ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ НА ЭЛЕМЕНТЕ ВАКУУМ-ФИЛЬТРА

1. Цель работы

Определение констант фильтрования, удельного со­противления осадка и сопротивления фильтровальной перегородки.

2. Содержание работы

1. Ознакомиться с закономерностями фильтрова­ния с образованием слоя несжимаемого осадка.

2. Изучить методику определения констант филь­трования.

3. Провести опыты по разделению модельных су­спензий.

4. Построить по опытным данным график зависимости τ/g=f (g) и определить значения констант фильтрования, удельное сопротивление осадка в со­противление фильтровальной перегородки.

3. Теоретическая часть

3.1. Основные понятия и термины.

В работе используются следующие понятия я тер­мины:

суспензия, фильтрование, фильтр, фильтровальная перегородка, осадок, фильтрат, схема устройства и принцип работы простейшего фильтра;

способ создания разности давления при фильтро­вании;

материалы, применяющиеся для изготовления фильтровальных перегородок;

фильтрование с образованием слоя осадка, сжи­маемые и несжимаемые осадки, фильтрование с за­купориванием пор, промежуточное фильтрование, фильтрование с применением вспомогательных ве­ществ;

скорость фильтрования, фильтрование при посто­янной разности давления, при постоянной скорости и при переменных значениях давления и скорости;

удельный объем фильтрата, сопротивление осадка и перегородки, удельное сопротивление осадка, кон­станты фильтрования.

Перед выполнением лабораторной работы необхо­димо уяснить содержание этих терминов и понятийно учебнику (1, стр. 194—198, 205—206) и дополнитель­ному теоретическому материалу, изложенному в на­стоящих методических указаниях.

3.2. Скорость фильтрования и факторы, влияющие на ее величину при образовании слоя несжимаемого осадка на фильтровальной перегородке

Важным показателем работы фильтра является скорость фильтрования, определяемая как объем фильтрата, проходящего в единицу времени через единицу поверхности фильтровальной перегородки

(9.1)

где V — объем полученного фильтрата;

τ— время фильтрования ;

F — площадь поверхности фильтровальной перегородки;

— удельный объем фильтрата (объем фильтрата, полученный с единицы по­верхности фильтрования).

Скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна вяз­кости фильтрата и общему сопротивлению фильтро­вания

(9.2)

где ∆р — разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки;

μ — вязкость фильтрата;

R = R_ос + R — общее сопротивление фильтра;

R_oc — сопротивление осадка;

R_фп — сопротивление фильтровальной neрегородки.

Сопротивление осадка можно определить как

(9.3)

где r — удельное сопротивление осадка;

h — толщина осадка.

Объем осадка, полученного на фильтровальной перегородке, равен

(9.4)

Отношение полученных объемов влажного осадка и фильтрата обозначим как

(9.5)

На основании выражений (9.4) и (9.5) получаем

(9.6)

и тогда на основании (9.3) сопротивление осадка оп­ределится как

(9.7)

Подставив это значение сопротивления осадка в уравнение (9.2), получим следующее выражение для скорости фильтрования

(9.8)

Из полученного выражения следует, что при прочих равных условиях скорость фильтрования тем больше и производительность фильтра тем выше, чем меньше удельный объём полученного фильтрата или пропор­циональная этому объему толщина слоя осадка на фильтровальной перегородке. Поэтому для повыше­ния производительности фильтра необходимо стремиться к скорейшему удалению осадка с фильтро­вальной перегородки. Для фильтров непрерывного действия это равносильно требованию удалять с филь­тровальной перегородки слой осадка наименьшей толщины.

Если сопротивление фильтровальной перегородки мало и можно принять, что R_фп ≈0, то на основании уравнения (9.8) получим

(9.9)

Из этого выражения следует, что удельное сопротив­ление осадка численно равно разности давлений, не­обходимой для того, чтобы фильтрат, вязкость кото­рого равна единице, протекал со скоростью, равной единице, через слой осадка единичной толщины. Та­ков физический смысл понятия «удельное сопротивле­ние осадка».

В системе СИ размерность удельного сопротивле­ния осадка равна м^-2, тогда размерности общего со­противления фильтра, сопротивлений осадка и филь­тровальной перегородки будут м^-'.

Удельное сопротивление осадка является важней­шей и самой сложной физической величиной в теории фильтрования. Действие различных факторов на про­цесс фильтрования всегда может быть сведено к из­менению величины удельного сопротивления осадка под действием этих факторов. Все факторы, влияю­щие на процесс фильтрования суспензий, в общем слу­чае можно подразделить на гидродинамические и физико-химические. Гидродинамические факторы - это пористость осадка, размер частиц, их удельная по­верхность, сферичность и равномерность укладки. Физико-химические факторы — это степень коагуляций и пептизации твердых частиц суспензии; содержание в ней смолистых и коллоидных примесей, закynopивающих поры ocaдка; влияние элёктрокинетического потенциала, возникающего на границе раздела твердой и жидкой фаз и уменьшающего сечение пор; наличие сольватной оболочки на частицах осадка. Вследствие совместного проявления гидродинамиче­ских и физико-химических факторов невозможно вы­числить аналитически величину удельного сопротив­ления осадка как функцию всех указанных выше фак­торов, поэтому величину удельного сопротивления - осадка определяют опытным путем.