Рисунки

3. Расчетная часть

Технологический расчет включает материальный баланс процесса фильтрования и определение количеств материальных потоков, а также определение: 1) соотношение объемов осадка и фильтрата; 2) объема осадка на 1м² поверхности фильтра; 3) времени фильтрования; 4) скорости фильтрования; 5) площади поверхности фильтрования; 6) расхода промывной воды и времени промывки осадка.

Материальный баланс процесса фильтрования. Материальный баланс составляется для определения производительности фильтра по осадку, фильтрату или суспензии.

Уравнение материального баланса имеют следующий вид:

1. для всей системы

(1.1)

2. для твердой фазы

(1.2)

Массовая доля твердой фазы в суспензии или осадке при заданном соотношении жидкой и твердой фаз определяется по формуле

n = Ж:Т=(1 x)/x. (1.3)

Совместным решением уравнений (1.1) и (1.2) определяют количество влажного осадка и фильтрата.

Количество твердого вещества, содержащегося в суспензии:

G_T= G_сx_с (1.4)

Количество жидкой фазы в суспензии:

G_Ж= G_с G_т (1.5)

Количество осадка:

G_ос= G_Cx_C/x_оc (1.6)

Количество твердой фазы в осадке:

G_T= _сx_оc (1.7)

Количество жидкой фазы в осадке:

G_Ж= _ос G_T (1.8)

Количество фильтрата:

G_ф= G_с G_ос (1.9)

Полученные данные сводятся в таблицу материального баланса.

Для дальнейших расчетов необходимо определить:1)обьемную производительность фильтра по фильтрату

V_ф=G_ф/ρ_ф (1.10)

И по осадку

V_оc= G_ос/ρ_ос (1.11)

2. Соотношение обьемов осадка и фильтрата

u= V_оc / V_ф (1.12)

Величину u можно определить также по формулам

u = (1.13)

или

n =n = (1.14)

где, α = ρ_ф/ρ_т.

Плотность влажного осадка:

(1.15)

Выбор толщины слоя осадка на фильтре зависит от типа аппарат, характера и удельного сопротивления осадка и способа его сьема. Значения минимальной толщины слоя осадка для фильтров непрерывного действия приведены в табл. 4.2. Для аппаратов периодического действия рекомендуются следующие толщины слоя осадка: 1) нутч-фильтры вакуумные δ = 100 ÷ 250 мм; 2) фильтр-прессы δ = 30 ÷ 45 мм.

Таблица 1.1 − Минимальная толщина слоя осадка δ (в мм) для фильтров непрерывного действия

Фильтр	Зернистый рассыпчатый слой	Прочный, маловлажный слой	Непрочный влажный слой	Липкий слой
Барабанный с наружной фильтрующей поверхностью	8	5	8	10
Барабанный с внутренней фильрующей поверхностью	8	6	-	-
Дисковый	10	8	10	12
Ленточный	6	4	8	-
Тарельчатый	16	16	-	-

При расчете дисковых и барабанных вакуум-фильтров задают частоту вращения; толщина слоя осадка является величиной определяемой. Табл. 4.2 служит для контроля расчета (минимальную толщину слоя осадка диктуют условия сьема осадка – нож, валики, смыв и т. д.).

Если F = 1 м², то обьем осадка

V_oc = Fδ = 1∙δ (1.16)

а масса осадка

G_oc = V_ocρ_oc = δρ_oc (1.17)

Промышленное фильтрование проводят чаще всего при постоянной скорости фильтрования или при постоянном давлении.

При Δp = const основное уравнение фильтрования, определяющее скорость фильтрования,

(1.18)

Примет вид

V² + (1.19)

где R_a/(r_оu) = C – константа фильтрования, характеризующая гидравлическое сопротивление фильтрующих перегородки, м³/м²; 2Δp/(μ_фr_оu)= K – константа фильтрования, учитывающая режим процесса и физико-химические свойства осадка и жидкости, м²/с.

При r_o/R_u>10³ производительность фильтра по фильтрату выразится уравнением

V = F (1.20)

Из этого уравнения с достаточной степенью точности можно определить необходимую поверхность фильтрования

F = V / (1.21)

или время фильтрования при F = 1 м²

(2Δp) (1.22)

Для барабанных и дисковых вакуум-фильтров время фильтрования можно определить по формуле

(1.23)

Здесь φ₁ – угол погружения барабана (диска) в суспензию, грал; n – частота вращения барабана (дисков), об/мин.

Скорость фильтрования в конце процесса определяется по формуле

W_кон = (1.24)

Если известна константа фильтрования К, то удельное сопротивление осадка r_oможет быть найдено по уравнению

(1.25)

где m' – масса влажного осадка в рассчете на 1 кг содержащегося в нем сухого вещества, кг/кг.

При отсутствии экспериментальных данных удельное сопротивление осадка можно определить по эмпирической формуле

= 0,69 ∙ 10⁸Δp^0,33 (1.26)

Скорость промывки осадка W_пр определяется соотношением

W_пр= W_конμ_ф/μ_пр (1.27)

Длительность периода промывки:

τ_пр= (1.28)

Расход промывной воды:

= m (1.29)

Где m– удельный расход воды на промывку осадка, кг воды/кг осадка.

http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet

http://www.findpatent.ru/patent/211/2116139.html

http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet

Жужиков В. А - Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. Год выпуска: 1971:Жужиков В. А. Жанр: Физическая химия Издательство: Химия

Айнштейн А.Г. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Книги 1 и 2. – М.: Высшая школа, 2003. – 1757с.

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник. – М.: Химия, 1977. – 729с.

Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Книги. 1 и 2. – М.: Химия, 1981. – 810с.

http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet

http://www.findpatent.ru/patent/211/2116139.html

http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet

Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие – изд. 9-е, доп. и перераб. – Л.: Химия, 1981. – 558с.

Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991.–352 с.