Порядок работы

После изучения руководства и ознакомления с установкой приступить (с разрешения преподавателя) к работе.

Проверив наличие суспензии в баке 3 (должно быть около 2/3 объема), включить мешалку бака. Установить объем жидкости в ресивере 7 на уровне первых делений указателя 13. Если жидкости нет совсем, то ее следует налить через воздушник при полном открытии вентиля 8 с помощью имеющегося на установке резинового шланга для промывки фильтра (в присутствии преподавателя или учебного мастера). Если жидкости в ресивере много, то слить ее, открыв кран 12. Следует иметь в виду, что при переполнении ресивера фильтрат попадает в вакуум-насос и выводит его из строя.

Величина вакуума в системе определяется по согласованию с преподавателем. Полностью закрытый вентиль 8 обеспечивает максимальный вакуум – максимальную движущую силу процесса фильтрования. Для снижения вакуума следует приоткрыть вентиль 8.

Минут через 10-15 после включения мешалки бака суспензии включить центробежный насос 5 (при закрытом кране 6) и установить некоторый расход суспензии, открывая кран 6. Отобрать из бака 3 пробу суспензии и определить ее плотность (объемно-весовым методом). Температуру суспензии t_с считать равной температуре воздуха в лаборатории.

Включить привод барабана 1 вакуумного фильтра. Включить вакуум-насос 10, отметив время включения и объем жидкости в ресивере 7. Этот момент считать началом процесса фильтрования. Дальнейшая работа заключается в измерении объема фильтрата через определенные промежутки

времени без съема осадка (при постоянном вакууме). Количество замеров (рекомендуется не менее 10), а также интервалы по времени (или по объему фильтрата) согласовать с преподавателем. Результаты эксперимента фиксировать в таблице нарастающим итогом.

После окончания замеров выключить вакуум-насос 10, центробежный насос 5 и смыть осадок с фильтрующей поверхности барабана с помощью щетки и воды, подаваемой через резиновый шланг, имеющийся на установке.

Замерить скорость вращения барабана, определив время одного или нескольких оборотов.

После этого по указанию преподавателя можно провести работу еще раз при другой скорости вращения барабана или при другом вакууме.

По окончании работы, смыв осадок с фильтрующей поверхности, выключить привод барабана, мешалку бака, поставить переключатель скоростей в нейтральное положение, слить излишки фильтрата из ресивера и произвести необходимую уборку рабочего места. Установку сдать учебному мастеру.

Обработка опытных данных

Фильтрование с помощью барабанного вакуум-фильтра в условиях опыта происходит при постоянной движущей силе – разности давлений до и после фильтрующей перегородки, определяемой величиной вакуума. Подтверждением этого и должны стать периодические замеры вакуума в ходе эксперимента.

Теория фильтрования при постоянной движущей силе изложена в

[1, c. 191-193]. Уравнение фильтрования имеет вид

V² + 2R_ф.п.SV/r₀x₀ = 2ΔpS²τ/μr₀x₀ ,

где V – объем фильтрата, полученный за время τ , м³; τ – время фильтрования, сек; R_ф.п. – сопротивление фильтрующей перегородки, м^-1;

S – поверхность фильтрования, м²,

S = φ·S_ф ;

r₀ – удельное объемное сопротивление осадка, м²; x₀ – отношение объема осадка к объему фильтрата (относительная объемная доля твердой фазы в суспензии при полном разделении суспензии на фильтре), м/м³; Δp – движущая сила процесса фильтрования (в условиях данного эксперимента-вакуум, создаваемый вакуум-насосом), Н/м²; μ – вязкость жидкой фазы суспензии (воды), н·сек/м².

Данное уравнение легко приводится [1, c. 195-197] к виду

τ/V = AV + B ,

где А = μr₀x₀/2ΔpS² и B = μ R_ф.п./ΔpS в условиях эксперимента – постоянные величины (константы уравнения фильтрования).

Константы фильтрации r₀ и R_ф.п. могут быть вычислены следующим образом.

1. Экспериментальные значения τ_i и V_i , занесенные в таблицу, выразить в сек и м³ соответственно.

2. Определить отношение τ/V_i .

3. Из выражения для определения плотности суспензии ρ_сусп по известным плотностям твердой ρ_тв и жидкой ρ_ж фаз

ρ_сусп = ρ_тв φ₀ + ρ_ж (1 – φ₀)

найти объемную концентрацию φ₀ [м³_(тв)/м³_(тв+ж)] твердой фазы в суспензии. Плотность дисперсного материала (мела или др.) и плотность воды определить по справочникам в кг/м³.

4. Перевести объемную концентрацию φ₀ суспензии в относительную объемную x₀ [м³_(тв)/м³_(ж.)] по формуле

x₀ = φ₀/1 – φ₀ .

5. Методом наименьших квадратов [2, с. 665] найти константы уравнения фильтрования А и В, решая систему двух нормальных уравнений:

1. ∑ V_i² + ∑ V_i B = ∑ τ_i

2. ∑ V_i A + n B = ∑(τ/V)_I ,

где n – число экспериментов ( I = 1, 2, 3… ).

Рекомендуется исключить из обработки результаты одного – двух первых замеров, чтобы хоть как-то учесть сложные начальные условия реального процесса фильтрования.

6. Путем решения системы уравнений

1. A = μ r₀ x₀ / 2Δp S²

2. B = μ R_ф.п. / Δp S

найти константы фильтрования r₀ и R_ф.п.. Вязкость воды определить по справочнику при температуре воздуха в лаборатории (в Па·с). Величину Δp определить как среднее значение вакуума p_вак,I за время опыта.

7. Построить график в координатах (τ/V)_I – V_i по результатам обработки экспериментальных данных и установить возможность графического определения констант уравнения фильтрования А и В.

8. Рассчитать скорость вращения барабана n во время эксперимента

(1/мин):

n = N/τ_б ,

где N – количество оборотов барабана, отмеченных во время замера скорости; τ_б – время замера, мин.

9. Результаты представить в виде таблицы:

№ за-мера	Время τi, сек	Объем фильтрата Vi · 10^3, м^3	(τ/V)I х 10^-3, с/м^3	pвак.,I, Па	Другие экспериментальные и справочные дан ные
					N =………, об; τб =………, мин; ρтв. =……, кг/м^3; ρж. =….., кг/м^3; tc =………..^0С;

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II

(297 х 210 мм). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, ее номера, фамилии, и.о.студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

2. описание цели работы;

3. схема лабораторной установки;

4. описание работы установки;

5. методика проведения работы;

6. полученные экспериментальные данные;

7. результаты обработки опытных данных;

8. выводы.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы:

1. убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

2. проверить наличие сухого резинового коврика на полу перед установкой;

3. проверить наличие суспензии в баке 3;

4. определить уровень фильтрата в ресивере 7.

2. Во время работы:

1. строго руководствоваться данными методическими указаниями;

2. не прикасаться руками к вращающимся и двигающимся элементам установки (халат и рукава халата должны быть застегнуты, длинные волосы подвязаны косынкой);

3. пробу суспензии из бака 3 брать при выключенной на короткое время мешалке;

4. не снимать осадок с вращающегося барабана скребком вручную;

5. внимательно следить за уровнем фильтрата в ресивере 7, не допуская его переполнения;

6. не оставлять работающую установку без присмотра;

7. докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру;

8. поддерживать чистоту на рабочем месте.

3. По окончании работы:

21. выключить вакуум-насос, насос подачи суспензии, мешалку бака 3;

22. открыть кран 14 слива суспензии из корыта в бак 3;

23. удалить осадок с фильтровальной поверхности барабана щеткой, подавая воду из шланга (на 1-ой скорости при не слишком обильной подаче воды);

24. выключить привод барабана фильтра;

25. поставить рукоятку коробки скоростей в нейтральное положение;

26. слить фильтрат из ресивера, открыв кран 12 (не полностью);

27. сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).