1. Классификация отстойников.

2. Мокрая очистка газов.

3. Осаждение под действием сил электрического поля.

Кавецкий, Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии / Г.Д. Кавецкий, Б.В. Васильев. – М.: Колос, 2000. – 551 с.

Малахов, Н.Н., Плаксин Ю.М., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств: Учебник. – Орел: Изд. Орловского ГТУ, 2001 – 687с.

Лекция №9

1. Биофильтрование: физическая сущность процесса, области при­менения; классификация.

2. Скорость процесса фильтрования.

3. Фильтрование газов.

4. Эффективность фильтрования.

Биофильтрование

Это метод разделения неоднородных систем с помощью пористой перегородки, которая пропускает сплошную фазу и задерживает дисперсную.

П ринципиальная схема процесса выглядит следующим образом

1– Фильтровальная перегородка;

2– Осадок.

Виды фильтрования:

1. Фильтрование с образованием осадка;

2. Фильтрование с закупориванием пор.

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений ΔР. Это может быть:

1. Гидростатическое давление;

2. Избыточное давление над перегородкой;

3. Вакуум под перегородкой;

4. центробежное поле (фильтрующие центрифуги).

В качестве фильтрующих материалов в промышленных аппаратах применяют естественные и искусственные зернистые и пористые тела: песок, графит, ткани, сетки, пористые пластические массы и т.д.

Классификация процесса биофильтрования

Процессы фильтрования можно классифицировать также и по другим признакам:

1) по движущей силе. Фильтрат проходит через фильтрующую перегородку под действием:

а) гидростатического напора (силы тяжести);

б) центробежной силы;

в) создания избыточного давления над перегородкой;

г) создания вакуума под перегородкой;

2) по целенаправленности процесса. Целью процесса фильтрова­ния может быть получение:

а) сухого остатка;

б) чистого фильтрата;

в) сухого остатка и чистого фильтрата одновременно;

3) по принципу действия:

а) непрерывное;

б) периодическое фильтрование;

4) по природе осадка с образованием:

а) сжимаемого;

б) несжимаемого осадка;

5) по направлению потока:

а) сверху вниз;

б) снизу вверх;

в) в сторону.

Скорость фильтрования – количество фильтрата, переносимого через единицу площади в единицу времени.

Основное уравнение фильтрования , где

Δр – разность давлений, Па;

D_ч – диаметр частиц, м;

l_к – длина канала, м;

– вязкость жидкости, Пас.

ε – порозность (доля свободного объема)

Скорость фильтрования зависит:

1. От разности давлений, ΔР

1.1 Несжимаемые осадки, т.е. при порозность не изменяется ε=const, ↑ΔР приводит к ↑w_ф.

1.2 Сжимаемые осадки, т.е. при ε≠const. Скорость с начала растет, а затем начинает падать.

а) правильный

а) б)

2. От диаметра частиц

Чем больше диаметр частиц, тем больше диаметр каналов, следовательно, выше скорость фильтрования.

Фильтрование сопровождается осаждением, поэтому первыми фильтровальную перегородку достигнут крупные частицы, которые образуют каналы. Оседающие затем мелкие частицы забивают эти каналы, т.е. скорость фильтрования определяется содержанием и количеством частиц самой мелкой фракции.

3. От вязкости суспензии (μ_с). Чем меньше вязкость, тем выше скорость фильтрования (↓μ_с => ↑w_ф).

4. От высоты слоя осадка (h_ос.). Чем больше слой осадка, тем меньше скорость фильтрования (↑h_ос => ↓w_ф).

В этом случае возможны два варианта:

а) фильтрование с падающей скоростью (ΔР=const), тогда (↑h_ос => ↓w_ф).

б) фильтрование с постоянной скоростью (ΔР↑), тогда ↑h_ос => w_ф = const.

5. От смачиваемости

а) б)

В случае (а) скорость фильтрования больше (т.к. не происходит смачивания поверхности)

Особенности расчета фильтров:

1. Удельное сопротивление осадка и сопротивление фильтровальной перегородки определяются экспериментально.

2. Фильтрование сопровождается промывкой осадка. Цель промывки: удаление фильтрата из пор, повышение качества осадка.

Время промывки осадка находится из уравнения:

,

где – время промывки, с,

V_пр – объем промывной жидкости, м³.

Биофильтрование с закупориванием пор фильтрующей перегородки

При разделении вязких суспензий, содержащих небольшие количества мелкодисперсных частиц твердой фазы, происходит проникновение твердых частиц в пористый слой и отложение их на стенках пор.

В природных условиях такой процесс наблюдается очень часто (проникновение грунтовых вод в геологические массивы), кроме того, он широко используется для очистки сточных вод (при использовании песчаных и других фильтров, называемых глубинными из-за большой толщины фильтрующей перегородки).

При прохождении потока через фильтр в порах фильтрующей перегородки задерживаются отфильтрованные частицы, поэтому порозность фильтрующей перегородки непрерывно уменьшается, а сопротивление ее увеличивается.

Процессов фильтрования с забивкой пор проводится при постоянной скорости, а следовательно, для определения производительности фильтра может быть использовано уравнение:

,

,

Фильтрование газов

Фильтрование газов описывается теми же общими зависимостями, что и фильтрование суспензий.

Большой интерес представляют работы по определению механизма захвата выделяемых из потока твердых частиц. При этом рассматривают действие как гидродинамических сил (в частности, трения), так и сил поля (тяжести, центробежного, электрического и других) при условии, что твердые частицы, извлекаемые из потока газа, имеют меньший размер, чем размер пор или отверстий в фильтрующей перегородке. Так, например, при выделении твердых частиц размером менее 1 мкм необходимо учитывать диффузию, когда d = 0,5 мкм, в потоке наблюдается броуновское движение, при d >20 мкм имеют значение силы инерции и силы тяжести.

Захват частиц волокном фильтрующей перегородки может быть импульсным (при непосредственном ударе частиц, имеющих достаточную массу, и, следовательно, инерцию, чтобы пересечь линии тока газа) или диффузионным.

Одновременный учет инерционного и диффузионного механизмов захвата отделяемых от газа пылинок очень важен для частиц размером от 0,1 до 1 мкм.

Расчеты газовых фильтров основываются исключительно на экспериментальных данных.

Существуют различные типы фильтровальных перегородок, выбор которых определяется размером дисперсных частиц, температурой газа, его химическими свойствами, а также допустимым гидравлическим сопротивлением.

Эффективность фильтрования

Большое значение для повышения эффективности работы фильтра имеют следующие факторы:

• предварительная подготовка суспензии,

• фильтрующая перегородка.

Подготовка суспензии проводится после качественного выяснения ее устойчивости.

Для уменьшения устойчивости суспензии применяют следующие приемы:

• магнитную обработку воды (обработанная в магнитном поле напряженностью ~10³Э вода обладает плохой смачиваемостью, что позволяет интенсифицировать процессы разделения суспензий);

• обработку суспензий коагулянтами и флокулянтами;

• гидрофобизацию поверхности частиц (добавление в пульпу ПАВ).

Условия проведения процесса фильтрования могут быть улучшены с помощью повышения температуры, уменьшения вязкости и плотности суспензии.

Фильтруемость суспензии можно улучшить также с помощью ее предварительного классифицирования или флотации мелких фракций.