Elevii, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și activitatea lor vor fi foarte recunoscători.
Diferite moduri de filtrare
Calcul tehnologic al dispozitivelor de filtrare
Calculul energiei dispozitivelor de filtrare
Calcularea filtrului de vid cu tambur
Lista literaturii utilizate
Pentru a separa nisipul de apă, aplicați metoda de filtrare. Amestecul este turnat pe un filtru de hârtie special, care trece ușor particule fine ale soluției, dar în același timp nu lasă particule mult mai mari de nisip. Astfel, nisipul rămâne pe hârtia de filtru, iar soluția limpede din sarea de masă trece prin filtru.
Filtrarea este foarte frecvent utilizată în viața de zi cu zi. De exemplu, atunci când se toarnă ceai de la o fabrică de bere, este de obicei folosit în mod specific pentru blocarea particulelor de bere. În mod similar, filtrați, de exemplu, pulpa de fructe uscate din compot. Există multe exemple similare. Procesul de filtrare este prezentat în Fig. 1.1 Filtrarea poate fi, de asemenea, utilizată pentru a separa amestecurile neomogene constând din solide. De aceea, pentru a separa, de exemplu, sarea de masă din amestecul său cu nisip, amestecul este agitat în apă. Sarea de masă se dizolvă foarte bine, iar nisipul rămâne în partea de jos ca un precipitat.
amestec de suspensie sub vid de filtrare
Filtrarea - procesul de noroaie de curățare (suspensie sau șlam este un amestec de substanțe, în care substanța solidă este distribuit sub formă de particule minuscule în materialul lichid în suspensie) și aerosoli (spray - sistem eterogen, care constă din particule mici solide sau lichide în suspensie într-un mediu de gaz (de obicei aer) din solide. metoda se bazează pe trecerea lichidului sau gazului prin septul filtru, unde sunt reținute solidele.
Filtrarea are loc în agregate speciale - filtre. Împreună cu termenul "filtrare" există și termenul "filtrare". Să considerăm unul dintre tipurile de separare de filtrare în exemplu suspensii (suspensii). Prin filtrarea solidelor tulbureală sunt reținute pe peretele filtrului și formează astfel un strat de turtă umedă, care se spală cu apă, dacă este necesar, și altele. Lichide sau uscate. fracție solidă de suspensii foarte concentrate (vâscoasă) și invers pic concentrate pentru a pătrunde în porii pereților de filtrare, înfundarea lor. Pentru ca porii filtrului etanșate cu dispozitive auxiliare folosite mai lent (diatomit, perlit, azbest, celuloză, etc.) care pot fi adăugate la pasta sau aplicat la septul filtrului. Materialul auxiliar formează un strat protector peste porii, iar filtrul se înfundă mai puțin. fluid Filtrată se deplasează prin stratul de nămol și peretele intermediar de filtrare se întâlnește rezistența la curgere, care trebuie depășite pentru a crea o diferență de presiune (vacuum sub peretele filtrului sau suprapresiunea deasupra). La scăderi constante a ratei de filtrare la presiune diferențială cu creșterea grosimii tort, și, prin urmare, creșterea rezistenței hidraulice. În cazul alimentării suspensiei pe pompa cu piston filtru septum, filtrare are loc la o cădere de presiune de creștere constantă, la o viteză constantă. Dacă suspensia este transportată de către o pompă centrifugă, se schimbă în mod continuu ca o cădere de presiune și viteza de filtrare. Odată cu creșterea temperaturii crește rata de filtrare datorită unei scăderi a viscozității pastei.
Un filtrat este un lichid obținut în timpul procesului de filtrare.
Există 3 tipuri de filtrare:
1. Separarea suspensiilor - procesul de separare a fracțiunilor solide, care sunt reținute pe bara de filtrare, iar lichidul trece astfel și este colectat într-un vas;
2. Îmbogățirea suspensiilor este procesul de creștere a concentrației fazei solide prin îndepărtarea unei părți a lichidului prin peretele de filtrare;
3. Clarificarea lichidelor este procesul de purificare a lichidului dintr-o cantitate mică de fracțiuni solide conținute în ele.
Precipitățile formate în timpul filtrării sunt împărțite în compresibil și incompresibil. Exemple de sedimente incompresibile pot fi particule de nisip, cristale de carbonat de calciu, porozitatea lor în procesul de filtrare nemodificat. Un exemplu de precipitare compresibilă poate servi ca precipitarea hidroxizilor metalici, porozitatea lor fiind redusă prin filtrare. Comprimarea sedimentelor conduce la o creștere a rezistenței hidraulice, astfel încât viteza de filtrare scade. Pentru a crește porozitatea sedimentelor, se adaugă la suspensii reactivi (coagulanți și floculanți), care contribuie la agregarea particulelor mici. Filtrarea este o metodă eficientă de separare a sistemelor eterogene lichide (suspensii, soluții coloidale). Metoda este utilizată pe scară largă în diverse industrii (chimie, hrană, rafinare, minerit etc.), precum și în laboratoare. Metoda de filtrare este, de asemenea, utilizată pentru a purifica mediile gazoase din fracții lichide și solide.
Diferite moduri de filtrare
Atunci când se separă suspensiile, în funcție de proprietățile lor și de tipul peretelui de filtrare, filtrarea poate avea loc cu formarea unui precipitat pe suprafața peretelui de compartimentare sau cu înfundarea porilor acestuia. În plus față de cele două cazuri de filtrare descrise, există un intermediar, în care are loc atât penetrarea sedimentului în capilară, cât și umplerea acestuia și formarea unui strat de sediment.
Filtrarea cu înfundarea porilor (figura 1.2a) are loc atunci când particulele solide penetrează în porii șicanei de filtrare. Acest fenomen este observat deja în perioada inițială a procesului de filtrare, ceea ce reduce performanța filtrului.
Filtrarea precipitatului pentru a forma (ris.1.2b) are loc în cazul în care diametrul particulelor este mai mare decât pereții cu diametrul porilor, rezultând numai prima porțiune a transporta filtrat cu ei o mică parte din faza solidă, care a trecut prin filtru. Ulterior, găurile sunt acoperite cu arcade de particule. Se formează un precipitat, a cărui grosime crește odată cu continuarea procesului de filtrare. Și el începe să joace osnovnuyurol particule ulterioare prizaderzhanii care sunt mai mari decât dimensiunea de sediment capilarelor. Deoarece grosimea tort crește soprotivleniefiltrovaniyu și scade viteza, care se determină perepadomdavleniya înainte și după filtrarea septum, deoarece Doar dacă această condiție este îndeplinită, procesul va fi realizat.
Fig. 1. Tipuri de filtrare:
a) cu pori înfundat b) pentru a forma un precipitat
1 - particule de material solid, 2 - un perete de filtrare,
3 - pori ai partițiilor filtrante
filtrare vedere intermediară are loc în cazul colmatării simultane a porilor peretelui filtrului și asupra sedimentării eepoverhnosti.Takim tip filtrare mod depinde de proprietățile suspensiei, septul de filtrare, filtrare sub presiune. Prin urmare, aceeași suspensie poate fi filtrată în condiții adecvate în mod diferit.
Calcul tehnologic al dispozitivelor de filtrare
Calculul tehnologic include bilanțul material al procesului de filtrare și determinarea cantităților de fluxuri de material, precum și determinarea: 1) raportului dintre volumul de sedimente și filtrat; 2) volumul sedimentului pe 1 m 2 al suprafeței filtrului; 3) timpul de filtrare; 4) viteza de filtrare; 5) suprafața filtrului; 6) debitul apei de spălare și timpul de spălare a nămolului.
Bilanțul material al procesului de filtrare. Balanța materială este compilată pentru a determina performanța filtrului prin precipitare, filtrat sau suspensie.
Ecuațiile de echilibru material au următoarea formă:
1) pentru întregul sistem
2) pentru faza solidă
Fracția de masă a fazei solide în suspensie sau precipitat pentru un raport dat de faze lichide și solide este determinată de formula
O soluție comună a ecuațiilor (1.1) și (1.2) determină cantitatea de turtă umedă și filtrat.
Cantitatea de solide din suspensie:
Cantitatea de fază lichidă din suspensie:
Cantitatea de fază solidă în sediment:
Cantitatea de fază lichidă din sediment:
Datele primite sunt reduse la tabelul balanței materiale.
Pentru calcule ulterioare, este necesar să se determine: 1) capacitatea volumetrică a filtrului în funcție de filtrat
2) Raportul dintre sediment și filtrat
Cantitatea u poate fi de asemenea determinată din formule
Densitatea tortului umed:
Alegerea grosimii stratului de sediment de pe filtru depinde de tipul de aparat, de natura și de rezistența specifică a sedimentului și de metoda de îndepărtare a acestuia. Valorile grosimii minime a stratului de sediment pentru filtrele continue sunt prezentate în Tabelul. 4.2. Pentru dispozitive de acțiune periodică se recomandă următoarele grosimi ale stratului de sediment: 1) filtre de vid natch d = 100 h 250 mm; 2) prese de filtrare d = 30 h 45 mm.
Grosimea minimă a stratului de sediment d (în mm) pentru filtrele continue.
Atunci când se calculează filtrele de vid și discul de tambur, setați frecvența de rotație; grosimea stratului de sediment este valoarea determinată. Tabel. 4.2 servește la controlul calculului (grosimea minimă a stratului de sedimente dictează condițiile de îndepărtare a nămolului - cuțitul, rolele, spălarea etc.).
Dacă F = 1 m 2. atunci volumul de sediment
Filtrarea industrială se desfășoară cel mai adesea la o viteză constantă de filtrare sau la o presiune constantă.
Atunci când Δp = const, ecuația de bază de filtrare, care determină rata de filtrare,
unde Ra / (r u) = C este constanta de filtrare care caracterizeaza rezistenta hidraulica a peretilor de filtrare, m 3 / m 2; 2Δp / (мф ro u) = K - constantă de filtrare, luând în considerare regimul de proces și proprietățile fizico-chimice ale sedimentului și lichidului, m 2 / s.
Când ro / Ru> 103, productivitatea filtratului din filtrat este exprimată prin ecuație
Din această ecuație, cu un grad suficient de acuratețe, este posibil să se determine suprafața de filtrare necesară
sau timpul de filtrare la F = 1 m 2
Pentru filtrele pentru tambur și discuri de vid, timpul de filtrare poate fi determinat din formula
Aici este unghiul de imersiune a tamburului (discului) în suspensie, granule; n - viteza de rotație a tamburului (discurilor), rpm.
Rata de filtrare la sfârșitul procesului este determinată de formula
Dacă constanta de filtrare K este cunoscută, rezistivitatea sedimentului ro poate fi găsită din ecuație
unde m 'reprezintă masa sedimentului umed la 1 kg de substanță uscată conținută în acesta, kg / kg.
În absența datelor experimentale, rezistivitatea precipitatului poate fi determinată din formula empirică
= 0,69 • 10 8 Dp 0,33 (1,26)
Rata de spălare a precipitatului Wn este determinată de relația
Durata perioadei de spălare:
Consumul de apă de spălare:
Unde m este debitul specific de apă pentru spălarea nămolului, kg de apă / kg de sediment.
Calculul energiei dispozitivelor de filtrare
Calculul energiei este efectuat pentru a determina costul energiei electrice pentru a conduce părțile de filtrare ale filtrului (tambur, discuri, bandă etc.), pentru a crea un vid și o presiune.
Să analizăm determinarea puterii tamburului (discurilor) al filtrului de vid. Puterea motorului este folosită pentru depășirea momentelor de rezistență care apar din cauza dezechilibrului stratului de sedimente. Presupunem că dezechilibrul este creat datorită absenței unui precipitat la 0,25 din suprafața de filtrare. atunci
Aici este masa precipitatului dezechilibrat, kg; r este distanța de la centrul de greutate al tamburului sau secțiunii discului neechilibrat, m; b - unghiul sectorului părții dezechilibrate a sedimentului; g - accelerarea caderii libere, m / s 2.
După transformare, formula (4.30) are forma:
1) pentru filtrul de tambur
unde l, D - lungimea și diametrul filtrului, m; d este grosimea stratului de tort umed, m; c este densitatea turtei umede, kg / m3;
2) pentru filtrul de disc
unde i este numărul de discuri.
Momentul de rezistență la oprirea nămolului pentru un filtru de tambur:
Aici, 0,2 x 0,3 este coeficientul de frecare; k = 3 • 10 4 h7 • 10 3 - rezistență la forfecare, Pa; l este lățimea cuțitului, m; D este diametrul tamburului sau discului, m.
Momentul de rezistență la frecare a capătului arborelui filtrant în jurul capului distribuitorului:
unde z este numărul de capete de distribuție; = 0,12 - coeficientul de frecare al capului față de capătul arborelui, Pa; c0 = cF - presiunea de presare a capului la capătul arborelui, Pa; p = 60.000 - presiune specifică, Pa; F = 0,06 - suprafața de frecare a capătului axului (luată din desen), m 2; - raza de frecare a capătului axului (luată din desen), m.
Formula pentru suprascriere:
unde d1 și d2 sunt diametrele exterioare și interioare ale arborelui filtrant (pentru un arbore tubular).
Momentul de rezistență la frecare în lagărele arborelui filtrant:
Aici f3 # 63; 0,1 - coeficientul de frecare în lagărele arborelui; Gbar = 100.000 presiune pe axa lagărelor arborelui de la masa întregului tambur (sau discuri), arbore și nămol; H; dc = 50 h 80 - diametrul arborelui jurnal (luat din desen), m.
Rezumați toate momentele de rezistență:
Puterea motorului pentru tambur:
unde n este viteza de rotație a arborelui filtrant, c -1; c este eficiența transmisiei arborelui.
Calcularea filtrului de vid cu tambur
Calculați și selectați din catalog un filtru de vid cu o suprafață de filtrare externă pentru filtrarea suspensiei de suspensie de azbest în următoarele condiții.
1. Productivitatea filtrului prin pescaj Goc = 2,78 kg / s.
2. Conținutul de umiditate al precipitatului este w = 40% (în greutate).
4. Presiunea diferențială în timpul filtrării și spălării P = 80 kPa.
5. Rezistența specifică a sedimentului r = 5 • 10 10 Pa • s / m 2.
6. Rezistența peretelui de filtrare Rn = 1 • 10 6 Pa • s / m.
7. Coeficientul dinamic al vâscozității filtratului mf = 0,9 • 10-3.
8. Densitatea fazei solide este st = 2500 kg / m 3.
9. Densitatea fazei lichide este cp = 1000 kg / m3.
10. Coeficientul dinamic al vâscozității lichidului de spălare (apă) la o temperatură de 20 о С мпр = 1 • 10 -3 Pa • s.
11. Consumul specific de lichid de spălare m = 3,6 kg / kg de sediment.
12. Unghiul zonei de filtrare este cf = 135 °.
13. Frecvența de rotație a tamburului este n = 0,5 rpm.
Capacitatea filtrului prin suspensie este determinată de formula (1.2):
Capacitatea de filtrare prin filtrat:
Compunem tabelul balanței materiale 1.1.
Balanța materială a procesului de filtrare
Densitatea precipitatului (formula 1.15):
Densitatea suspensiei este determinată de formula ().
Raportul dintre volumul de sedimente și filtrat:
Durata perioadei de filtrare:
Productivitatea pe filtru pe revoluție:
Deoarece r / Rn> 10 3. determinăm suprafața necesară a filtrului prin formula (1.20):
În conformitate cu punctul (1.8), se efectuează instalarea, pe baza condițiilor de producție, a unui filtru cu vid de tip BOU de calitate 20-2.6 cu următoarea caracteristică: suprafața filtrului 20 m 2; diametrul tamburului este de 2,6 m; lungimea tamburului 2,7 m; unghiul de imersare a tamburului în suspensie de 149 °; unghiul zonei de filtrare este cp = 132 °; unghiul zonei de pre-uscare; unghiul zonei de spălare și uscarea finală a precipitatului cpr +; unghiul zonei de suflare înainte de îndepărtarea sedimentului; c0 = 20 °; unghiul zonei de regenerare este p = 20 °; zonele moarte; numărul de celule de tambur 24.
Grosimea stratului de sediment este determinată din relație
unde - volumul precipitatului unui filtru; - suprafața de filtrare; - frecvența de rotație a tamburului.
Rata de filtrare este determinată de formula (1.25):
Rata de spălare a precipitatului este determinată de formula (1.27):
Consumul de apă de spălare:
Lista literaturii utilizate
2. Kasatkin AG Principalele procese și aparate ale tehnologiei chimice: manual. - M. Chemistry, 1977. - 729c.
3. Gelperin N.I. Principalele procese și aparate ale tehnologiei chimice: cărți. 1 și 2. - M. Chemistry, 1981. - 810s.
4. Pavlov KF Romankov PG Noskov A.A. Exemple și sarcini privind cursul proceselor și dispozitivelor tehnologiei chimice: Manualbook - ed. 9, adăugați. și pererab. - L. Chemistry, 1981. - 558p.
Găzduit pe Allbest.ru
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: