Зертханалық жұмыс № 12 Қысымдағы жазық бетті сүзгіні сынау

Жұмыстың мақсаты: табақша сүзгіштегі қысым дәрежесін жоғарғы өндіріс мерзімінде және сүзу процесіндегі тұрақтыларды табу.

12.1. Теориялық бөлім.

Сүзу процесі дегеніміз біртекті емес жүйелерді (суспензия және газды заттар) елгезерден біркелкі фазалы және бөгеліп қалған бөлшектерді өткізуді айтады. Сүзу процесі елгезердің екі жағына берілген қысымдар айырмасынын ∆P күшімен жүреді. ∆P мөлшері суспензияларды сүзуде ортадан тепкіш насостар (қысым сүзгіштері) арқылы немесе елгезердің сыртында вакуум пайда болуын қамтамасыз (вакуум-сүзгіш) ету арқылы беріледі.

Сүзу кезінде суспензия сұйық – таза сүзінді және ылғалды тұнбаға ажыратылады. Кейбір кезде қатты бөлшектер сүзу бөгетінің кеуектерінде ұсталынып, тұнба пайда болмайды. Осы қасиеттерге байланысты сүзу процесі екі түрге бөлінеді:

1) Тұнба пайда болу жолымен сүзу;

2) Сүзу бөгетінің кеуектерін толтыру (бітеу) арқылы сүзу.

Сүзу процесінің қаншалықты жүргендігі елгезер торларында қалған тұнбалардан байқалады. Сүзу материалдарына маталар, тесік торлы металл табақтары, торлар, керамикалық торлар жатады.

Сүзгіштердің әркезде пайдаланатын түрлеріне материалдық сүзгіштер, сүзгіш пресстер, табақша сүзгіштер үздіксіз пайдаланатын сүзгіштер барабандық, ленталы, айналмалы және т.б. жатады.

Сүзгіштерді таңдау өндірістің масштабына, суспензиялардың түрлі қатынастарына байланысты. Сүзгіштегі бөлінудің әсерлілігі тұнба бөлшектерінің сүзгішіне түскен суспензияның массасына қатынасымен анықталады:

(12.1)

мұнда: m_кат.т. және m_кат.с. - тұнба мен суспензиядағы сәйкес масса бөліктері.

Сүзу бөгетінің өнімділігі және алынатын сүзіндінің тазалығы, көбінесе, сүзу бөгеттерінің қасиеттеріне және олардың дұрыс таңдалуына байланысты.

Белгілі уақыт сүзгіш бетінің бірлігі алынған. Сүзіндінің көлемі қозғаушы күшке тура пропорционал және сүзіндінің тұтқырлығына, тұнбаның және сүзгіш торлардың жалпы үйкеліс күшіне кері пропорционал. Сондықтан:

(12.2)

мұндағы V – сүзіндінің көлемі, м³;

S – сүзудің жоғарғы беті, м²;

τ – уақыт, с;

∆Р – сүзу бөгетінің қысымдар айырмасы, Па;

μ - суспензиядағы тегіс фаза кезіндегі тұтқырлық, Нс/м²;

R_т – тұнба қалдығының кедергісі, м^-1;

Rс.б – сүзу бөгетінің кедергісі, м^-1.

Бұл шама

(12.3)

сүзу жылдамдығын көрсетеді, м/с өлшенеді.

Сүзгіштегі тұнба массасы m_т сүзгіштен өткен сүзіндінің көлеміне байланысты. Бұл байланыс мына түрде болады:

(12.4)

немесе

(12.5)

Мұнда х = т_кат.т. /V - суспензияның салыстырмалы тығыздығы;

g= m _кат.т../S – қатты бөлшектердің массасы, тұнбаның тепе-тең қабаттарын құрайтын 1 м² сүзге бетінде пайда болған.

Тұнба қабатының кедергісі

(12.6)

мұнда: r_т – тұнба қабатының көлемдік меншікті кедергісі, м^-2

(Қалыңдығы 1м тұнба қабатының сүзінді ағынына кедергісін сипаттайтын шама)

(12.6) теңдігін (12.2) теңдігіне қойғанда төмендегіше болады:

(12.7)

(12.7) теңдігі – сүзу процесінің негізгі теңдеуі деп аталады.

Осы сүзу процесінің негізгі теңдеуі интегралдағанда процестің жан-жағын талқылауға алып келеді. Егер сүзу бөгеттерінің тесіктері толып қалатын болмаса, онда тұнба құрамы сақталады (сығылмайтын тұнба). Ал егер сүзіндінің тұтқырлығы және процестің қозғаушы күші тұрақты болса, онда (12.7) теңдігін интегралдап төмендегі теңдікті аламыз:

(12.8)

немесе

(12.9)

мұндағы q =V/S – сүзгінің меншікті өнімділігі - деп аталады, бұл шама сүзгі бетінің бірлігінен ( 1 м² ) алынатын сүзінді көлемін көрсетеді.

Сүзіндіні жобалағанда берілген өнімділікте қажетті сүзу бетін анықтау керек. Оны есептегенде (12.8) немесе (12.9) теңдіктерін пайдалану қажет. Таңдап алынған сүзу конструкциясында r_т және R_с.б. мәндерін тәжірибе жолымен қайтадан анықтау керек.

(12.9) теңдеудің екі бөлігін де q-ға бөлгеннен кейін келесі формуланы алуға болады:

(12.10)

мұнда

(12.10) теңдігі /q – q координаталарында сызықты тәуелділікте график тұрғызуға болады. Мұнда тәжірибе нәтижелерінің нүктелерін ординат осімен қиылысқанша түзу сызықпен сызады. Графиктен  және  мәндерін тауып алып, осыдан кейін сүзінді тұрақтылықтарын r_т және R_с.б. есептейді.

Сүзгішті тұнбада тазалау үшін оны жуып тұрады. Сүзгіштің бос тұрған уақыты τ₀ белгіленеді. Сондықтан сүзгіштің орташа жұмыс уақыты мынаған сәйкес:

(12.11)

Әдетте бос тұрған уақытты ₀ нөмірлейді. Онда сүзіндінің өнімділігі бірқатар процестің өнімділігінің оптималды уақытына _опт сәйкес келеді. _опт мәнін (сур. 12.1) графиктен табуға болады. _опт мәнін графиктен (сур. 12.1) анықтайды. А нүктесі сүзгіні жұмысқа дайындау процесін сипаттайды. Сүзу сызығы q = f() АС нүктелерін жанамалатып өтеді. Бұл сызықтың көлбеу бұрышы g( + ₀) сүзу процесінің максималды өнімділігін көрсетеді.

Сүзудің неғұрлым кіші ұзақтығы (АВ сызығы) периодтың тұрақтылығына ₀ байланысты өнімділігі төмендейді.   _опт кезінде (АD сызығы) сүзінді өнімділігі цикл үшін жеткіліксіз болғандықтан процестің D нүктесінде жылдамдығы төмендейді.