Гл. V. Разделение неоднородных систем

За это же время частицы, осаждающиеся со скоростью w_r~ (м/сек), должны пройти наибольший путь h (м). Следовательно, время отстаива­ния определится из уравнения

т = —— (V.186)

^ос

Приравнивая правые части уравнений (V,18a) и (V,186) и подставляя вместо w_a его значение из уравнения (V, 17), получим

h I Ihb

^ос »'п Qocb

откуда производительность отстойника по осветленной жидкости составит

Qocb “ üfQclb ” W_XF (V, i*.j

где F —- поверхность отстойника в плане, м².

Уравнение (V,19) показывает, что производительность отстойника не зависит в явном виде от его высоты, а зависит только от скорости и поверхности осаждения. Поэтому отстойники имеют значительную поверх­ность осаждения при небольшой высоте, которая обычно не превышает

2. 8—4,5 м, а для отстойников очень больших диаметров— не более 7 м.

Необходимую поверхность осаждения (в м^г) находим из выражения

Г = -^5. (V,20)

“Ь

Объемный расход осветленной жидкости Q_OCB при ее плотности р_осв (кг!м³) составляет Q_0CB = G_OCB/p_OC[(, где G_oca — массовый расход осветленной жидкости в кг!сек. Тогда

F = ^Gqcb ■ (V.21)

Росв^ст

Подставляя из уравнения (V,8) значение G_0CB в выражение (V,21), определим поверхность осаждения:

р _ Осм / *ос *см \ (V.22)

Росв^ст \ ^ОС ^ОСВ /

При выводе уравнения (V.22) не учитывалась неравномерность дви­жения жидкости по всей площади отстойника — от точки ввода ее в аппа­рат до переливного устройства. В связи с этим допускалось, что в аппарате отсутствуют застойные зоны и не происходит вихреобразования жидкости, вызванного неравномерностью осаждения частиц. Как показывает опыт, эти явления уменьшают скорость отстаивания в промышленных отстой­никах. Кроме того, по мере движения разделяемой системы через зоны отстаивания (см. стр. 179) содержание взвешенной фазы в ней постепенно увеличивается и, следовательно, скорость отстаивания постепенно умень­шается. Учесть количественно влияние указанных факторов на скорость отстаивания пока не представляется возможным. Поэтому в инженерных расчетах поверхность отстойника, определенную по уравнению (V,22), обычно увеличивают, согласно экспериментальным данным, ориенти­ровочно на 30—35%.

При расчете многоярусных отстойников общую расчетную поверхность осаждения делят поровну между ярусами.

Б. ФИЛЬТРОВАНИЕ

2. Общие сведения

Фильтрованием называют процесс разделения суспензий с использованием пористых перегородок, которые задерживают твердую фазу суспензии и пропускают ее жидкую фазу.

187

Разделение суспензии, состоящей из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц, производят при помощи фильтра (рис. У-9), который в простейшем виде является сосудом, разделенным на две части филь- тровальной перегородкой. Суспензию помещают в одну часть этого сосуда так, чтобы она соприкасалась с фильтровальной пере- городкой. В разделенных частях сосуда создают разность давле- ний, под действием которой жидкость проходит через поры фильтро- вальной перегородки, причем твердые частицы задерживаются на ее поверхности. Таким образом суспензия разделяется на чистый филь- трат и влажный осадок. Этот процесс разделения суспензии назы- вают фильтрованием с образованием осадка. Иногда

твердые частицы проникают в поры фильтро- вальной перегородки и задерживаются там, не образуя осадка. Такой процесс называют фильтрованием с рцупприия- н и'Тм п о р. Возможен также промежу- точный вид фильтрования, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и образуют на ней слой осадка.

Возникновение указанных видов фильтрования свя- здно со сложной взаимозависимостью между свойствами суспензии и фильтровальной перегородки.

. Твердые частицы, увлекаемые потоком жидкости к фильтровальной перегородке, попадают в различные условия. Твердая частица задерживается на поверхности фильтровальной перегородки, если размер пор на этой поверхности меньше размера частицы. Прн условии, что размер твердой частицы меньше размера поры в самом узком ее сечении, частица может пройти через фильтро- вальную перегородку вместе с фильтратом.

Однако она может задержаться внутри фильтро- вальной перегородки в результате адсорбции на стенках поры или механического торможения иа том ее участке, который имеет неправильную форму. Такая застрявшая

частица будет уменьшать эффективное сечение поры, и вероятность задерживания в ней последующих твердых частиц увеличивается. Возможен также случай, когда отдельная твердая частица полностью закупоривает пору и делает ее непроходимой для других частиц. Наконец, небольшая по сравнению с порами твердая частица может, несмотря на это, не войти в пору и остаться на поверхности фильтровальной перегородки. Это про- исходит, если над входом в пору на поверхности перегородки образуется сводик из не- скольких относительно небольших твердых частиц, который пропускает жидкость и за- держивает другие твердые частицы. Образование сводика происходит лишь при доста- точно высокой концентрации твердых частиц в суспензии.

Разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки соз­дают разными способами, в результате чего осуществляют различные процессы фильтрования.

Если пространство над суспензией сообщают с источником сжатого газа (обычно воздуха) или пространство под фильтровальной перегород­кой присоединяет к источнику вакуума, то происходит процесс фильтрования при постоянной разности давле­ний, поскольку давление в ресиверах поддерживается постоянным. При этом скорость процесса уменьшается в связи с увеличением сопротив­ления слоя осадка возрастающей толщины. Аналогичный процесс филь­трования, встречающийся в производственных условиях относительно редко, происходит под действием разности давлений, обусловленной гидростатическим давлением слоя суспензии постоянной высоты, нахо­дящейся над фильтровальной перегородкой.

Если суспензию подают на фильтр поршневым насосом, производи­тельность которого при данном числе оборотов электродвигателя постоянна, то осуществляется процесс фильтрования при посто­янной скорости; при этом разность давлений увеличивается

Рис. У-9. Схема процесса фильтрования:

1 -- фильтр; 2 — фильтроваль­ная перегородка; 3 — суспен­зия; 4 — фильтрат; 5 — осадок.*

Гл. V. Разделение неоднородных' систем

вследствие уже упоминавшегося увеличения сопротивления слоя осадка возрастающей толщины.

Если суспензию транспортируют на фильтр центробежным насосом, производительность которого при данном числе оборотов электродвигателя уменьшав' при возрастании сопротивления осадка, что обусловливает повышена разности давлений, то производится процесс филь­трования при переменных разности давлений и скорости.

В производстве фильтрование обычно проводят при следующих раз­ностях давлений:

Под вакуумом 5-10*—9-10⁴ н/м² (0,5-10⁴—0,9-10⁴ кгс/м²)

Под давлением сжатого воздуха Не более 30-10⁴ н/м² (3 • 10⁴ кгс/м?)

При подаче поршневым или цен­тробежным насосом .... До 50 -10⁴ н/м² (5 -10⁴ кгс/м²) и более Под гидростатическим давле­нием слоя суспепзии . До 5-10⁴ н/м² (0,5-10⁴ кгс/м²)

Наиболее желательно фильтрование с образованием осадка, когда закупоривания пор фильтровальной перегородки твердыми частицами с соответствующим увеличением ее сопротивления почти не происходит. Такой вид фильтрования наблюдается при достаточно высокой концентра­ции твердой фазы в суспензии, причем эту концентрацию условно можно принять более 1 объемн. %. При указанной концентрации над входами в поры фильтровальной перегородки быстро образуются сводики из твердых частиц, пропускающие жидкую фазу суспензии, но задержива­ющие другие твердые частицы.

Для предотвращения закупоривания пор фильтровальной перегородки при разделении суспензии с относительно небольшой концентрацией твердой фазы, например в пределах 0,1—1 объемн. %, такую суспензию перед разделением на фильтре целесообразно сгустить в отстойниках.

Повышение концентрации твердой фазы осуществляют в ряде случаев также в фильтрах-сгустителях, из которых твердая фаза удаляется не в виде влажного осадка, а в виде сгущенной суспензии.

Наименее желательно фильтрование с закупориванием пор фильтро­вальной перегородки, так как регенерация ее в данном случае сильно осложняется, а иногда становится невозможной вследствие трудности извлечения твердых частиц из пор. Такой вид фильтрования называют также осветлением, причем ориентировочно можно принять, что оно происходит при концентрации твердых частиц в суспензии менее 0,1 объемн. %.

При разделении суспензий с небольшой концентрацией тонкодисперс­ной твердой фазы часто применяют фильтровальные вспомо­гательные вещества, препятствующие прониканию твер­дых частиц в поры фильтровальной перегородки. В качестве вспомога­тельных веществ, представляющих собой тонкодисперсные или тонко­волокнистые материалы, используют диатомит, перлит, асбест, целлюлозу, активированный уголь, древесную муку.

Для получения вспомогательного вещества природные диатомит и перлит подвергаются особой обработке, в частности нагреванию, измель­чению и классификации.

Вспомогательные вещества наносят предварительно на фильтроваль­ную перегородку в виде слоя толщиной не более 50 мм или в количестве около 1 % от массы суспензии добавляют к ней перед разделением на фильтре.

Слой вспомогательного вещества наносят на фильтровальную пере­городку в результате разделения на фильтре суспензии этого вещества В жидкости, например воде или заранее полученном фильтрате. Если слой вспомогательного вещества толщиной 50 мм нанесен на фильтровальную