Сергей Чекрыжов1 Разделение под действием сил разности давления. - презентация

1 Сергей Чекрыжов1 Разделение под действием сил разности давления

2 Сергей Чекрыжов2 Фильтрование под действием сил разности давления Уравнение процесса фильтрования и экспериментальное определение его констант.

3 Сергей Чекрыжов3 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.фильтровальной перегородки

4 Сергей Чекрыжов4 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.

5 Сергей Чекрыжов5 Виды фильтрования Фильтрование с образованием осадка Фильтрование с закупориванием пор; Промежуточный вид

6 Сергей Чекрыжов6 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).

7 Сергей Чекрыжов7 Характеристики процесса Движущая сила процесса; Скорость процесса; Производительность фильтра; Константы процесса фильтрования

8 Сергей Чекрыжов8 Производительность фильтра Производительность фильтра зависит от режима фильтрования (давление, температура), вида фильтрующей перегородки и физико-химических свойств суспензии и осадка.

9 Сергей Чекрыжов9 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)

10 Сергей Чекрыжов10 Фильтрующие перегородки По принципу действия По материалу По структуре Поверхностные и глубинные Керамика, стекло… Гибкие, негибкие жесткие, негибкие нежесткие

11 Сергей Чекрыжов11 Скорость фильтрования Интенсивность фильтрования и производительность фильтров характеризуются скоростью фильтрования – количество фильтрата, проходящего в единицу времени через единицу поверхности фильтра:

12 Сергей Чекрыжов12 Скорость фильтрования скорость фильтрования суспензии прямо пропорциональна разности давления по обе стороны фильтрующей перегородки (ΔP) и обратно пропорциональна сопротивлению процесса фильтрования:

13 Сергей Чекрыжов13 Основное уравнение процесса фильтрования

14 Сергей Чекрыжов14 Пояснения к уравнению где: V – объем фильтрата (осветленной жидкости), м 3 ; F - площадь фильтра, м 2 ; μ - динамический коэффициент вязкости фильтрата, Па·с; R ф - сопротивление процесса фильтрования, м -1.

15 Сергей Чекрыжов15 Сопротивление процесса фильтрования При расчете сопротивления процесса учитывают сопротивление фильтрующей перегородки и сопротивление слоя осадка, образующегося на перегородке,: R ф =R фп + R ос, ; или R ф =R фп + r ос · h ос, ;

16 Сергей Чекрыжов16 Пояснения к уравнению где: R фп - сопротивление фильтрующей перегородки, ; R ос - сопротивление слоя осадка, r ос – удельное объемное сопротивление осадка, ; h ос – высота слоя осадка, м.

17 Сергей Чекрыжов17 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.

18 Сергей Чекрыжов18 Влияние ΔP на характер процесса если ΔP= const, то накопление осадка на фильтре уменьшает скорость фильтрования (процесс нестационарный); если с увеличением толщины слоя осадка h ос увеличивается ΔP, скорость фильтрования остается постоянной (процесс стационарный). В промышленности наиболее распространены процессы нестационарного фильтрования.

19 Сергей Чекрыжов19 Вывод уравнения Объем образующегося осадка зависит от площади фильтра: V ос = h ос F, м 3. Обозначив через х о объем влажного осадка, образующегося на фильтре, при прохождении 1 м 3 фильтрата: х о = V ос /V,м 3 /м 3 ; можно вывести зависимость толщины слоя осадка от объема фильтрата и площади фильтра: h ос = х о ·V /F, м; подставив в уравнение h ос получим

20 Сергей Чекрыжов20 ВЫВОД УРАВНЕНИЯ В полученном уравнении введем понятие удельная производительность фильтра q=V/F

21 Сергей Чекрыжов21 Уравнение для определения постоянных процесса Постоянные процесса фильтрования можно определить графически:

22 Сергей Чекрыжов22 Графическое определение постоянных уравнения Обозначив:

23 Сергей Чекрыжов23 Общий вид уравнения Уравнение для нестационарного процесса фильтрования :

24 Сергей Чекрыжов24 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.

25 Сергей Чекрыжов25 График зависимости τ/q=f(q) τ/q, с·м2/ м3 * * M * N q, м3/м2

26 Сергей Чекрыжов26 Определения Фильтровальные перегородки,материалы (естественные или искусственные) или изделия, имеющие пористую структуру (проницаемую для жидкости и газа) и применяемые для фильтрования.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.

27 Сергей Чекрыжов27 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).Ткань техническая

28 Сергей Чекрыжов28 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.

29 Сергей Чекрыжов29 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.

30 Сергей Чекрыжов30 Cкорость фильтрования Основной характеристикой процесса является скорость фильтрования - объем фильтрата, получаемый за единицу времени с единицы поверхности фильтра. Скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений ΔР, обратно пропорциональна вязкости фильтрата μ 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 ΔP и закупорки каналов мелкими частицами. Сопротивление перегородки также изменяется вследствие забивки ее пор и сжатия.

31 Сергей Чекрыжов31 Основное уравнение фильтрования записывается в дифференциальной форме: Здесь V - объем фильтрата, F - поверхность фильтрования, τ - 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.

32 Сергей Чекрыжов32 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.

33 Сергей Чекрыжов33 Фильтры периодического действия К фильтрам периодического действия относятся ёмкостные, листовые, фильтр-прессы, патронные.

34 Сергей Чекрыжов34 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.

35 Сергей Чекрыжов35 Ёмкостный фильтр 1.Суспензия 2.Корпус фильтра 3.Опорная решетка 4.Решотка 5.Выходной патрубок 6.Песчаный фильтр

36 Сергей Чекрыжов36 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).

37 Сергей Чекрыжов37 Листовой фильтр.

38 Сергей Чекрыжов38 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.

39 Сергей Чекрыжов39 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.

40 Сергей Чекрыжов40 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.

41 Сергей Чекрыжов41 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.

42 Сергей Чекрыжов42 Патронный фильтр

43 Сергей Чекрыжов43 Фильтры непрерывного действия К фильтрам непрерывного действия относятся барабанные, дисковые, ленточные, тарельчатые и карусельные.

44 Сергей Чекрыжов44 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.

45 Сергей Чекрыжов45 Вакуум-фильтр

46 Сергей Чекрыжов46 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).

47 Сергей Чекрыжов47 Дисковый вакуум-фильтр

48 Сергей Чекрыжов48 Дисковый вакуум-фильтр

49 Сергей Чекрыжов49 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.

50 Сергей Чекрыжов50 Ленточный вакуум-фильтр

51 Сергей Чекрыжов51 Ленточный вакуум-фильтр

52 Сергей Чекрыжов52 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.

53 Сергей Чекрыжов53 Тарельчатые вакуум- фильтры

54 Сергей Чекрыжов54 Ленточный фильтр-пресс

55 Сергей Чекрыжов55 Ленточный фильтр-пресс

56 Сергей Чекрыжов56 Ленточный фильтр-пресс

57 Сергей Чекрыжов57 Ленточный фильтр-пресс

58 Сергей Чекрыжов58 Ленточный фильтр-пресс

59 Сергей Чекрыжов59 Песчаный скорый фильтр

60 Сергей Чекрыжов60 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.

61 Сергей Чекрыжов61 Расчёты /lab/sreda/togaps/6/TO_Ip/4_1.html