Разделение под действием сил разности давления


The Presentation inside:

Slide 0

Сергей Чекрыжов 1 Разделение под действием сил разности давления


Slide 1

Сергей Чекрыжов 2 Фильтрование под действием сил разности давления Уравнение процесса фильтрования и экспериментальное определение его констант.


Slide 2

Сергей Чекрыжов 3 ФИЛЬТРОВАНИЕ Фильтр (франц. filtre, от позднелат. filtrum, буквально – войлок), аппарат, в котором с помощью фильтровальной перегородки осуществляется разделение, сгущение или осветление неоднородных систем, содержащих твёрдую и жидкую (газообразную) фазы.


Slide 3

Сергей Чекрыжов 4 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.


Slide 4

Сергей Чекрыжов 5 Виды фильтрования Фильтрование с образованием осадка Фильтрование с закупориванием пор; Промежуточный вид


Slide 5

Сергей Чекрыжов 6 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).


Slide 6

Сергей Чекрыжов 7 Характеристики процесса Движущая сила процесса; Скорость процесса; Производительность фильтра; Константы процесса фильтрования


Slide 7

Сергей Чекрыжов 8 Производительность фильтра Производительность фильтра зависит от режима фильтрования (давление, температура), вида фильтрующей перегородки и физико-химических свойств суспензии и осадка.


Slide 8

Сергей Чекрыжов 9 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)


Slide 9

Сергей Чекрыжов 10 Фильтрующие перегородки По принципу действия По материалу По структуре Поверхностные и глубинные Керамика, стекло… Гибкие, негибкие жесткие, негибкие нежесткие


Slide 10

Сергей Чекрыжов 11 Скорость фильтрования Интенсивность фильтрования и производительность фильтров характеризуются скоростью фильтрования – количество фильтрата, проходящего в единицу времени через единицу поверхности фильтра:


Slide 11

Сергей Чекрыжов 12 Скорость фильтрования скорость фильтрования суспензии прямо пропорциональна разности давления по обе стороны фильтрующей перегородки (?P) и обратно пропорциональна сопротивлению процесса фильтрования:


Slide 12

Сергей Чекрыжов 13 Основное уравнение процесса фильтрования


Slide 13

Сергей Чекрыжов 14 Пояснения к уравнению где: V – объем фильтрата (осветленной жидкости), м3; F - площадь фильтра, м2; ? - динамический коэффициент вязкости фильтрата, Па·с; Rф- сопротивление процесса фильтрования, м-1.


Slide 14

Сергей Чекрыжов 15 Сопротивление процесса фильтрования При расчете сопротивления процесса учитывают сопротивление фильтрующей перегородки и сопротивление слоя осадка, образующегося на перегородке,: Rф =Rфп + Rос , ; или Rф =Rфп + rос · hос , ;


Slide 15

Сергей Чекрыжов 16 Пояснения к уравнению где: Rфп - сопротивление фильтрующей перегородки, ; Rос - сопротивление слоя осадка, rос – удельное объемное сопротивление осадка, ; hос – высота слоя осадка, м.


Slide 16

Сергей Чекрыжов 17 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.


Slide 17

Сергей Чекрыжов 18 Влияние ?P на характер процесса если ?P= const, то накопление осадка на фильтре уменьшает скорость фильтрования (процесс нестационарный); если с увеличением толщины слоя осадка hос увеличивается ?P , скорость фильтрования остается постоянной (процесс стационарный). В промышленности наиболее распространены процессы нестационарного фильтрования.


Slide 18

Сергей Чекрыжов 19 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


Slide 19

Сергей Чекрыжов 20 ВЫВОД УРАВНЕНИЯ В полученном уравнении введем понятие удельная производительность фильтра q=V/F


Slide 20

Сергей Чекрыжов 21 Уравнение для определения постоянных процесса Постоянные процесса фильтрования можно определить графически:


Slide 21

Сергей Чекрыжов 22 Графическое определение постоянных уравнения Обозначив:


Slide 22

Сергей Чекрыжов 23 Общий вид уравнения Уравнение для нестационарного процесса фильтрования :


Slide 23

Сергей Чекрыжов 24 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.


Slide 24

Сергей Чекрыжов 25 График зависимости ?/q=f(q) ?/q, с·м2/ м3 * * M * * * N q, м3/м2


Slide 25

Сергей Чекрыжов 26 Определения Фильтровальные перегородки,материалы (естественные или искусственные) или изделия, имеющие пористую структуру (проницаемую для жидкости и газа) и применяемые для фильтрования. Фильтровальные перегородки,материалы должны обладать следующими свойствами: 1) соответствующей пористостью (размеры пор должны быть такими, чтобы частицы осадка задерживались на перегородке), 2) химической стойкостью к действию фильтруемой среды, 3) достаточной механической прочностью, 4) теплостойкостью при температуре фильтрования.


Slide 26

Сергей Чекрыжов 27 Фильтровальные перегородки Различают гибкие и негибкие Ф. п. К гибким фильтровальным перегородкам относятся металлические перегородки в виде перфорированных листов и сеток из стали, меди, алюминия, никеля, серебра и др. материалов. Такие фильтры особенно удобны при работе с химически агрессивными жидкостями, в условиях повышенных температур и больших механических напряжений. К гибким Ф. п. относятся также неметаллические перегородки в виде тканей ( Ткань техническая) или слоев несвязанных волокон (нетканые).


Slide 27

Сергей Чекрыжов 28 Фильтровальные перегородки Неметаллические Ф. п. бывают асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, поливинил-хлоридные, лавсановые и т.п. Негибкие Ф. п. могут быть жёсткие (в виде дисков, плит, патронов и листов), которые изготовляются прессованием в формах с последующим спеканием из керамических, металлических, стеклянных и синтетических порошков, и нежёсткие, состоящие из соприкасающихся (но не связанных жестко) частиц каменного, древесного и животного углей, кокса, диатомита, песка, глины и т.п. материалов.


Slide 28

Сергей Чекрыжов 29 Схема процесса фильтрования При фильтровании суспензия разделяется с помощью пористой перегородки на жидкую фазу в виде фильтрата и твердую фазу в виде осадка . Движущей силой процесса является разность давлений по обе стороны фильтрующей среды, которая состоит из фильтрующей перегородки и слоя образующегося на ней осадка.


Slide 29

Сергей Чекрыжов 30 Cкорость фильтрования Основной характеристикой процесса является скорость фильтрования - объем фильтрата, получаемый за единицу времени с единицы поверхности фильтра. Скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений ?Р , обратно пропорциональна вязкости фильтрата ? и сопротивлению фильтрующей среды, т.е. сумме сопротивлений слоя осадка Ro и фильтрующей перегородки Rp . В большинстве случаев Ro существенно больше Rp. Толщина осадка h , а следовательно и его сопротивление в процессе фильтрования увеличивается, в том числе и за счет его сжатия под действием ?P и закупорки каналов мелкими частицами. Сопротивление перегородки также изменяется вследствие забивки ее пор и сжатия.


Slide 30

Сергей Чекрыжов 31 Основное уравнение фильтрования записывается в дифференциальной форме: Здесь V - объем фильтрата, F - поверхность фильтрования, ? - продолжительность фильтрования. На величину сопротивления осадка и перегородки кроме гидродинамических факторов, т.е. размеров и формы пор перегородки, формы, размеров и удельной поверхности частиц осадка, оказывают влияние и физико-химические факторы: степень коагуляции частиц осадка, наличие на них сольватной оболочки, содержание в суспензии смолистых и коллоидных примесей, набухание материала перегородки, изменение поверхностного натяжения жидкости в порах осадка и перегородки, образование у стенок пор неподвижного слоя жидкости, электростатические поля, возникающие на границе раздела фаз при наличии ионов в суспензии. Влияние этих факторов увеличивается с уменьшением размеров частиц осадка и пор перегородки.


Slide 31

Сергей Чекрыжов 32 Жидкостные фильтры по принципу действия подразделяются на две основные группы: периодические и фильтры непрерывного действия. Фильтры различаются по способу создания в них разности давлений (работающие под вакуумом или под избыточным давлением), по геометрии фильтрующей поверхности (плоская или криволинейная), В фильтрах периодического действия на всей поверхности фильтрующей поверхности поочерёдно осуществляются поступление суспензии и образование осадка (фильтрование), обезвоживание, промывка и удаление осадка, регенерация. В фильтрах непрерывного действия указанные операции проходят непрерывно, единовременно и независимо одна от другой в каждой соответствующей зоне фильтра.


Slide 32

Сергей Чекрыжов 33 Фильтры периодического действия К фильтрам периодического действия относятся ёмкостные , листовые , фильтр-прессы, патронные .


Slide 33

Сергей Чекрыжов 34 Ёмкостный фильтр Ёмкостный фильтр применяют для разделения небольших количеств суспензий. Он может работать под вакуумом (путч-фильтр) и под избыточным давлением (друк-фильтр). Корпус ёмкостного фильтра бывает открытым или закрытым. Фильтровальная поверхность располагается на перфорированном днище. В верхнюю часть корпуса подаётся разделяемая суспензия. Из нижней части отводится фильтрат. В фильтрах с механизированной выгрузкой осадок удаляется через откидное днище. В фильтрах с открытым корпусом – опрокидыванием или вручную.


Slide 34

Сергей Чекрыжов 35 Ёмкостный фильтр Суспензия Корпус фильтра Опорная решетка Решотка Выходной патрубок Песчаный фильтр


Slide 35

Сергей Чекрыжов 36 Листовой фильтр. Используют для осветления растворов и разделения суспензий, содержащих не более 5% (по объёму) твёрдой фазы. Фильтрующие элементы круглой или прямоугольной формы, обтянутые (обычно тканью), соединены с коллектором для отвода фильтрата. Суспензия подаётся в корпус фильтра. Слой осадка промывается (после удаления из корпуса остатка суспензии).


Slide 36

Сергей Чекрыжов 37 Листовой фильтр.


Slide 37

Сергей Чекрыжов 38 Фильтр-прессы Фильтр-прессы применяют в основном для разделения тонкодисперсных суспензий. К ним относятся рамные и камерные фильтр-прессы и камерный автоматический фильтр-пресс (ФПАКМ). Рамный фильтр-пресс представляет собой блок чередующихся вертикальных плит и рам, прижатых друг к другу ручным, гидравлическим или электромеханическим зажимом. Рамы образуют в собранном аппарате свободные плоские камеры (карманы) для приёма суспензии. Плиты с рифлёными боковыми поверхностями служат дренирующим основанием для фильтр-прессов.


Slide 38

Сергей Чекрыжов 39 Фильтр-прессы Под действием избыточного давления фильтрат проходит через фильтр-пресс, затем стекает по желобкам рифлёных плит и через отводные каналы поступает в сборник. Твёрдые частицы образуют в камерах слой осадка, который удаляется при раздвигании плит. Действие камерного фильтр-пресса подобно работе рамного фильтр-пресса, но он рассчитан на более высокое избыточное давление. Камерный автоматический фильтр-пресс состоит из расположенных горизонтально на некотором расстоянии одна от другой фильтрующих плит, которые в свою очередь находятся между двумя поддерживающими плитами. Сверху каждая фильтрующая плита покрыта перфорированным листом, над которым находится ФП в виде бесконечной ленты.


Slide 39

Сергей Чекрыжов 40 Фильтр-прессы При сжатии плит между ними образуются камеры, в которые последовательно подаётся из соответствующих коллекторов суспензия, промывная жидкость и сжатый воздух для продувки. Фильтрат проходит через ФП, а твёрдая фаза остаётся на ней в виде осадка. По окончании цикла фильтрования плиты раздвигаются, между ними открывается щель и ФП приводится в движение, вынося осадок наружу, где он снимается ножами. Работа Ф. автоматизирована. Производительность в 4–10 раз выше производительности рамного фильтра.


Slide 40

Сергей Чекрыжов 41 Патронный фильтр Патронный фильтр применяют для осветления или сгущения суспензий; работает под вакуумом или под давлением и состоит из корпуса с крышкой и днищем. Внутри находится решётка, на которой закреплена фильтрующая поверхность в виде патрона (обычно патронный фильтр имеет несколько десятков таких патронов). Удаление осадка с последней производится отдувкой сжатым воздухом, пневмогидравлическим ударом или с помощью вибрационных устройств.


Slide 41

Сергей Чекрыжов 42 Патронный фильтр


Slide 42

Сергей Чекрыжов 43 Фильтры непрерывного действия К фильтрам непрерывного действия относятся барабанные, дисковые, ленточные, тарельчатые и карусельные .


Slide 43

Сергей Чекрыжов 44 Вакуум-фильтр Вакуум-фильтр представляет собой горизонтальный вращающийся барабан, который изнутри разделён радиальными герметичными перегородками на отдельные ячейки, соединённые трубками с распределительной головкой. По мере вращения барабана в ячейках создаётся вакуум или избыточное давление. При вращении барабан проходит зону фильтрации, где жидкость засасывается в барабан, а твёрдые частицы оседают на фильтрующей ткани. После промывания осадка водой барабан входит в зону сушки, где через осадок просасывается воздух, затем в зону удаления осадка. Здесь изнутри барабана подаётся сжатый воздух, а осадок с поверхности барабана срезается ножом.


Slide 44

Сергей Чекрыжов 45 Вакуум-фильтр


Slide 45

Сергей Чекрыжов 46 Дисковый вакуум-фильтр Дисковый вакуум-фильтр предназначен для разделения суспензий с близкими по размерам частицами твёрдой фазы. Имеет более развитую фильтрующую поверхность, чем барабанные вакуум-фильтры. В дисковом вакуум-фильтре на горизонтально расположенном полом валу, разделённом на секции, укреплены вертикальные диски. Вал с дисками вращается в корыте, имеющем форму полуцилиндра и заполненном разделяемой суспензией. Каждый диск состоит из обтянутых ФП полых секторов, имеющих с обеих сторон перфорированную или рифлёную поверхность. Полость каждого сектора диска сообщается с отводящим каналом для удаления фильтрата. Съём осадка осуществляют сжатым воздухом (для отдувки), посредством ножей и валков (для отрыва и направления выгрузки).


Slide 46

Сергей Чекрыжов 47 Дисковый вакуум-фильтр


Slide 47

Сергей Чекрыжов 48 Дисковый вакуум-фильтр


Slide 48

Сергей Чекрыжов 49 Ленточный вакуум-фильтр Ленточный вакуум-фильтр предназначен для разделения суспензий, образующих неоднородный по размерам частиц тяжёлый и требующий тщательной промывки осадок. Фильтр представляет собой стол, в котором имеются вакуум-камеры для отвода фильтрата и промывной жидкости. Фильтровальная поверхность (обычно ткань) покрывает прорезиненную перфорированную ленту, натянутую на крайних барабанах стола. Осадок сбрасывается в сборник при перегибе фильтровальной поверхности. Регенерация фильтровальной поверхности производится при обратном движении ленты с помощью механических щёток или паровых форсунок.


Slide 49

Сергей Чекрыжов 50 Ленточный вакуум-фильтр


Slide 50

Сергей Чекрыжов 51 Ленточный вакуум-фильтр


Slide 51

Сергей Чекрыжов 52 Тарельчатые вакуум-фильтры Тарельчатые вакуум-фильтры применяют преимущественно для обезвоживания крупнозернистых шламов в производстве калия, в подготовке каменного угля и руд и т.д. Основная деталь фильтра – кольцо, состоящее из ряда трапецеидальных секторов, каждый из которых является фильтрующей ячейкой. Последняя открыта сверху и имеет днище, наклоненное к центру для облегчения стока жидкости. По верху ячейки уложен перфорированный лист, на котором находится фильтровальная поверхность. Внутренняя полость каждого сектора с помощью соединительных трубок сообщается с каналами распределительного устройства, жестко связанного с корпусом. Фильтр приводится во вращение электродвигателем. За один оборот ячейки Ф. последовательно соединяются с линиями вакуума и сжатого воздуха. Подача суспензии осуществляется в ячейки сверху. Съём осадка производится ножом или шнеком.


Slide 52

Сергей Чекрыжов 53 Тарельчатые вакуум-фильтры


Slide 53

Сергей Чекрыжов 54 Ленточный фильтр-пресс


Slide 54

Сергей Чекрыжов 55 Ленточный фильтр-пресс


Slide 55

Сергей Чекрыжов 56 Ленточный фильтр-пресс


Slide 56

Сергей Чекрыжов 57 Ленточный фильтр-пресс


Slide 57

Сергей Чекрыжов 58 Ленточный фильтр-пресс


Slide 58

Сергей Чекрыжов 59 Песчаный скорый фильтр


Slide 59

Сергей Чекрыжов 60 Преимущества -  развитая фильтрующая поверхность при незначительной занимаемой производственной площади; -  фильтрация осадка при оптимальной толщине слоя и возможность его гидравлического отжима, что резко снижает затраты воздуха на просушку осадка;  -  хорошая регенерация фильтровальной ткани;  -  полная механизация фильтра и возможность автоматизации его работы, что позволяет резко сократить затраты на обслуживание, быстро настраивать фильтр на оптимальный технологический режим;  -  низкая металлоемкость, отнесенная к единице производительности по суспензии и к 1 м.кв. фильтрующей поверхности. 


Slide 60

Сергей Чекрыжов 61 Расчёты http://www.gaps.tstu.ru/win-1251/lab/sreda/togaps/6/TO_Ip/4_1.html


×

HTML:





Ссылка: