7.7.2. Скорость фильтрования
Как известно, скорость фильтрования (определённая как объём фильтрата, проходящий через единичную поверхность перегородки в единицу времени) в общем случае описывается уравнением Рута-Кармана
Где
=
V/F – удельный
объём фильтрата, м;
ΔРФ – давление фильтрования, Па;
μ – вязкость фильтрата, Па.с;
-
удельное
сопротивление
осадка, м-2;
-
сопротивление
перегородки, м-1;
-
толщина слоя осадка, м;
-
относительная
массовая концентрация осадка в фильтрате,
кг/м3.
Удельное сопротивление осадка
Сопротивление осадков в общем случае зависит не только от их дисперсности и порозности, но также – от давления и продолжительности фильтрования
-
При m=k=0 – несжимаемый осадок;
k=0 и m>0 – мгновенносжимаемый осадок;
k>0 и m>0 – тиксотропный осадок
Сопротивление перегородки
Полное сопротивление перегородки складывается из сопротивления самой и кольматирующего слоя осадка. Этот слой образуется на всех типах перегородок в начальный период фильтрования. С одной стороны, это повышает эффективность отделения наиболее мелких частиц (эффект «подушки»), с другой стороны, - приводит к возрастанию сопротивления. Толщину его можно принять равной
δ*= (0,01…0,25) мм, т.е. (0,00001…0,00025) м. Отсюда получаем
Продолжительность фильтрования
Для несжимаемых и мгновенносжимаемых осадков уравнение Рута-Кармана имеет аналитическое решение, которое для плоских фильтров выглядит следующим образом.
Продолжительность
Параметры уравнения фильтрования
СФ
=
КФ
=
Таблица 7.6 – Области и условия применения фильтров.
Тип фильтра Соответствие GMP (+/-) |
Свойства суспензии |
Условия процесса |
|||||
Размер частиц, dMIN, мкм |
Объёмная доля осадка, φД, % |
Скорость седиментации WOC, мм/с |
Целевой выделяе-мый продукт |
Режим процесса |
Скорость накопления осадка loc, мм/мин |
Нагрузка по фильтрату vф104, м/с |
|
1. Нутч-фильтр статический (-) |
1 |
≤30 |
Не ограничена |
Осадок+ фильтратА |
Перио- диче- ский |
≤20 |
≤5 |
2. Нутч-фильтр меха-низированный (+) |
1 |
≤30 |
Осадок+ фильтратА |
≤20 |
≤5 |
||
3. Друк-фильтр статический (-) |
0,5 |
≤50 |
Фильтрат |
≤40 |
≤15 |
||
4. Друк-фильтр меха- низированный (+) |
0,1…0,5 |
≤50 |
Осадок+ фильтратА |
≤40 |
≤15 |
||
5. Патронный (+) |
0,1 |
≤10 |
≤10 |
ФильтратБ Осадок |
≤20 |
≤20 |
|
6. Тарельчатый (+) |
0,1 |
≤10 |
≤10 |
Осадок+ ФильтратА |
≤20 |
≤20 |
|
7. Фильтр-пресс рамный капсулированный (-) |
0,5 |
≤30 |
≤20 |
Осадок фильтрат |
≤20 |
≤20 |
|
8. Фильтр-пресс рамный открытый (-) |
0,5 |
≤30 |
≤20 |
ОсадокБ фильтрат |
≤20 |
≤20 |
|
9. Фильтр-пресс камерный (ФПАКМ) (+) |
0,5 |
≤40 |
Не ограничена |
ОсадокБ фильтрат |
≤20 |
≤20 |
|
10. Барабанный вакуумный (+/-)В |
1 |
≤10 |
≤20 |
ОсадокБ фильтрат |
Непре-рывный |
≤20 |
≤15 |
10. Барабанный напорный (+/-)В |
1 |
≤20 |
Не ограничена |
ОсадокБ фильтрат |
≤20 |
≤10 |
|
11. Дисковый вакуумный (+/-)В |
1 |
≤10 |
≤20 |
ОсадокБ фильтрат |
≤20 |
≤5 |
|
10. Дисковый напорный (+) |
1 |
≤20 |
Не ограничена |
ОсадокБ фильтрат |
≤20 |
≤15 |
|
12. Сеточный (+) |
10 |
0,1…1 |
≤1 |
Фильтрат |
Перио- дический |
≤0,2 |
≤10 |
13. Волоконный (+) |
<0,1 |
0,1…0,5 |
≤1 |
Фильтрат |
≤0,2 |
≤10 |
|
Примечания: А) Одинаково пригоден для отделения дисперсного продукта и очистки жидкости. Б) В числителе дроби указан наиболее частый вид продукта; в знаменателе – относительно редкий. В) Герметизированные фильтры соответствуют; открытые – нет.