- •1. Цель работы
- •2. Содержание работы
- •3. Теоретическая часть
- •3.1. Основные понятия и термины.
- •3.2. Скорость фильтрования и факторы, влияющие на ее величину при образовании слоя несжимаемого осадка на фильтровальной перегородке
- •3.3. Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений
- •3.4. Уравнение фильтрования при постоянной скорости процесса
- •3.5. Определение констант фильтрования, удельного сопротивления осадка и сопротивления фильтровальной перегородки
- •4. Описание лабораторной установки
- •5. Методика проведения эксперимента и обработка результатов
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ НА ЭЛЕМЕНТЕ ВАКУУМ-ФИЛЬТРА
1. Цель работы
Определение констант фильтрования, удельного сопротивления осадка и сопротивления фильтровальной перегородки.
2. Содержание работы
1. Ознакомиться с закономерностями фильтрования с образованием слоя несжимаемого осадка.
2. Изучить методику определения констант фильтрования.
3. Провести опыты по разделению модельных суспензий.
4. Построить по опытным данным график зависимости τ/g=f (g) и определить значения констант фильтрования, удельное сопротивление осадка в сопротивление фильтровальной перегородки.
3. Теоретическая часть
3.1. Основные понятия и термины.
В работе используются следующие понятия я термины:
суспензия, фильтрование, фильтр, фильтровальная перегородка, осадок, фильтрат, схема устройства и принцип работы простейшего фильтра;
способ создания разности давления при фильтровании;
материалы, применяющиеся для изготовления фильтровальных перегородок;
фильтрование с образованием слоя осадка, сжимаемые и несжимаемые осадки, фильтрование с закупориванием пор, промежуточное фильтрование, фильтрование с применением вспомогательных веществ;
скорость фильтрования, фильтрование при постоянной разности давления, при постоянной скорости и при переменных значениях давления и скорости;
удельный объем фильтрата, сопротивление осадка и перегородки, удельное сопротивление осадка, константы фильтрования.
Перед выполнением лабораторной работы необходимо уяснить содержание этих терминов и понятийно учебнику (1, стр. 194—198, 205—206) и дополнительному теоретическому материалу, изложенному в настоящих методических указаниях.
3.2. Скорость фильтрования и факторы, влияющие на ее величину при образовании слоя несжимаемого осадка на фильтровальной перегородке
Важным показателем работы фильтра является скорость фильтрования, определяемая как объем фильтрата, проходящего в единицу времени через единицу поверхности фильтровальной перегородки
(9.1)
где V — объем полученного фильтрата;
τ— время фильтрования ;
F — площадь поверхности фильтровальной перегородки;
— удельный объем фильтрата (объем фильтрата, полученный с единицы поверхности фильтрования).
Скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна вязкости фильтрата и общему сопротивлению фильтрования
(9.2)
где ∆р — разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки;
μ — вязкость фильтрата;
R = Rос + R — общее сопротивление фильтра;
Roc — сопротивление осадка;
Rфп — сопротивление фильтровальной neрегородки.
Сопротивление осадка можно определить как
(9.3)
где r — удельное сопротивление осадка;
h — толщина осадка.
Объем осадка, полученного на фильтровальной перегородке, равен
(9.4)
Отношение полученных объемов влажного осадка и фильтрата обозначим как
(9.5)
На основании выражений (9.4) и (9.5) получаем
(9.6)
и тогда на основании (9.3) сопротивление осадка определится как
(9.7)
Подставив это значение сопротивления осадка в уравнение (9.2), получим следующее выражение для скорости фильтрования
(9.8)
Из полученного выражения следует, что при прочих равных условиях скорость фильтрования тем больше и производительность фильтра тем выше, чем меньше удельный объём полученного фильтрата или пропорциональная этому объему толщина слоя осадка на фильтровальной перегородке. Поэтому для повышения производительности фильтра необходимо стремиться к скорейшему удалению осадка с фильтровальной перегородки. Для фильтров непрерывного действия это равносильно требованию удалять с фильтровальной перегородки слой осадка наименьшей толщины.
Если сопротивление фильтровальной перегородки мало и можно принять, что Rфп ≈0, то на основании уравнения (9.8) получим
(9.9)
Из этого выражения следует, что удельное сопротивление осадка численно равно разности давлений, необходимой для того, чтобы фильтрат, вязкость которого равна единице, протекал со скоростью, равной единице, через слой осадка единичной толщины. Таков физический смысл понятия «удельное сопротивление осадка».
В системе СИ размерность удельного сопротивления осадка равна м-2, тогда размерности общего сопротивления фильтра, сопротивлений осадка и фильтровальной перегородки будут м-'.
Удельное сопротивление осадка является важнейшей и самой сложной физической величиной в теории фильтрования. Действие различных факторов на процесс фильтрования всегда может быть сведено к изменению величины удельного сопротивления осадка под действием этих факторов. Все факторы, влияющие на процесс фильтрования суспензий, в общем случае можно подразделить на гидродинамические и физико-химические. Гидродинамические факторы - это пористость осадка, размер частиц, их удельная поверхность, сферичность и равномерность укладки. Физико-химические факторы — это степень коагуляций и пептизации твердых частиц суспензии; содержание в ней смолистых и коллоидных примесей, закynopивающих поры ocaдка; влияние элёктрокинетического потенциала, возникающего на границе раздела твердой и жидкой фаз и уменьшающего сечение пор; наличие сольватной оболочки на частицах осадка. Вследствие совместного проявления гидродинамических и физико-химических факторов невозможно вычислить аналитически величину удельного сопротивления осадка как функцию всех указанных выше факторов, поэтому величину удельного сопротивления - осадка определяют опытным путем.