблицу.

5. Примеры расчетов.

6. График, построенный по опытным данным.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Определение гетерогенной системы.

2. Определение суспензии.

3. Определение процесса фильтрации.

4. Цель процесса фильтрации.

5. Движущая сила процесса фильтрации.

6. Способы создания движущей силы фильтрации.

7. Виды фильтрующих перегородок.

8. Чем обусловлен выбор фильтрующей перегородки.

9. Виды осадков.

10. Определение несжимаемого осадка.

11. Что понимают под сжимаемым осадком?

12. Понятие об удельном сопротивлении осадка.

13. Может ли удельное сопротивление осадка быть постоянной величиной? Для каких осадков?

14. Классическое уравнение скорости любого физического процесса.

15. Что такое скорость фильтрации?

16. Из каких величин состоит общее сопротивление фильтра?

17. Основное уравнение фильтрации в дифференциальной форме.

18. В каких режимах может протекать процесс фильтрации?

19. Практическая реализация различных режимов фильтрования.

20. Каким образом можно выразить сопротивление осадка?

21. Как выражают объем осадка?

22. Дифференциальное уравнение фильтрования.

23. Цель технологического расчета промышленного фильтра любой конструкции.

24. Что понимают под константами фильтрации?

25. Как определяют константы фильтрации?

26. Основные элементы фильтрпресса.

27. Движение жидкости в фильтрпрессе (схема)

28. Достоинства и недостатки фильтрпресса.

29. Схема нутч–фильтра.

30. Преимущества и недостатки нутч–фильтра.

31. Барабанный вакуум–фильтр (принцип действия).

32. Принципиальная схема ленточного вакуум–фильтра.

33. Цель работы.

34. Порядок проведения работы.

35. Схема лабораторной установки.

36. Как определяют удельное объемное сопротивление осадка?

37. Как определяют сопротивление фильтра?

38. Как определяют производительность по фильтрату?

39. Как определяют производительность фильтра по осадку?

ЛИТЕРАТУРА

1. А.Г.Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии, - М.: Химия, - 1976.

2. А.И.Скобло и др., Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, - М., 1982,

3. В.А.Жуков Фильтрование, - М.: Химия, 1972, - 440 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 11 12 Следующая