Материал: Новоселов АГ Процессы и аппараты пищ производств Ч1
образом, для сжимаемых осадков существует оптимальное значение движущей силы, при котором производительность фильтра максимальна.
Рис. 2.16. Схема процесса |
Рис. 2.17. Зависимость |
|
производительности фильтра |
||
фильтрования |
||
от движущей силы фильтрования: |
||
|
||
|
1 – несжимаемые осадки; |
|
|
2 – сжимаемые осадки |
Анализ условий фильтрования показал, что решающим при переходе от фильтрования с закупориванием пор к фильтрованию
собразованием осадка является соотношение между скоростью
фильтрования и скоростью осаждения твердых частиц w/woc. Для фильтрования с образованием осадка должно соблюдаться условие w/woc < 100. Когда w/woc > 100, наблюдается переход к фильтрованию
сзакупориванием пор и, как следствие, уменьшение производитель-
ности фильтра. Поэтому, для того чтобы обеспечить переход от фильтрования с закупориванием пор к фильтрованию с образованием осадка, желательно перед фильтрованием в течение некоторого времени сконцентрированную суспензию выдержать над фильтровальной перегородкой.
Практически несжимаемыми являются осадки, состоящие из механически прочных твердых частиц размером более 100 мкм. Режим течения фильтрата в порах вследствие малого диаметра частиц и низкой скорости потока является ламинарным.
36
Следовательно, расход жидкости с вязкостью μ через один капилляр радиусом r и длиной l при перепаде давлений Р можно выразить уравнением Пуазейля
V |
π |
P |
r4 . |
|
|
||
|
|
||
1 |
8 μl |
|
|
|
|
||
Элементарный объем жидкости, прошедший за время d , при наличии z капилляров на 1 м2 площади фильтра
dV |
πΔPr |
4 z |
Sdτ , |
8μl |
|
||
|
|
|
где S – площадь фильтра.
Отсюда находим скорость фильтрования, выражающую объем фильтрата, проходящего через поры на 1 м2 поверхности фильтра в единицу времени:
w |
1 |
|
dV |
|
|
P |
|
. |
(2.29) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
S |
|
dτ |
|
μ |
8l |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
πr4 z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величины r , l и z, будучи в среднем постоянными для каждого осадка и фильтровальной перегородки, не поддаются непос-
редственному измерению. Однако весь комплекс
выражает суммарное сопротивление слоя осадка Ro ной перегородки Rп, можно описать таким образом:
8l
πr4 z , который и фильтроваль-
w |
P |
. |
|
||
|
μ Rо Rп
Сопротивление слоя осадка пропорционально его толщине hо:
Rо rо hо ,
37
где rо – удельное сопротивление осадка, м, т. е. сопротивление, оказываемое потоку фильтрата слоем осадка толщиной 1 м; hо xV / S,
здесь x – объемная концентрация твердой фазы в разделяемой суспензии.
После подстановки значения Rо в уравнение (2.29) получаем основное уравнение процесса фильтрования:
w |
1 dV |
|
P |
. |
|
||
|
|
|
|
|
(2.30) |
||
S dτ |
|
μ Rп rо xV / S |
|||||
|
|
|
|
||||
Так как при фильтровании с образованием несжимаемого осадка rо – величина постоянная, то, интегрируя последнее уравнение при изменении τ и V в пределах от 0 до τ и от 0 до V, получаем
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Rп S |
PS 2 |
||
|
|
|
|
|
V |
|
2 |
|
V 2 |
|
τ. |
|
|
|
|
|
|
rо x |
μrо x |
||||
|
Этому уравнению придают другой вид: |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
V2 = 2VC = k , |
||||
где C |
|
Rп S |
и |
k |
2 PS 2 |
– постоянные величины для несжимаемых |
|||||
|
|
μro x |
|
||||||||
|
rо x |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
осадков, определяются экспериментально.
2.4.2. Устройство фильтров
Простейшим аппаратом периодического действия является нутчфильтр, используемый обычно в производствах малой мощности. Он представляет собой (рис. 2.18) вертикальный цилиндрический корпус 1, разделенный фильтровальной перегородкой 2 на две камеры. Суспензия загружается в верхнюю, а фильтрат собирается в нижней камере. Необходимый перепад давлений создается либо вакуумированием нижней камеры (верхняя сообщается с атмосферной), либо подачей сжатого газа в верхнюю камеру (нижняя может быть сообщена с атмосферой).
38
Рамный фильтр-пресс (рис. 2.19) отличается простотой устройства, надежностью в работе и компактностью расположения фильтрующей поверхности. Он состоит из ряда чередующихся плит и рам, опирающихся боковыми лапами на два параллельных бруса станины. Между плитами и рамами прокладывают фильтровальные перегородки, после чего весь пакет стягивается между неподвижной и подвижной концевой плитой. Суспензия, нагнетаемая насосом, поступает в камеры фильтра-пресса, откуда фильтрат стекает по желобкам к выходным каналам, а осадок накапливается внутри камер.
Рис. 2.18. Нутч-фильтр:
1 – корпус; 2 – фильтровальная перегородка; 3 – люк для выгрузки осадка
Рис. 2.19. Схема рамного фильтра-пресса: 1 – средний канал для суспензии;
2 – канал; 3 – межплиточное пространство; 4 – плиты; 5 – рамы; 6 – выход фильтрата и промывной жидкости; 7 – кран
39
Барабанный вакуум-фильтр (рис. 2.20) относится к аппаратам непрерывного действия. Он состоит из горизонтального барабана
сперфорированной цилиндрической стенкой, покрытой металлической сеткой и фильтровальной тканью. Барабан, разделенный радиальными перегородками на 12 секций, медленно вращается (0,1–3 об/мин) на валу, один конец которого соединен с приводом, а другой, в виде полой цапфы, прижат к неподвижной распределительной головке. С последней сообщаются все ячейки барабана при помощи каналов в полой цапфе. Барабан погружен в корыто, наполненное суспензией. При вращении барабана часть его ячеек постоянно погружена в суспензию и сообщается через распределительную головку с приемником, находящимся под вакуумом, поэтому фильтрат отсасывается, а твердые частицы образуют осадок на поверхности фильтровальной ткани. Далее эти ячейки выходят из корыта, продолжая сообщаться
сприемником, и слой осадка несколько обезвоживается. Осадок промывается. Затем через слой осадка в целях его подсушки снова просасывается воздух, после чего ячейки сообщаются с линией сжатого воздуха для «отрыва» осадка от фильтровальной ткани и его разрыхления. Подробнее устройство фильтров изложено в работе [2] .
Рис. 2.20. Схема барабанного вакуум-фильтра:
1 – перфорированный барабан; 2 – нож; 3 – фильтрующая ткань; 4 – корыто; 5 – качающаяся мешалка; 6 – камеры; 7 – трубы; 8 – устройство для разбрызгивания промывающей жидкости
40