Protsessy_ispravlennye

Для несжимаемых осадков m = 0. Удельное сопротивление неоднородных осадков зависит от многих факторов.

24. Способы фильтрования

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий и аэрозолей с использованием пористых перегородок, на поверхности которых задерживаются взвешенные в жидкости или газе твердые частицы, образующие на перегородке слой осадка. Жидкость, отделенная от осадка, называется фильтратом.

Внефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности фильтрование применяется

впроцессах депарафинизации масел, производства парафина, церезина, пластичных смазок, при очистке нефтепродуктов и контактной очистке масел, для улавливания технического

углерода, отделения химических реактивов и особо чистых химических веществ и других ценных продуктов от газов, отходящих от технологических установок распыливающего типа и печей кипящего слоя. Движение жидкости через пористые перегородки и слой осадка создают за счет разности давления в аппарате, являющейся движущей силой процесса.

Перепад давления может создаваться: 1) столбом жидкости над фильтрующей перегородкой (гидростатическое фильтрование); 2) избыточным давлением жидкости, например, при подаче ее насосом (фильтрование под давлением); 3) путем создания разрежения под фильтрующей перегородкой при помощи вакуум-насоса (фильтрование под вакуумом). Разделение суспензий на фильтрах обычно состоит не только из основной операции

по фильтрованию суспензий, но в ряде случаев и из вспомогательных операций, таких как промывка осадка (при которой с помощью специальной жидкости фильтрат выдавливается из пор осадка), его продувка и сушка воздухом или инертным газом.

Режим при постоянном перепаде давления ∆р (вакуумное фильтрование, гидростатическое фильтрование с постоянным столбом жидкости над фильтрующей

перегородкой, подача суспензии центробежным насосом при постоянном избыточном давлении на выкиде насоса). При этом режиме скорость фильтрования в связи с постоянным увеличением высоты слоя осадка и ростом его сопротивления с течением времени уменьшается. Режим при постоянной скорости С (подача суспензии на фильтр поршневым или плунжерным насосом постоянной производительности).При режиме с постоянной

скоростью фильтрования слой осадка и его сопротивление постоянно увеличиваются, вследствие чего должно непрерывно расти давление поступающей суспензии, а следовательно, и перепад давления ∆р.

Эффективность разделения и производительность фильтра зависят от свойств обрабатываемой суспензии, правильного выбора типа фильтра, его оснащения и режима работы. В связи с этим для достижения оптимальных условий процесса фильтрования выбор типа фильтра, фильтровальной перегородки и режимов фильтрования должен проводиться на основе экспериментального изучения особенностей фильтрования данной суспензии на лабораторных или пилотных установках.

25. Фильтрование при постоянном перепаде давления

При этом режиме фильтрования ур-ние	XIII.3
Можно интегрировать. Разделив переменные dV и dx и учитывая, что ∆р =

const, получаем

Так как при r=0 и V = 0, то постоянная интегрирования тоже равна нулю и

(1)

Из этого ур-ния можно при известной площади пов-ти фильтра определить либо производительность фильтра за одну операцию длительностью τ

(2) либо площадь пов-ти фильтра при заданном объеме фильтрата

за одну операцию

либо продолжительность фильтрования при заданной толщине осадка h.

Разделив все члены уравнения (1) на F2 и умножив и разделив члены левой части уравнения на

х, получим

Заменив в последнем уравнении Vx/F на h и решив его относительно τ,

получим Для расчетов с исп-ем ур-ний предварительно экспериментально должны быть найдены

величины . При экспериментальном определении этих величин проводятся как минимум три опыта, в которых при известных F и ∆р фиксируются объем фильтрата V и высота осадка h, получаемого за время τ.

Подстановкой в уравнение (1) найденных для каждого опыта величин получим три уравнения,

при совместном решении которых вычисляют искомые параметры фильтрования В тех случаях, когда сопротивление осадка значительно больше сопротивления

фильтрующей перегородки, им можно пренебречь, т.е. принять

Тогда из уравнения

(2) получим (3), XIII.8

Поскольку в режиме ∆р = const скорость фильтрования с течением времени

уменьшается, представляется необходимым оценить, как изменяется средняя скорость фильтрования

с течением времени τ и при какой продолжительности фильтрования будет наибольшей средняя скорость за единицу общего времени, включающего как цикл фильтрования, так и продолжительность вспомогательных операций.

Для решения этого вопроса используем уравнение (3), которое при постоянном перепаде давления,

т.е. когда изменяется только т, можно записать в виде Обозначив через τ0 продолжительность вспомогательных операций (промывка осадка,

раскрытие фильтра, выгрузка осадка, сборка фильтра) и принимая, что τ0 не зависит от количества разгружаемого осадка, получаем среднюю производительность фильтра

Дифференцируя функцию Vm по переменной τ и приравнивая к нулю, получим т.е. продолжительность фильтрования должна равняться продолжительности вспомогательных операций.

В уравнениях было принято, что удельное сопротивление осадка r — величина постоянная, что справедливо для несжимаемых осадков. Для сжимаемых осадков значение r принимают по уравнению

и подставляют его в соответствующие расчетные уравнения. Так, например, для уравнения (3) получим

Учитывая, что τ0 и т определяются из опыта, значение τ для сжимаемых осадков целесообразно определять при тех

же экспериментальных условиях, при которых будет работать проектируемый фильтр, а также пользоваться более простыми уравнениями (ХIII.З) —(ХIII.8).

26. Фильтрование при постоянной скорости.

Этот режим фильтрования получается, когда суспензия по дается на фильтр под давлением при помощи поршневого или плунжерного насоса. При постоянном числе ходов насоса через фильтр проходит постоянный объем фильтрата; при этом в связи с образованием осадка растет сопротивление и повышается перепад давления.

Так как скорость фильтрования постоянна, то основное дифференциальное уравнение

принимает вид
откуда получаем основное уравнение фильтрования при С = const		(1)
Из сопоставления уравнения и	при режиме с ∆р = const следует, что

они тождественны и отличаются тем, что первое слагаемое в ур-нии (1) в два раза больше соответствующей величины в последнем ур-нии .

Так же как и для режима при ∆р = const, уравнение (1) может быть решено относительно объема фильтрата V

или относительно необходимой площади поверхности F

В частности, для случая, когда сопротивлением фильтрующей перегородки можно пренебречь,

т.е. при получаем где ∆р — перепад давления в конце фильтрования при конечной толщине осадка.

Сравнение уравнений		и	доказывает, что при одинаковых условиях
и конечном давлении производительность фильтра при ∆р = const в 1,42 раза больше
его производительности при С = const.
Расчет продолжительности фильтрования при режиме
С = const		проводится, исходя из предельно допустимого перепада
Р	для	фильтра данной конструкции. Деля
	Ур-е		на	и умножая и деля
первый	член	левой части уравнения на τ,

получаем:

Рис XIII-2. зависимость перепада давления от времени при фильтровании в режиме с постоянной скоростью.

Так как V/Fτ = С, окончательно имеем	т.е.
для случая несжимаемого осадка перепад давления растет по прямой линии, начиная
от первоначального перепада давления	. Для сжимаемого осадка	,
перепад давления будет большим- и его изменение будет происходить по кривой (см.
пунктирную линию на рис.).

27. Промывка осадка на фильтре.

Промывка осадка проводится с целью удаления содержащегося в нем фильтрата путем вытеснения его промывной жидкостью. Она удлиняет полный цикл работы фильтра, поэтому необходимо рассчитать продолжительность промывки данного осадка. При расчете принимается,

что высота слоя осадка не меняется, сопротивление его остается постоянным, равным сопротивлению

в конце фильтрования, и процесс протекает с постоянной скоростью.

Если промывку проводят после фильтрования при ∆р=const, то конечная скорость процесса определяется уравнением

	Ск.ф =	р
		Rф + rh

Режим движения жидкостей в осадках при фильтровании является ламинарным, и перепад давления, затрачиваемый на трение в капиллярах осадка, пропорционален вязкости жидкости. Поэтому скорость промывки осадка

промывной жидкостью Спр будет пропорциональна отношению вязкостей фильтра мф и

С = Ск.ф. × μф μпр.

промывной жидкости мпр’ т.е.

Расход жидкости Vпр зависит от полноты промывки и устанавливается из опыта. Продолжительность промывки составит

	τ пр =	Vпр
		FCпр

(1)

Если промывку проводят после фильтрования при режиме С=const, то обычно и скорость промывки Спр постоянна, так как промывная жидкость подается тем же насосом. В этом случае продолжительность промывки определяется по уравнению(1), а перепад давления ∆р, зависящий от вязкости фильтрата и промывной жидкости, определяется из выражения

рпр = рк.ф μпр / μф

28. Расчет фильтров .

Схема и посл-сть расчета фильтра в знач-ой степени зависят от его типа и конструкции а также от режима фильтрования. Рассмотрим посл-ть расчета применительно к конструкциям фильтров периодического и непрерывного действия. Для данной суспензии при известном объемном содержании осадка х по опытным или производственным данным принимают значение сопротивлений Rф и ro. Фильтры периодического действия. Их эксплуатация возможна при двух режимах. Режим ∆р=const При этом режиме, 1) задаются толщиной осадка h, 2)опр-ют

τ ф

по ур-нию прод-ть фильтрования	3) Находят объем фильтрата V1, полученного за одну
	V =		1× h
	1		х
операцию с 1м2 поверхности фильтра при объеме осадка 1*h.					4)Рассчитывают
конечную скорость в конце фильтрования и постоянную скорость промывки Cпр. 5) При
известном
из опыта расходе промывной жидкости Vпр определяют скорость промывки
τ пр = Vпр Cпр					τ0
6) Оценив время затраченное на разгрузку и сборку фильтра,						определяют
	åτ = τ ф +τ пр +τ 0
полную продолжительность одной операции.					7)Находят число
					V '	= V z
					сут	1
операций в сутки 8)Рассчитывают производительность 1м2 фильтра в сутки						. После
этого по заданной производительности рассчитываемой фильтровальной установки Vсут
	F =	Vсут
		Vсут'
находят требуемую общую поверхность фильтрования.					и подбирают по каталогам

размер

и число фильтров. Режим C=const. При этом режиме расчет фильтрования следует вести, ориентируясь на фильтр определенного типа и размера, имеющей известную

площадь поверхности F, и на поршневой или плунжерной насос с определенной подачей Vн , м3/час, задаются также предельным перепадом давлений ∆р, соответствующим конструкции фильтра и насоса. Затем выполняют следующие расчетные операции: 1) находят скорость

		С =		Vн			τ ф
				3600 * F
фильтрования					2) Определяют продолжительность фильтрования .
z =	24 *3600					h = Cхτ ф
	åτ
		3) Рассчитывают толщину осадка					4) Находят как и для предыдущего
						τ пр	= Vпр F С
режима следующие параметры: продолжительность промывки								24*3600
						åτ = τ ф +τ пр +τ 0	z =
								åτ
Продолжительность полной операции						, число операций в сутки
5) Рассчитать производительность фильтра за одну операцию, зная производительность
	V1 = Vн	τ ф
		3600
насоса			6) Определяют суточную производительность данного фильтра по

Vсут' = V1 z

объему суспензии

Фильтры непрерывного действия

При расчете фильтра непрерывного действия учитывают, что для любого эл-та пов-ти аппарата длительность фильтрования равна прод-ти прохождения этим эл-том пути внутри

суспензии в корыте(прод-ть погружения), а также что, что за каждый полный оборот барабана по всей поверхности произойдут все операции – фильтрование, промывка, сушка и снятие осадка. Задаваясь толщиной осадка (обычно не менее 4-10мм) находят прод-ть погружения

		360
τ ф	τ	τ = τ ф	а
в суспензию	затем время	, затрачиваемое на полный оборот барабана:	где а
			τ
угол погружения, град. Далее определяют число оборотов барабана в секунду n=1/			, съем

фильтра с 1м2 поверхности фильтра за один оборотV01=h/х И наконец, производительность

V1	= V1n
фильтра, приходящуюся на 1м2 поверхности за 1 секунду	. Если V

заданная производительность по фильтрату в 1с, то требуемая площадь пов-ти фильтра составит F=V/V1

29. Сущность центробежного осаждения и фильтрования

При вращении тела возникает центробежная сила С (в (кг • м)/с2), направленная по радиусу от оси вращения и равная произведению массы тела т (в кг) на квадрат окружной скорости W (в м/с), деленному на радиус вращения г (в м):

C = mW2/r

При замене массы весом, деленным на ускорение свободного падения, получим

Выражая окружную скорость через угловую W = ωг или через частоту вращения п (число оборотов в минуту) W = 2πгn/60, представим значение центробежной силы в виде

Определим отношение центробежной силы к силе тяжести, которое соответствует отношению ускорения, создаваемого центробежной силой ω2г, к ускорению силы тяжести g:

Это фактор разделения.

Вопрос 30. Отстойное центрифугирование. Скорость осаждения при центрифугировании.

При подаче суспензии во вращающейся ротор образуется кольцевой жидкостной слой, максим толщина которого равна ширине закраины ротора. (рис1) В аппарате под действием центробежной силы происходит осаждение частиц на стенках ротора, а осветленная жидкость по мере поступления новых порций суспензии переливается через закраину, и выводится из ротора.

В жидкостном кольце устанавливается движение жидкости снизу вверх. Взвешенные частицы, содержащиеся в исходной суспензии, находятся под воздействием центробежных

и выталкивающих сил. Центробежная сила перемещает частицу со скоростью Wц по направлению

от центра к стенке ротора, а выталкивающая – со скоростью v вдоль его стенок.

Если время нахождения жидкости в роторе является достаточной для осаждения частиц, то они достигают стенки и образуют слой осадка, из ротора будет уходить только чистая жидкость. Если в ротор подавать эмульсию из жидкостей, с различной плотностью, состоящую например, из масла со взвешенными в нем капельками воды, то последние, имея большую плотность, под действием центробежных сил будут двигаться к стенке, и, сливаясь около нее, образовывать второе, внешнее кольцо воды - тяжелой жидкости(рис2). Разделившееся жидкости постоянно выводят из ротора. Т.о отстойная центрифуга для разделения эмульсий работает непрерывно. Если суспензия или эмульсия вращается с угловой скоростью w и

если плотности жидкости рж и взвешенных в ней частиц рч различны, то под действием центробежной силы частицы будут двигаться в направлении ее действия, т. е. радиально, удаляясь от оси вращения или приближаясь к ней. Не учитывая отмеченных различий и принимая, что действующая сила, при центробежном осаждении будет больше, движущей силы при отстаивании в поле действия силы тяжести в Кц раз, получим выражение для

скорости центробежного осаждения Wц аналогичная уравнению (2)

Wц

=

4(ρч − ρж )dКц

3ρξ

Для ламинарного режима

W

=

d 2

ρ

g

К

W

=

d 2

(ρ

− ρ

)g

K

ч

Ц

ч

ж

ц

ц

18μ

ц

18μ

А для газовых суспензий

1

РИС.1 Отстойная центрифуга для разд суспензий. 1-питающая труба 2- закраина ротора, 3- ротор,

4-кожух, Потоки: I-суспензия, II-фугат, III-осадок.

Рис2. Схема центрифуги
для разделения эмульсий.
1-кольцевая	диафрагма,
2-закраина	ротора,
3-	ротор. Потоки: I-эмульсия,
	II-тяж жидкость,
III-	легкаяжидкость