Способы создания движущей силы при фильтровании

С точки зрения эксплуатации аппарата желат-но чтобы перегородки работали с образов-ем осадка на поверхн-ти. В этом случае появл. возможность восстановить фильтр-ю поверхн-ть после снятия осадка с неё. Глубинные перегородки регенерации не подверг-ся.

Создание движущей силы пр-са фильтрования

Пусть давление под перегородкой p2 = рaтм p1 = ратм+ р = ризб Способы создания давления 1) = + gh – осн уравнение гидрос-ки –давл-е на свободный пов-ти gh — давление гидростатич. столба жидкости.

= gh, h – высота столба жидкости.

2) , = *g*Н_В

3) Н_В – напор, создав-й вентилятором

4) В пром-ти жидкую неоднор. систему подают с помощью насоса

= *g*Н_Н

H_н – напор развиваемый насосом

— суспензии

Если 3 /с, k — коэффициент проницаемости, м 2 , F — площадь фильтрации пористой среды, м 2 , (P1 — Р2) -разность давлений, созданных на концах испытуемого образца, Па, L — длина испытуемого образца породы, м, µ -абсолютная вязкость жидкости, мПа·с.

На основании закона Дарси определяют коэффициент проницаемости k — существенную величину дляхарактеристики физических свойств нефтеносных пород.

Единицей проницаемости в СИ является квадратный метр. В практических приложениях в качестве единицы часто используется дарси (1 Д ≈ 10 -12 м²).

Основной характеристикой процесса является скорость фильтрования — объем фильтрата, получаемый за единицу времени с единицы поверхности фильтра.

Согласно закону Дарси, основное кинетическое уравнение фильтрования имеет вид:

,

где – перепад давления на фильтровальном слое (движущая сила процесса), Па;

– коэффициент динамической вязкости фильтрата, Па·с;

– гидравлическое сопростивление потоку фильтрата (сопротивление фильтровального слоя), м -1 .

Сопротивление фильтровального слоя складывается из сопротивлений фильтровальной перегородки и слоя осадка на ней.

. (4.31)

, (4.32)

где, и – гидравлическое сопротивление слоя осадка и фильтровальной перегородки, м -1 .

Величину в процессе фильтрования в первом приближении можно принимать постоянной, пренебрегая некоторым возможным ее увеличением вследствие проникания в поры перегородки твердых частиц. Сопротивление слоя осадка с увеличением его количества изменяется от нуля в начале фильтрования до максимального значения в конце процесса.

Если осадок несжимаемый, то

, (4.33)

где – высота слоя осадка, м;

– удельное объемное сопротивление осадка, м -2 . Это сопротивление, оказываемое потоку фильтрата равномерным слоем осадка высотой 1 м.

Выразим высоту осадка через его объем и площадь :

. (4.34)

С течением времени высота слоя осадка увеличивается, т.е. объем полученного осадка пропорционален объему фильтрата :

, откуда объемная доля осадка по отношению к фильтрату равна:

. (4.35)

. (4.36)

Подставим выражения (4.36), (4.33), (4.29) в (4.32) получим:

, (4.37)

Уравнение (4.37) – основное дифференциальное уравнение фильтрования с образованием несжимаемого осадка на несжимаемой перегородке. Величины , и в уравнении (4.37) постоянны и не зависят от . Уравнение (4.37) применимо только к ламинарному течению жидкости в порах осадка. Это допущение основано на том, что при малых размерах пор и скоростях течения числа Рейнольдса невелики.

При интегрировании уравнения (4.37) необходимо принимать во внимание условия (режим) процесса фильтрования.

Дата добавления: 2018-05-02 ; просмотров: 988 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Общие сведения о фильтровании

Глава 4. ФИЛЬТРОВАНИЕ

Влага, содержащаяся в сгущенном осадке, удерживается капиллярными, поверхностными и химическими силами. Наиболее слабо связана капиллярная влага, которая заполняет межзерновое пространство осадка. Гигроскопичность твердых тел связана с влагой, поглощенной порами самих частиц. Гигроскопическая влага может быть удалена так же, как и адсорбированная влага, только при сушке. Капиллярную влагу удаляют при второй стадии обезвоживания посредством фильтрования сгущенных продуктов.

Фильтрование – это процесс или способ разделения твердой и жидкой фаз пульпы посредством пористой перегородки под действием разности давлений ∆Р по обеим сторонам перегородки (рис. 4.1). Жидкая фаза проходит через поры перегородки и собирается в виде фильтрата, а твердая фаза задерживается на перегородке в виде осадка – кека.

Рис. 4.1. Схема процесса фильтрования

В кеке содержится некоторое количество влаги (пленочная и часть капиллярной), а в фильтрате в незначительном количестве –твердые частицы, прошедшие через поры перегородки.

Движущая сила фильтрования – разность давлений по обеим сторонам перегородки. В зависимости от способа создания разности давлений различают несколько способов фильтрования.

1. Фильтрование под гидростатическим давлением столба фильтруемой суспензии. Это наиболее простой способ фильтрования, он реализуется в фильтрующих чанах (песчаные фильтры).

2. Вакуум-фильтрование, когда создается разрежение с внутренней стороны фильтрующей перегородки. С внешней стороны перегородки давление Р₁ – атмосферное, с внутренней стороны пониженное давление Р₂ создается вакуум-насосами (Р₂ Р₂).

Аппараты, в которых фильтрование осуществляется под действием вакуума, называются вакуум-фильтрами, а под действием избыточного давления – фильтр-прессами. Максимальная разность давлений при вакуум-фильтровании не может превысить 0,1 МПа (на практике 0,06–0,08 МПа). При фильтровании под избыточным давлением разность давлений может быть в несколько раз больше (до 1,5–2 МПа), поэтому фильтр-прессы применяют для труднофильтруемых пульп, и в тех случаях, когда экономически выгоднее получить требуемую конечную влажность продукта фильтрованием без заключительной операции – термической сушки. Наибольшее распространение на ОФ получили барабанные, дисковые, ленточные вакуум-фильтры, рамные и камерные фильтр-прессы.

Поскольку при фильтровании используются силы, превышающие силу тяжести, то создается возможность применять этот процесс для обезвоживания пульп, содержащих тонкие частицы твердого. Фильтрованию подвергают тонко- и мелкозернистые продукты, как правило, это сгущенные продукты сгустителей – флотационные, магнитные, гравитационные концентраты, а также продукты гидрометаллургической переработки минерального сырья.

Важнейшее значение для результатов фильтрования имеют физические свойства осадка. Различают два типа осадков – несжимаемые и сжимаемые. Осадки, которые в процессе фильтрования сохраняют жесткость структуры и постоянный размер капилляров в толщине осадка, хорошо обезвоживаются и имеют небольшую конечную влажность. Это так называемые несжимаемые осадки кристаллических веществ. К ним относятся концентраты руд черных и цветных металлов, то есть осадки, имеющие зернистую или кристаллическую структуру.

В отличие от них в сжимаемых осадках при увеличении разности давлений происходит уменьшение сечения капилляров (пористости осадка) за счет деформации, сдвигов и перемещения отдельных частиц относительно друг друга, что сопровождается увеличением сопротивления осадка и уменьшением скорости фильтрования. Это осадки с коллоидной структурой. К ним относятся глинистые суспензии, илистые и гелеобразные осадки, гидроксиды металлов.

Фильтрование – это сложный гидродинамический процесс, скорость которого прямо пропорциональна величине перепада давлений и обратно пропорциональна сопротивлению, испытываемому жидкостью при ее движении через пористую перегородку и слой осадка. Поэтому структура осадка, то есть размер, форма, распределение и взаимосвязь пор в нем, конструкция и состояние перегородки, имеют решающее значение в процессе фильтрования.

Процесс фильтрования осложняется влиянием физико-механи­ческих факторов, проявляющихся на поверхности раздела мелких частиц и жидкой фазы, возникновением электрокинетического потенциала на поверхности фильтроткани, неодинаковой формой и размерами частиц. Таким образом, факторы, оказывающие влияние на процесс фильтрования, можно разделить на две группы:

· макрофакторы – это факторы, которые поддаются точному учету и контролю при помощи соответствующих приборов. Это площадь поверхности фильтрования, разность давлений, толщина слоя осадка, вязкость жидкой фазы пульпы и т.п.;

· микрофакторы – это факторы, которые не поддаются непосредственному контролю и измерению и о их величине судят косвенно по удельному сопротивлению фильтрованию. К ним относятся размер и форма пор осадка и фильтровальной перегородки, электрическое состояние поверхности перегородки и осадка в жидкой фазе, физико-химические характеристики поверхности твердого и т.п.

Рис. 4.2. Образование слоя осадка при фильтровании: 1 – капилляр; 2 – межкапиллярная поверхность; 3 – устье капилляра; 4 – слой осадка

Представление о физической сущности фильтрования основано на допущении, что пористая перегородка и образующийся на ней слой осадка представляют собой систему капилляров, по которым в результате разности давления происходит ламинарное течение жидкости. Частицы твердой фазы, увлекаемые потоком жидкости к фильтровальной перегородке, образуют на ней постепенно увеличивающийся слой осадка. В начальный период процесса при чистой фильтроткани, когда сопротивление перегородки мало и скорость фильтрования максимальна, в фильтрат проходят твердые частицы, размер которых меньше диаметра пор фильтроткани. Но вскоре у входа в капилляры задерживаются крупные частицы, образуя своды над капиллярами, что препятствует прохождению тонких частиц в фильтрат (рис. 4.2). По мере нарастания слоя осадка сопротивление осадка и ткани возрастают, скорость фильтрования при постоянной разности давления снижается и фильтрат становится чище, так как жидкость до подхода к ткани фильтруется через капилляры в толще осадка, который, в свою очередь, становится фильтрующей средой. Процесс, протекающий по такой схеме, называется фильтрованием через слой образующегося осадка.

После образования осадка следует операция его просушки с помощью воздуха, который проходя через слой осадка, вытесняет из пор воду и увлекает ее с собой. Заканчивается процесс отделением осадка от фильтроткани механическим способом при помощи ножей или скребков и с помощью сжатого воздуха, подаваемого с внутренней стороны перегородки.

В некоторых случаях целью фильтрования является получение ценной жидкости, очищенной от частиц твердого. Это имеет место при гидрометаллургической переработке материалов. Например, в гидрометаллургии золота – это золотосодержащие растворы после цианирования. В этом случае для более полного выделения жидкой фазы кек промывают.

Применяемый часто термин фильтрация относится к естественному движению жидкости через пористую среду в природных условиях.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что