Способы создания движущей силы при фильтровании

Назначение, способы ведения процесса фильтрования. Движущая сила процесса фильтрования и способы ее создания.

Проц-м фильтрования наз. проц. разделения жидких и газовых неоднородных сист. с помощью пористых перегородок, которые наз. фильтр-ые перегородки. В последнее время проц-ы фильтр-я дополнены специф-ми проц-ми, кот-е находят применение в пищ. пром-ти (ультрафильтрация, обратный осмос). Т.о. проц-ы фильтр-я составляют сами проц-ы фильтр-я, проц-ы ультраф-и и обратного осмоса. Движущей силой этих проц-в явл. разность давлений до и после фильтров перегор.

В зависимости от способов создания и поддержания движ. силы проц-ы фильтр-я протекают с:

1) Постоянной скор-ю проц.

2) падающей скор-ю проц.

Объяснение этому заключ-ся в кинетич. уравнении проц. фильтр-я

В левой части V- получаемого фильтрата, F- площадь фильтр-ой перегородки ; — длительность проц.

– скорость проц фильтр-я ( )

Скорость пропорциональна R- сопротивлению протекания пр-са, p- движущая сила.

Если p – const, , то ↓. Если

Различают пр-с фил-я по способу задержания распределит-й фазы, на фильтр-е с образов. осадка и фильтр-е с постеп-ым закупор-ем пор.

Первый случай пр-са фил-я осуществляется тогда, когда размер пор в фильтр-ой перегородке меньше диаметра частиц (dп

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*НВ

3) НВ – напор, создав-й вентилятором

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

= *g*НН

Hн – 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

Читайте также:  Как избавиться от давления народным способом
Оцените статью
Разные способы