Pазделение под действием сил разности давления. Уравнение процесса фильтрования и экспериментальное определение его констант.

ФИЛЬТРОВАНИЕ Выделение дисперсной фазы из гетерогенной системы за счет пропускания ее через пористую фильтрующую перегородку. Фильтрование используют для разделения суспензий на твердую (осадок) и жидкую (фильтрат) фазы.

Виды фильтрования Фильтрование с образованием осадка Фильтрование с закупориванием пор; Промежуточный вид

ФИЛЬТРОВАНИЕ 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).

Характеристики процесса Движущая сила процесса; Скорость процесса; Производительность фильтра; Константы процесса фильтрования

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

Тип осадка Фильтрование со сжимаемым и несжимаемым осадком: Несжимаемые осадки –пористость которых не меняется при увеличении давлений (мел, песок); Сжимаемые осадки – пористость уменьшается, гидравлическое сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением давления (гидраты окисей металлов)

Фильтровальные (фильтрующие) перегородки Размер пор: Больше размер пор – меньше гидравлическое сопротивление; Хорошая задерживающая способность

Фильтрующие перегородки По принципу действия По материалу По структуре Поверхностные и глубинные Керамика, стекло… Гибкие, негибкие жесткие, негибкие нежесткие

Скорость фильтрования Интенсивность фильтрования и производительность фильтров характеризуются скоростью фильтрования – количество фильтрата, проходящего в единицу времени через единицу поверхности фильтра:

Скорость фильтрования скорость фильтрования суспензии прямо пропорциональна разности давления по обе стороны фильтрующей перегородки (ΔP) и обратно пропорциональна сопротивлению процесса фильтрования:

Основное уравнение процесса фильтрования

Пояснения к уравнению где: V – объем фильтрата (осветленной жидкости), м3; F - площадь фильтра, м2; μ - динамический коэффициент вязкости фильтрата, Па·с; R ф - сопротивление процесса фильтрования, м-1.

Сопротивление процесса фильтрования При расчете сопротивления процесса учитывают сопротивление фильтрующей перегородки и сопротивление слоя осадка, образующегося на перегородке,: R ф =R фп + R ос, ; или R ф =R фп + r ос · h ос, ;

Пояснения к уравнению где: R фп - сопротивление фильтрующей перегородки, ; R ос - сопротивление слоя осадка, r ос – удельное объемное сопротивление осадка, ; h ос – высота слоя осадка, м.

Физический смысл Сопротивление фильтрующей перегородки равно перепаду давления, который необходимо создать для фильтрования жидкости вязкостью 1Па·с со скоростью 1м/с через перегородку. Удельное объемное сопротивление осадка равно перепаду давления, который необходимо создать для того, чтобы через слой осадка высотой 1м проходил фильтрат вязкостью 1Па·с со скоростью 1м/с.

Влияние ΔP на характер процесса если ΔP= const, то накопление осадка на фильтре уменьшает скорость фильтрования (процесс нестационарный); если с увеличением толщины слоя осадка h ос увеличивается ΔP, скорость фильтрования остается постоянной (процесс стационарный). В промышленности наиболее распространены процессы нестационарного фильтрования.

Вывод уравнения Объем образующегося осадка зависит от площади фильтра: Vос = hос F, м3. Обозначив через хо объем влажного осадка, образующегося на фильтре, при прохождении 1 м3 фильтрата: хо= Vос /V,м3 /м3; можно вывести зависимость толщины слоя осадка от объема фильтрата и площади фильтра: hос = хо·V /F, м; подставив в уравнение hос получим

ВЫВОД УРАВНЕНИЯ В полученном уравнении введем понятие удельная производительность фильтра q=V/F

Уравнение для определения постоянных процесса Постоянные процесса фильтрования можно определить графически:

Графическое определение постоянных уравнения Обозначив:

Общий вид уравнения Уравнение для нестационарного процесса фильтрования :

Коэффициенты уравнения Коэффициенты N и M уравнения процесса фильтрования определяют экспериментальным путем. Уравнение для нестационарного процесса фильтрования – это уравнение прямой линии, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен -M, а отрезок, отсекаемый линией на оси ординат, - N.

График зависимости τ/q=f(q) τ/q, с·м2/ м3 * * M * N q, м3/м2