Фильтрование системы «жидкость - твердое».
Методы фильтрования:
1) С образованием слоя осадка. В этом случае размер частиц осадка больше пор фильтрующей перегородки; в этом случае крупные частицы создают первичный слой, через который не могут пройти более мелкие частицы.
2) С закупориванием пор. Размер частиц осадка сопоставим с размером пор в фильтровальной перегородке.
Режимы фильтрования:
1) При постоянной движущей силе (ΔΡ = const). В этом случае скорость фильтрования постоянно уменьшается в связи с постоянным увеличением толщины слоя осадка, растет сопротивление.
2) При постоянной скорости фильтрования. Для подачи суспензии используется поршневой насос; движущая сила будет расти, так как необходимо преодолеть возрастающее сопротивление слоя осадка.
Факторы, влияющие на процесс фильтрования:
1) Диаметр твердых частиц. Очень важно чтобы размер твердых частиц был по возможности крупным и монодисперсным.
2) Степень порозности осадка - ε. Влияет не только на скорость фильтрования, но и на влажность. Влажность должна быть минимальной, чтобы исключить потери фильтрата с осадком.
3) Вязкость фильтрата – μ. Скорость фильтрования обратно пропорциональна вязкости фильтрата, поэтому исходную суспензию подогревают перед фильтрацией.
4) Высота слоя осадка - hос. Скорость фильтрации обратно пропорциональна высоте слоя осадка, поэтому в непрерывных процессах фильтрации пытаются убирать осадок.
Характеристика процесса фильтрации:
1) Удельная производительность – q. Объем фильтрата получаемый с единицы поверхности фильтрования [ ].
2) Удельный объем осадка – U,объем осадка отнесенный к объему фильтрата
[ ].
;
3) Сопротивление фильтровальной перегородке - это падение давления по всей толщине фильтровальной перегородки при прохождении через неё фильтрата вязкостью 1 Па·с, со скоростью 1м/c. .
4) Удельное сопротивление осадка это падение давления в слое осадка высотой 1 м при прохождении через него фильтрата вязкостью 1 Па·с, со скоростью 1м/c. .
5) Общее сопротивление осадка = ;
6) Скорость фильтрования – объем фильтрата перешедший через единицу поверхности фильтрата в единицу времени.
= ;
Опытным путем установлено, что скорость фильтрации прямо пропорционально перепаду давления и обратно пропорционально вязкости фильтрата и общему сопротивлению перегородки и слоя осадка.
= = = ; наиболее сложным в определении величины является удельное сопротивление осадка- .
Определяется следующими способами:
1) Аналитический (см. сопротивление зернистого слоя)
= ·
Для ламинарного режима:
= ;
Вследствие трудности в практическом определении факторов формы эквивалентного диаметра и других величин уравнение может быть использовано ограниченно.
2) Графическое определение
Разделим переменные и интегрируем:
=
+ І:
· = → ; С, К- константы фильтрования.
С- учитывает физические свойства осадка и фильтрующей перегородки,
К- учитывает режим фильтрования и свойства осадка.
Продифференцируем последнее уравнение:
2·q·dq+2·C·dq=K·d представим данное уравнение в следующем виде, с учетом приращений:
·q+
7) Время фильтрования - общее время фильтрования складывается из времени пошедшего на процесс фильтрования и времени промывки осадка:
;
Время фильтрации и время промывки может быть рассчитано по формулам, в зависимости от способа фильтрования:
1) При постоянной движущей силе:
·q= , из данной формулы выразим .
+
Время фильтрования при :
При постоянной скорости фильтрации:
, из данного уравнения выразим время:
Предпочтительнее фильтрование при постоянной движущей силе процесса, поскольку в этом случае время фильтрования сокращается в два раза.
Время промывки:
=
Расчет фильтра:
Целью расчетов фильтров установки является определение поверхности фильтрации. Поверхность фильтрации может быть найдена из следующего соотношения:
[ ] Объем фильтрата проходящий в единицу времени через поверхность F.
; Расчетная формула для расчета фильтрования.
Объем фильтрата полученный из формулы материального баланса:
= = ;
;
Q рассчитывается из величины заданного осадка:
→ → → ;
=(0,3-0,4)Т
Классификация фильтров:
1) По организационно-техническому принципу:
-фильтры периодического действия (для периодических процессов)
-фильтры непрерывного действия, более выгодны.
Фильтры периодического действия: нутч-фильтр, работающий под вакуумом; друк-нутч фильтр, работающий под давлением; листовые, патронные и фильтр-пресс.
Фильтры непрерывного действия: барабанный вакуум-фильтр, карусельный вакуум-фильтр, ленточный вакуум-фильтр и дисковый вакуум-фильтр.
Конструкции фильтров:
Нутч-сетка. За счет разности давлений происходит движение через фильтрующую перегородку.
Друк-нутч сетка (работает под давлением).
|
Нутч-сетка, и друк-нутч сетка работают в периодическом режиме, разгрузка производится вручную.
Барабанный вакуум-фильтр, работает в непрерывном режиме.
1-Барабан; 2-нутчи; 3-пождвижная шайба; 4-корыто с суспензией; 5-маятниковая мешалка; 6-неподвижная шайба.
Барабан сверху обтянут сеткой и фильтровальной тканью.
Технологическая схема – последовательное описание и изображение цепочки аппаратов, в которых происходит данный процесс. Схема универсальна для всех фильтрующих аппаратов, работающих в непрерывном режиме.
Разделение системы «газ – твердое» с помощью фильтрации. С помощью фильтрации можно разделить (очистить от пыли) систему «газ - твердое». Принцип следующий: запыленный газ пропускают через фильтрующую перегородку.
Рукавный фильтр:
Фильтр работает в периодическом режиме.
Принцип работы: Загрязненный газ подается под решетку, в которой установлены втулки для натягивания рукавов, газ идет в рукав. Газ идет под давлением и проходит через фильтрующую ткань. Очищенный газ отводится через отводной патрубок. Пыль осаждается внутри рукавов, и периодически, с помощью встряхивающего механизма, под действием тяжести, опадает вниз и разгружается из приемного патрубка. Обратная продувка необходима для очистки фильтра ткани. Недостаток: нельзя использовать при температуре запыленного газа более 400°C.
Патронный фильтр. Газ пропускают через пористую керамику.
Центрифугирование.
Центрифугирование- разделение системы «жидкость - твердое» под действием центробежной силы образующейся в результате вращения барабана с большой окружной скоростью. Различают центробежное фильтрование и центробежное отстаивание.
Центробежное фильтрование представляет собой процесс разделения суспензии в центрифугах с дырчатым барабаном.
Твердый осадок убирают вручную.
Центробежное фильтрование складывается из трех последующих процессов:
1) Фильтрование с образованием осадка на внутренней поверхности барабана.
2) Уплотнение осадка
3) Удаление из осадка оставшейся жидкости.
Центробежное отстаивание-это процесс разделения неоднородных сред в центрифугах имеющих барабаны со сплошными стенками.
Процесс разделения в отстойной центрифуге включает в себя два физических процесса:
1. Осаждение твердой фазы на стенках барабана под действием центробежной силы
2. Уплотнение осадка.
Для отстойных центрифуг конечная влажность осадка составляет от 7% до 20%.Для фильтрующих от 2% до 4%. Фильтрующие - более предпочтительны.
Параметры центрифугирования:
1)Фактор разделения Кр это отношение центробежной силы к силе тяжести.
Показывает, во сколько раз центробежная сила больше силы тяжести
=
2)Индекс производительности это сумма произведений факторов разделения на поверхность (F) осаждения отстойника или фильтра, в котором для данной суспензии достигается та же производительность, что и в центрифуге.
F Ламинарный режим
Переходный режим
Автомодельный режим
3)Производительность центрифуг- расчет ведут по фугату [ ]
Для осадительных центрифуг 𝑎 равна скорости осаждения частиц суспензии под действием силы тяжести, для фильтрующих центрифуг величина 𝑎 называется постоянной фильтрования которая зависит от свойств осадка и определяется опытным путем.
4)КПД центрифуги - это отношение мощности фактически затраченной к мощности, которая рассчитывается теоретически
Классификация центрифуг:
1.По способу организации процесса:
-периодические;
-непрерывные;
2.По расположению вала (конструктивные признаки)
-вертикальные;
-горизонтальные;
-наклонные;
3.По способу выгрузки осадка
-ручные;
-автоматические (гравитационные, с выгрузкой ножами, центробежной выгрузкой, шнековая выгрузка осадка).
4. По фактору разделения
- нормальные центрифуги, число оборотов меньше 3500;
- суперцентрифуги – сепаратор, число оборотов более 3500.
Конструкция ОГШ (Отстойная Горизонтальная Шнековая)
Шнековый ротор (1)вставлен в конический ротор(2), который вращается в ту же сторону, но со скоростью на 2-3% больше чем шнекового.
Принцип работы: Суспензия подается в шнековый ротор и за счет центробежной силы суспензия выдавливается и поступает в конический ротор. Твердое скапливается на стенках конического ротора и за счет шнека движется наружу и к окошку.
Достоинства:
1.Высокая производительность
2.Пригодность для разделения суспензий с высоким содержанием твердой фракции мелкого размера.
Недостатки:
1.Высокий расход энергии на перемещение осадка.
2. Значительное измельчение осадка в ходе транспортировки шнеком.
3.Загрезнение фугата мелкой фракцией твердых частиц.
Общей особенностью центрифуг является очень сложная конструктивная настройка центрифуги.
Сепараторы.
Сепаратор может быть использован для разделения систем «жидкость-твердое»; так и для разделения эмульсии; число оборотов в сепараторе значительно больше центробежной силы
Принцип работы:
На валу расположены отверстия. Суспензия и эмульсия подаются в центральную часть ; подается по полому валу(1) и разбрызгивается по тарелкам (2), вследствие центробежной силы более тяжелые частицы, более легкие частицы к стенкам. Более тяжелое по стенкам поднимается вверх и отводится через другие каналы.
Дата добавления: 2017-09-01; просмотров: 2109;