Контрольные вопросы к работе

1. Перечислите аппараты, применяемые для улавливания пыли?

2. Устройство и принцип работы циклона?

3. Что понимают под фактором разделения?

4. За счет чего в циклоне возникает центробежная сила?

5. Как влияет диаметр циклона и скорость газового потока на его разделяющую способность?

6. С какой целью в промышленной практике прибегают к применению батарейных циклонов?

7. Что понимают под гидравлическим сопротивлением циклона и как его рассчитать?

8. Что понимают под степенью очистки циклона?

Лабораторная работа № 4

Определение констант фильтрования Введение

Процессом фильтрования называют разделение суспензий, пыли или тумана путём пропускания их через пористую перегородку-фильтр, способную задерживать взвешенные частицы (дисперсную среду), образуя осадок, но пропускать жидкость или газ (дисперсную среду), образуя фильтрат (либо очищенный газ).

Скорость фильтрования суспензий существенным образом зависит от физических свойств жидкости и крупности твёрдых частиц и их концентрации. По степени крупности твёрдых частиц суспензии делят на:

а) грубые (размер частиц более 100 мкм);

б) тонкие (размер частиц от 100 до 0,5 мкм);

в) мути (размер частиц до 0,5 мкм);

г) коллоидные растворы.

На практике встречаются все виды суспензий и большей частью с частицами разных размеров, т.е. полидисперсные системы.

При фильтровании суспензия поступает на пористую фильтрующую перегородку, через которую жидкая фаза проходит, а взвешенные частицы остаются на поверхности фильтра в виде осадка.

Виды фильтрования:

1. С образованием осадка;

2. С закупориванием пор;

3. Промежуточный вид;

Для движения жидкости в порах осадка и фильтрующей перегородки необходимо создать перепад давления над и под фильтрующей перегородкой.

Перепад давления над и под фильтрующей перегородкой является движущей силой процесса и создается за счет разряжения под фильтрующей перегородкой (вакуум-фильтры) или создания давления над фильтрующей перегородкой (фильтры под давлением).

Существует 4 основные характеристики фильтрования: движущая сила процесса, скорость процесса, производительность фильтра, константы процесса фильтрования.

Производительность фильтра зависит от режима фильтрования (давление, температура), вида фильтрующей перегородки и физико-химических свойств суспензии и осадка.

Фильтрование со сжимаемым и несжимаемым осадком:

4. Несжимаемые осадки –пористость которых не меняется при увеличении давлений (мел, песок);

5. Сжимаемые осадки – пористость уменьшается, гидравлическое сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением давления (гидраты окисей металлов)

Хорошая работа фильтра во многом зависит от свойств фильтрующей перегородки, которую изготавливают из различных хлопчатобумажных тканей (бельтинг, бязь, миткаль, диагональ и др.), шерстяных тканей (сукно, байка, войлок), тканей из синтетических волокон (поливинилхлоридные, перххлорвиниловые, полиамидные, орлон, лавсан, и до.), тканей из волокон минерального происхождения (асбестовые и стеклянные) и др. В последнее время всё шире начинают применять пористые металлические, керамические и металлокерамические фильтрующие перегородки.

Выбор той или иной фильтрующей перегородки обусловлен:

1. Пористостью (размеры пор должны быть такими, чтобы частицы осадка задерживались на перегородке);

2. Химической стойкостью к действию фильтруемой среды;

3. Достаточной механической прочностью;

4. Теплостойкостью при температуре фильтрования.

Рассматривая параметры, влияющие на процесс фильтрования, можно написать в общем виде закон фильтрования:

где V – производительность единицы поверхности фильтрующей перегородки по фильтрату, м²/м³ за время (в ч., мин., с.);

- скорость фильтрования м³/м² ч

ΔР – движущая сила процесса фильтрования (перепад давлений), Н/м²;

R – сопротивление фильтрования Н·с/м³.

Движущей силой процесса фильтрования ΔР является разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки. Разность давлений может быть создана:

а) слоем самой суспензии, налитой на фильтр;

б) подачей суспензии на фильтр насосами (например, в фильтр-прессах давление достигает 0,5 Мпа);

в) создание вакуума под фильтрующей перегородкой, либо избыточного давления газа над фильтрующей перегородкой (например, в промышленном вакуум-фильтрах вакуум составляет 0,095 Мпа, а давление газа – до 0,3 Мпа);

г) наложением на разделяемую суспензию центробежного поля, движущая сила при этом принимает максимальное значение и достигает 1,5 МПа.

Сопротивление фильтрования Rскладывается из сопротивления осадка R_OCи сопротивления фильтрующей перегородки R_п , т.е.:

R=R_oc+R_п

Сопротивление слоя осадка пропорционально количеству отложившейся твёрдой фазы и, следовательно, пропорционально количеству прошедшего фильтрата:

R_OC=K′ V

Сопротивление фильтрующей перегородки можно заменить сопротивлением слоя осадка, оказывающего такое же сопротивление процессу фильтрования, какое оказывает перегородка, и выразить соответствующим количеством фильтрата С, т.е:

R_n= K′ C

где K′ – коэффициент пропорциональности.

Тогда

R = K′ (V+C)

Подставив полученное значение R в уравнение (1), разделив переменные и проинтегрировав, после небольших преобразований получим уравнение фильтрования:

V²+2VC=Kτ (5)

гдеµ – вязкость фильтрата, Н·с/м²;

r₀ – удельное сопротивление осадка;

х₀ – концентрация суспензии, м³/ м³.

Зависимость (5) является основным кинетическим уравнением процесса фильтрования и показывает зависимость объёма фильтрата V продолжительности фильтрования τ.

Расчёт промышленных фильтров обычно сводится к определению требуемой поверхности фильтрования F. Для этого, зная константы фильтрования К и С и продолжительность фильтрования τ, назначаемую из условий: обеспечения требуемой остаточной влажности осадка ω, из уравнения (5) определяют удельную производительность по фильтрату V, м³/(м²·τ). Затем рассчитывают секундную производительность по фильтрату V_c , м³/(м²·с).

V_c= V/τ

Зная производительность промышленной фильтрационной установки по фильтрату V_ф , находят требуемую площадь фильтровальной перегородки F, м²:

F = V_ф/ V_c

Для определения констант фильтрования К и С опытным путём продифференцируем уравнение (5):

2VdV+2CdV=Kdτ

и, разделив обе части уравнения на KdV, получим

Заменяя отношение бесконечно малых величин на отношение конечных разностей, получим уравнение, пригодное для обработки опытных данных:

Это уравнение прямой линии типа y=kx+b, свободный член которого b=2C/K.

При построении уравнения (6) в координатах , отрезок, отсекаемый на оси координат, даёт численное значение свободного члена, а тангенс угла наклона прямой tgα= .

Для определения постоянных процесса фильтрования K и C проводят опыт по разделению исследуемой суспензии на фильтрате при постоянной разности давлений.

В течение опыта отмечают несколько значений объёма полученного фильтрата V₁, V₂, V₃, ….. V_n и продолжительности фильтрования τ₁, τ₂, τ₃… τ_n . Определяют приращения объёма фильтрата , . . . и приращения продолжительности фильтрования , . . . , после чего вычисляют отношение для всех случаев.

Зависимость величин, обратной скорости фильтрования, от объёма фильтрата V

Рисунок 1 –

Для построения прямой в координатах (рис.1) на оси абсцисс откладывают величины V₁, V₂, V₃, ….. V_nи из полученных точек восстанавливаю перпендикуляры.

На каждом перпендикуляре откладывают соответствующее отношение приращений . Из полученных таким образом точек проводят горизонтальные отрезки до пересечения с левым соседним перпендикуляром. Прямую проводят через середины отрезков , и т.д., что соответствует примерно средней производительности по фильтрату в диапазонных изменения V от 0 до V₁ , от V₁ до V₂, от V₂ до V₃ и т.д. для соответствующих приращений - величина, обратная уменьшению скорости фильтрования. Прямую проводят до пересечения с осями ординат и абсцисс. Построив эту прямую по экспериментальным данным, можно определить константы фильтрования К и С.

Объёмная скорость прохода жидкости через фильтр, или скорость фильтрования, - величина переменная, непрерывно уменьшающаяся, которую для заданного момента времени от начала фильтрования определяют на основании уравнения (6), как:

Цель работы:

- определение констант процесса фильтрования и производительности фильтра по фильтрату.

Описание установки

Установка для экспериментального определения констант процесса фильтрования

Содержит бак для приготовления суспензии 1 с отражательными перегородками 2 и соосно расположенной мешалкой 3. Разборный вакуум –фильтр 4 состоит из двух выпуклых крышек, между которыми закрепляется фильтровальная перегородка 5, опирающаяся на опорную (дренажную) сетку.

Методика проведения работы

Приготавливают суспензию с заданным соотношением твёрдой и жидкой фаз в количестве ,указанном преподавателем ,и заливают в бачок I, предварительно закрыв вентиль II и включив привод мешалки. Затем включает вакуум-насос 10 и, медленно открывая запорный вентиль 9 ,устанавливают заданный преподавателем вакуум по вакуумметру 8.

После этого открывают кран II и одновременно включают секундомер. Через некоторое время, когда в приёмник 6 наберётся некоторое количество фильтрата, производят не включая секундомера) одновременный замер времени и собранного фильтрата V. Такие замеры производят несколько раз. Затем процесс фильтрования прекращают, выключают вакуум-насос и секундомер и записывают и записывают время и объём фильтрата.

1-бачок для суспензии;2-рамная мешалка; 3-отражательгые перегородки; 4-вакуум –фильтр;5- фильтровальная перегородка; 6-приёмник фильтрата; 7-указатель уровня фильтра;8-вакууметр; 9- вентилятор запорный;10-вакуум-насос.

Рисунок 2 – Схема установки для определения констант процесса фильтрования

Обработка опытных данных

По полученным замерам объёмов V₁, V₂, V₃, ….. V_nи времени определяют разности и и вычисляют отношения , … .Затем строят график, откладывая по оси абсцисс величины измеренных объёмов от V₁,до V_n, а по оси ординат величины этих отношений от , до . Так как отношения является средне величиной для соответствующих интервалов ,то величины этих соотношений следует откладывать по вертикали из серидины однозначных интервалов, либо проводят прямую через середины отрезков , и т.д., как об этом сказано выше.

Для определения константы К находим тангенс угла наклона прямой DE(см.рис. I) как отношение катетов, взятых в соответственных масштабах. Например:

Из выражения находим константу фильтрования К

Константу С находим непосредственно по замерам отрезка по рис. I.

Для получения правильных результатов в системе СИ время и должно быть представлено в секундах, а объёмы фильтрата V и V пересчитаны в удельные объёмы, выраженные в м³, отнесённые к площади фильтрата, выраженной в м², м³/м².

Далее определяют скорости фильтрования в начальный и конечный моменты:

В отчёт о выполненной работе должны быть включены:

а) схема установки;

б) график;

в) условия фильтрования:

концентрация суспензии Т:Ж=

вакуум, Па Р_в =

температура суспензии, ^оСt=

Таблица 1 – Протокол испытаний

№ п/п	Время Замера,с	Объём фильтрата V, м3	Интервалы
			Времени ___,с	Производительность по фильтрату ___ м3/м2.
1
2