26. Осадки. Вывод уравнения Козени-Кармана для определения сопротивления осадка. Типы фильтровальных перегородок.
Осадки, получаемые в результате фильтрования, подразделяются на следующие виды:
Сжимаемые;
Несжимаемые;
Кристаллические;
Аморфные (трудноотделяемые);
Коллоидные (трудноотделяемые)
Несжимаемые осадки – это осадки, которые состоят из недеформирующихся частиц (как правило, кристаллические).
Сжимаемые осадки – это осадки, состоящие из деформирующихся частиц, которые, как правило, являются аморфными.
Уравнение Козени – Кармана.
Для несжимаемого осадка сопротивление слоя прямо пропорционально его толщине:
Rmud = r0hmud,
У
дельное
сопротивление – важнейшая технологическая
характеристика осадка, которую Т. Кáрман
и Б. Рут ввели в качестве основного
показателя процеживания. В расчетах
обычно используется не объемное удельное
сопротивление r0,
а идентичный по смыслу показатель –
удельное массовое сопротивление r,
являющееся сопротивлением единицы
массы твердой фазы, накапливающейся на
единице площади фильтрующей перегородки.
Связь между объемным и массовым удельными
сопротивлениями выражается зависимостью
Фильтровальные перегородки.
По принципу действия фильтровальные перегородки подразделяют на поверхностные и глубинные
Поверхностные фильтровальные перегородки отличаются тем, что твердые частицы суспензии при её разделении в основном задерживаются на их поверхности, не проникая в поры. К подобным перегородкам относятся, в частности, фильтровальная бумага, ткани, металлические сетки.
Глубинные фильтровальные перегородки, которые используются преимущественно для осветления жидкостей, характеризуются тем, что твердые частицы суспензии в процессе её разделения в основном проникают в поры и задерживаются там. К числу рассматриваемых перегородок относятся, к примеру , слои вспомогательного вещества и песка.
По структуре фильтровальные перегородки подразделяют на гибкие и негибкие.
При этом гибкие перегородки могут быть металлическими и неметаллическими, а кроме того состоять из смешанных материалов. Негибкие перегородки могут быть жесткими (состоящими из связанных твердых частиц) или нежесткими (состоящими из несвязанных твердых частиц).
27. Процессы ультрафильтрации и обратного осмоса. Механизм протекания, область применения.
Понятие "обратный осмос" показывает обратимость естественного (прямого) осмоса.
При ультрафильтрации происходит разделение высоко- и низкомолекулярных соединений (например, ферментов).
Рис. 5.2. Принципиальная схема обратноосмотической установки: 1 - высокоминерализованная обрабатываемаявода; 2 - очищенная вода; 3 - концентрат (сбросная вода); 4 - насос высокого давления; 5 - модуль обратного осмоса; 6 - полупроницаемая мембрана;7 - выпускной клапан
Обратный осмос и ультрафильтрация принципиально отличны от процессов фильтрования, так как при их реализации образуется не осадок, как при фильтровании, а лишь два раствора с различными концентрациями примесей, однако для достижения длительного срока службы полупроницаемых мембран необходима предварительная достаточно полная очистка воды от коллоидных и грубодисперсных примесей.
Механизм осмотических и ультрафильтрационных процессов базируется на капиллярно-фильтрационной модели, согласно которой в полупроницаемой мембране имеются поры диаметром, достаточным для прохода молекул воды (dH2O = 0.276 нм), но недостаточным для прохождения гидратированных ионов (d > 0.5 нм) и молекул растворенных веществ. Из-за невозможности создания мембран с одинаковыми размерами пор (изопористых), в промышленных мембранах имеется часть более крупных пор, через которые могут проникать гидратированные ионы, что снижает селективность (избирательность) процессов переноса. Опыт эксплуатации установок обратного осмоса показал, что порядок задержки ионов полупроницаемыми мембранами соответствует ряду селективности обмена ионов на ионитах, т.е. связан с возрастанием степени гидратации ионов.
Установки обратного осмоса используются как в схемах ВПУ, так и для очистки сточных вод. Для работы таких аппаратов требуется тщательная очистка воды от коллоидных и грубодисперсных примесей, для чего на предочистке используются кроме насыпных также и другие типы механических фильтров (сетчатые, намывные, гильзовые и т.п.). Установки комплектуются также системой химической и биологической очистки мембран, приборами и устройствами автоматики.