Схема експериментальної установки і методика

ВИЗНАЧЕННЯ КОНСТАНТ І ШВИДКОСТІ ПРОЦЕСУ ФІЛЬТРУВАННЯ

Виконав:

ст. гр. АТПм-11

Гаврищук Юрій

Перевірив:

доц. каф. ХТНР

Кіндзера Д.П.

ЛЬВІВ-2013

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ

Фільтруванням називається процес розділення суспензій або пилу за допомогою пористої перегородки, яка затримує тверді частинки. Апарати для проведення цього процесу називаються фільтрами.

Під час фільтрування на пористій перегородці (рис. 1) утворюється шар осаду 2, через який здійснюється рух потоку рідини. При цьому потік одночасно обтікає окремі частинки (зовнішня задача гідродинаміки) і рухається всередині пор і пустот, які утворюють систему хвильових каналів (внутрішня задача). Отже, фільтрування як окремий випадок руху рідини через шар зернистого матеріалу, являє собою змішану задачу гідродинаміки.

Рушійною силою процесу фільтрування є різниця тисків над суспензією і під фільтрувальною перегородкою:

Рушійна сила АР витрачається на подолання гідравлічного опору при русі рідини через шар осаду R₀ і фільтрувальну перегородку R_ф.

Фільтрування суспензій, залежно від розмірів твердої фази і її концентрації в суспензії, може відбуватись по різних механізмах. Якщо розміри частинок суспензії перевищують розміри пор перегородки, то частинки не проникають всередину перегородки, а утворюють на її поверхні шар осаду, висота якого наростає по мірі збільшення об'єму фільтрату. Частинки, які мають розміри, менші від розміру пор, проникають у перегородку і можуть або там затримуватись (фільтрування з закупорюванням пор), або частково виходити з фільтратом (часткове закупорювання). Здебільшого фільтрування намагаються так організовувати, шоб усунути закупорювання пор. Для утримування на фільтрувальній перегородці дрібних частинок використовують спеціальні допоміжні речовини, які попередньо наносять на фільтрувальну перегородку.

Найпростішу модель руху рідини через шар осаду можна отримати, якщо цей шар уявити у вигляді однорідної систем пор однакового діаметра. Тоді взаємозв’язок між рушійною силою ∆Р і швидкістю руху рідини можна зобразити формулою Дарсі:

де ρ - густина рідини, кг/м³; d_c - еквівалентний діаметр шару, м; λ - коефіцієнт опору.

Записавши швидкість рідини як об'єм фільтрату (dV, який проходить через одиницю поверхні фільтра S за одиницю часу

і враховуючи, що режим руху рідини через тонкі пори, які утворені шаром осаду, є ламінарним, при якому коефіцієнт опору обернено пропорційний числу Рейнольдса, рівняння (2) можна привести до вигляду:

в якому ∆Рі - перепад тиску в шарі осаду, Па; R₀ - опір шару осаду.

Аналогічне рівняння можна записати і для фільтрувальної перегородки

де ∆Р2 - перепад тиску у фільтрувальній перегородці.

Перенісши R₀ і R_ф в рівняннях (3) і (4) в ліву частину і підсумовуючи ліві і праві частини рівнянь, отримаємо:

де ∆Р = ∆Р₁ •∆Р2.

Опір шару осаду R₀ виражають через питомий опір r і висоту шару h

Для нестискуваних осадів при постійному перепаді тисків рівняння (5) можна проінтегрувати і отримати залежність між об'ємом фільтрату і часом фільтрування. Цю залежність зручно подати у вигляді рівняння, отриманого Б. Рітсом

де - об’єм фільтрату, отриманий за час τ з 1 м² поверхні фільтра; с - константа

фільтрування, яка характеризує гідравлічний опір перегородки, м³/м²; k - константа

фільтрування, яка враховує режим фільтрування і фізико-хімічні властивості осаду і рідини.

МЕТА РОБОТИ

Експериментальне визначення констант фільтрування К і С для цієї суспензії, встановлення швидкості фільтрування в початковий і кінцевий моменти часу.

СХЕМА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ І МЕТОДИКА

ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Зображена на рис. 2 експериментальна установка складається із ємності 1 з механічною мішалкою, в якій готується суспензія. По трубопроводу суспензія надходить у фільтр 2, де проходить її розділення. Осад залишається на фільтрувальній перегородці, а фільтрат збирається у вимірному циліндрі 3. Фільтрування здійснюється під вакуумом, який створює вакуум-насос 6. Розрідження в системі вимірюється вакуумметром 5. Посуд 4 слугує буферною ємністю.

В ємності 1 готується суспензія, для запобігання осадження твердих частинок включається мішалка. У фільтр 2 встановлюється фільтрувальна перегородка і його приймальний патрубок занурюється в суспензію. Включається вакуум-насос 6, відкривається кран 7 і за допомогою вакуумметра 5 встановлюється в системі розрідження, яке задає викладач. Після встановлення заданого режиму відкривається кран 8 і при попаданні перших краплин фільтрату в вимірний циліндр включається перший секундомір. Після заповнення вимірного циліндра фільтратом на 100мл, перший секундомір виключається і включається другий. Час, показаний першим секундоміром, записується у звітну таблицю.

Записавши аналогічно час заповнення наступних 5-6 порцій фільтрату, виймають фільтрувальний елемент із суспензії і виключають вакуум-фільтр. Розбирають фільтр, заміряють діаметр фільтрувальної перегородки.