Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Движение жидкости через неподвижные зернистые и пористые слои

 

Форма и размеры элементов зернистых слоев весьма разнообразны: мельчайшие частицы слоев осадка на фильтрах, гранулы, кусочки катализаторов, крупные насадочные тела. При этом зернистые слои могут быть монодисперсными или полидисперсными.

Зернистые слои характеризуются размерами его частиц, а также удельной поверхностью и долей свободного объема.

Удельная поверхность а (м23) представляет собой поверхность элементов, или частиц материала, находящихся в единице объема, занятого слоем.

Доля свободного объема или порозность ε выражает объем свободного пространства между частицами в единице объема, занятого слоем

где V – общий объем, занимаемый зернистым слоем;

V0 – объем занимаемый самими элементами.

 

Эквивалентный диаметр каналов в зернистом слое определяется по уравнению

где – кривизны каналов.

 

Рассмотрим подробнее гидродинамику кипящих (псевдоожиженных) зернистых слоев.

Широкое распространение процессов в кипящем слое обусловлено рядом их преимуществ таких как: псевдоожиженного подвергаются частицы значительно меньших размеров, чем частицы материалов, находящиеся в неподвижном слое; гидравлическое сопротивление кипящего слоя при этом относительно невелико, а уменьшение размеров частиц приводит к увеличению поверхности их контакта с потоком в результате возрастает скорость протекания процессов.

Здесь возможны три вида состояния слоя твердых частиц: неподвижный слой, кипящий слой и унос твердых частиц потоком.

 

 

Зависимости высоты зернистого слоя (а) и его гидравлического сопротивления (б) от скорости потока.

 
 

 


 

 

Скорость, при которой нарушается неподвижность слоя и он начинает переходить в псевдоожиженное состояние, называют скоростью псевдоожижения и обозначают.

Начало псевдоожижения наступает при равенстве силы гидравлического сопротивления слоя весу всех его частиц.

Скорость при которой слой разрушается и начинается массовый унос частиц потоком называется скоростью уноса или скоростью свободного витания.

В случае уменьшения скорости потока после псевдоожижения слоя наблюдается явление гистерезиса: зависимость гидравлического сопротивления неподвижного слоя от скорости потока выражается не линией АВС, прямой CD

Отношение рабочей скорости ωО , величина которой должна находится в пределах между ωПС и ωСВ к скорости начала псевдоожижения называется числом псевдоожижения Кω

Оно характеризуется интенсивность перемешивания частиц и состояние пседоожиженного слоя.

Полностью однородное псевдоожижение практически возможно лишь при псевдоожижении твердых частиц в потоке капельной жидкости. Система газ – твердая фаза является неоднородным псевдоожижением – поршневое псевдоожижение – каналообразование – фонтанирование.

 

Для определения ωПС можно воспользоваться следующей зависимостью, где RеО, ПС – критическое значение при котором начинается псевдоожижение.

где Ф – коэффициент формы.

 

 

Перемещение жидкостей (насосы)

 

Насосы – гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает ее перемещение.

По принципу действия различают насосы следующих типов: лопастные, или центробежные, объемные, вихревые, осевые.

В лопастных (центробежных) насосах давление создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес.

В объемных насосах разность давлений возникает при вытеснении жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращающимися. К машинам этого типа относятся поршневые и ротационные насосы.

В вихревых насосах в энергию давления трансформируется энергия вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса.

Действие осевых насосов основано на перемещении жидкости, возникающем при вращении в ней устройства типа гребного винта.

В струйных насосах перемещение жидкостей производится движущейся струей воздуха, пара или воды. Перемещение жидкостей в газлифтах происходит под действием разности плотностей жидкости и газожидкостной смеси, образующейся путем ввода газа в открытую с двух сторон вертикальную трубу, один конец которой опущен в перекачиваемую жидкость. В монтежю используется давление воздуха, газа или пара на поверхность жидкости.

Основные параметры насосов: напор Н (м) характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости.

Полезная мощность NП , затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии давления, равна произведению удельной энергии на расход жидкости:

Мощность на валу Ne больше полезной мощности в связи с потерями энергии в насосе, относительная величина которых оценивается коэффициентом полезного действия:

К.П.Д. характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса. Величина отражает относительные потери мощности в самом насосе и выражается произведением

– коэффициент подачи; – гидравлический К.П.Д.;

– механический К.П.Д.

Мощность, потребляемая двигателем, или номинальная мощность двигателя

 

– полный К.П.Д. насосной установки.

 

Высота всасывания, напор насоса

 

 

Перемешивание в жидких средах

 

Перемешивание в жидких средах широко применяется в химической промышленности для приготовления эмульсий, суспензий и для интенсификации химических и тепловых процессов.

Способы перемешивания и выбор аппаратуры для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоянием перемешиваемых материалов.

Независимо от того, какая среда смешивается, различают два основных способа перемешивания: механический (с помощью мешалок различных конструкций) и пневматический (сжатым воздухом или инертным газом). Кроме того, применяют перемешивание в трубопроводах и перемешивание с помощью сопел и насосов.

Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена по – разному в зависимости от цели перемешивания (для суспензий это равномерность распределения твердой фазы в объеме аппарата; при интенсификации тепловых процессов – отношение коэффициентов тепло- или массоотдачи при перемешивании и без него).

Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированной продолжительности процесса (для механических мешалок).

Механическое перемешивание – это перемешивание с введением в перемешиваемую среду механической энергии из внешнего источника. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение либо непосредственно от электродвигателя, либо через редуктор или клиноременную передачу.

При медленном движении в вязкой среде тела любой формы в тонком слое жидкости, примыкающем к его поверхности, образуется ламинарный пограничный слой, форма и толщина которого зависит от формы и размеров тела. При увеличением скорости движения происходит обрыв пограничного слоя от поверхности тела в точках, где скорость жидкости наибольшая и образование турбулентного кормового следа за движущемся телом. При этом резко возрастает сопротивление среды движению тела. Окружная скорость имеет, наибольшее значение на периферии мешалки, в данной области образуется зона пониженного давления, куда устремляется жидкость, находящаяся в аппарате. Процесс перемешивания описывается критериальным уравнением.

где Г1 , Г2 – симплексы геометрического подобия.

 

В дальнейшем будем использовать модифицированные критерии Эйлера (Euм), Рейнольдса (Reм) и Фруда (Frм). Вместо линейной скорости, в модифицированные критерии подставляется величина nd, пропорциональная окружной скорости мешалки ωокр.

где d –диаметр мешалки.

 

 

В критерий Эйлера входит разность давлений Δp между передней (со стороны набегания потока) и задней плоскостями лопасти мешалки. Этот перепад давлений, преодолеваемый усилием Р, приложенным к валу мешалки, выражают через полезную мощность N, сообщаемую жидкости.

N ~ P(nd)

~ – пропорциональна.

 

Тогда перепад давления можно заменить пропорциональной величиной.

Критерий Euм , выраженный в таком виде, называют критерием мощности. Соответственно обобщенное уравнение гидродинамики для процессов перемешивания принимает вид:

Влияние силы тяжести сказывается на образовании воронки и волн на свободной поверхности перемешиваемой жидкости. При наличии в аппарате отражательных перегородок влиянием силы тяжести можно пренебречь. В этом случае:

 

При перемешивании механическими мешалками различают два режима перемешивания: ламинарный (Reм<30) соответствует интенсивному перемешиванию, при котором жидкость плавно обтекает кромки лопасти мешалки, захватывается лопастями и вращается вместе с ними.

С увеличением числа оборотов мешалки возрастает сопротивление среды вращению мешалки, вызванное турбулизацией пограничного слоя и образованием турбулентного кормового следа в пространстве за движущимися лопастями. При Reм > 102 возникает турбулентный режим перемешивания. В области развитой турбулентности (Reм >105) критерий КN практически не зависит от Reм


1 – лопастная;

2 – лопастная с перегородками;

3 – турбинная;

4 – пропеллерная.

 

 

Механические перемешивающие устройства состоят из трех основных частей: собственно мешалки, вала и провода.

По устройству лопастей различают мешалки лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные.

По типу создаваемого мешалкой потока жидкости в аппарате различают мешалки, обеспечивающие тангенциальное, радиальное, осевое и смешанное течения.

При тангенциальном течении жидкость в аппарате движется преимущественно по концентрическим окружностям, параллельным плоскости вращения мешалки. Перемешивание происходит за счет вихрей возникающих на кромках мешалки. Качество перемешивания будет наихудшим, когда скорость вращения жидкости равна скорости вращения мешалки. Радиальное течение характеризуется направленным движением жидкости от мешалки к стенкам аппарата перпендикулярно оси вращения мешалки. Осевое течение жидкости направлено параллельно оси вращения мешалки.

Мешалки лопастного типа. Лопастными мешалками называются устройства, состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольного сечения, закрепленных на вращающемся вертикальном или наклонном валу. К лопастным мешалкам относятся также и некоторые мешалки специального назначения: рамные и листовые.

Основные достоинства лопастных мешалок – простота устройства и невысокая стоимость изготовления. К недостаткам, следует отнести слабый осевой поток, не обеспечивающий достаточно полного перемешивания по всему объему аппарата.

Некоторое увеличение осевого потока жидкости достигается при наклоне лопастей под углом 30 – 450 к оси вала. При перемешивании лопастными мешалками в аппаратах с большим отношением высоты к диаметру используются многорядные двухлопастные мешалки с установкой на валу нескольких рядов мешалок, повернутых друг относительно друга на 900. Расстояние между отдельными рядами выбирают в пределах (0,3 – 0,8d),

d – диаметр мешалки.

 
 

 


Листовая мешалка. Она применяется для перемешивания маловязких жидкостей, интенсификации процессов теплообмена, при проведении химических реакций в объеме и растворении. Они создают тангенциальное течение перемешиваемой среды.

Обычно для лопастных мешалок принимают следующие соотношения:

d = (0,66 – 0,9) D, ширина лопасти b =(0,1 – 0,2)D, высота уровня жидкости в сосуде H = (0,8 – 1,3)D.

 
 

 


Пропеллерные мешалки. Рабочей частью пропеллерной мешалки является пропеллер – устройство с несколькими фасонными лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта. Наибольшее распространение получили трехлопастные пропеллеры. На одном валу может быть несколько пропеллеров. Вследствие более обтекаемой формы пропеллерные мешалки потребляют меньшую мощность, чем мешалки прочих типов. К достоинству их можно отнести высокую скорость вращения и возможность непосредственного присоединения мешалки к электродвигателю (уменьшение механических потерь).

Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки перемешиваемой среды. Недостатком пропеллерных мешалок является сложность конструкции и высокая стоимость изготовления. Для пропеллерных мешалок принимают следующие соотношения основных размеров. Диаметр мешалки: d = (0,2 – 0,5) D, расстояние от мешалки до дна сосуда h=(0,5 – 1,0) d, высота уровня жидкости в сосуде H = (0,8 – 1,2)D, число оборотов пропеллерных мешалок достигает 40 в секунду.

Турбинные мешалки. Эти мешалки имеют форму колес водяных турбин с плоскими, наклонными лопатками, укрепленными, как правило, на вертикальном валу. В аппаратах с турбинными мешалками создаются преимущественно радиальные потоки жидкости. При работе турбинных мешалок с большим числом оборотов наряду с радиальным потоком возможно возникновение тангенциального течения содержимого аппарата и образование воронки. При больших значениях отношение высоты к диаметру аппарата применяют многорядные турбинные мешалки. В зависимости от области применения турбинные мешалки обычно имеют диаметр d = (0,15 – 0,65) D, при отношении высоты уровня жидкости к диаметру аппарата не более двух, число оборотов мешалки колеблется в пределах 2-5 в сек.

 
 

 

 


Турбинная мешалка, открытая с прямыми лопатками. Закрытая мешалка имеет два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости; диски сверху и снизу привариваются к плоским лопастям. Жидкость поступает в мешалку параллельно оси вала, выбрасывается мешалкой в радиальном направлении и достигает наиболее удаленных точек аппарата.

Специальные мешалки: барабанные применяются для проведения химических реакций и получения эмульсий. Они состоят из двух цилиндрических колец соединенных между собой вертикальными лопастями прямоугольного сечения.

Дисковые – представляют собой диск (гладкий или зубчатый) вращающийся с большой скоростью на вертикальном валу.

Вибрационные – состоят из вала с закрепленным на него одним или несколькими перфорированными дисками. Диски совершают возвратно – поступательное движение.

Пневматическое перемешивание – сжатым инертным газом или воздухом используют в тех случаях, когда перемешиваемая жидкость отличается большой химической активностью и быстро разрушает механические мешалки.

Перемешивание сжатым газом является малоинтенсивным процессом. Расход энергии больше, чем при механическом перемешивании.

Перемешивание сжатым газом проводят в аппаратах, снабженных специальными устройствами – барботером или центральной циркуляционной трубой. Барботер представляет собой расположенные по дну аппарата трубы с отверстиями, с помощью которых осуществляется барботаж газа через слой обрабатываемой жидкости. При циркуляционном (эрлифтном) перемешивании газ подают в циркуляционную трубу. Пузырьки газа увлекают за собой вверх по трубе жидкость, находящуюся в сосуде, которая за тем опускается вниз в кольцевом пространстве между трубой и стенками аппарата, обеспечивая циркуляционное перемешивание жидкости.

Перемешивание в трубопроводах является простейшим способом перемешивания жидкостей, применяемым при транспортировании их по трубопроводам. Перемешивание в трубопроводе происходит под действием турбулентных пульсаций. Часто для улучшения перемешивания жидкостей в трубопровод помещают специальные вставки и винтовые насадки.

 

Перемешивание с помощью сопел и насосов

 

Сопла в аппаратах применяют для перемешивания газообразных и капельных жидкостей – чаще всего циркуляционным способом.

Струя жидкости, вытекающая из сопла, передают за счет внутреннего трения часть своей кинетической энергии принимающим слоям жидкости, приводя их в движение. В пространстве, которое занимает эти слои, возникают разряжение. Снижение давления, заставляет жидкость подсасываться в эту часть пространства. Такая последовательность взаимодействия струи и находящейся в аппарате жидкости происходит непрерывно и многократно, обеспечивая перемешивание содержимого аппарата.

Сопла для капельных жидкостей, применяют обычно совместно с циркуляционным насосом, который сообщает жидкости, подаваемой в сопло, необходимую кинетическую энергию.

 

 

Разделение неоднородных систем

 

Неоднородные системы и методы их разделения

 

Неоднородными, или гетерогенными, системами называют системы, состоящие из двух или нескольких фаз. Любая неоднородная система состоит из дисперсной (внутренней) фазы и дисперсионной среды, или сплошной (внешней) фазы, в которой распределены частицы дисперсной фазы.

В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Суспензии – неоднородные системы, состоящие из жидких и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц (в мкм) суспензии условно разделяются на грубые (более 100), тонкие (0,5 – 100) и мути (0,1 – 0,5).

Переходную область между суспензиями и истинными растворами (гомогенные системы) занимают коллоидными растворы, в которых размеры частиц, находящихся в жидкости, являются средними между размерами молекул и частиц взвесей.

Эмульсии – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающиеся с первой. Величина частиц дисперсной фазы может колебаться в широких пределах. С увеличением концентрации дисперсной фазы появляется возможность обращения (инверсии) фаз. В результате слияния (коалесценции) капель дисперсная фаза становится сплошной.

Пены – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа. Эти газо-жидкостные системы по своим свойствам близки к эмульсиям.

Пыли и дымы – системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого вещества. Размеры твердых частиц пылей составляют приблизительно 3 – 70 мкм. Дымы получаются в процессах конденсации паров (газов) при переходе их в жидкость или твердое состояние, при этом образуются твердые взвешенные в газе частицы размерами 0,3 – 5 мкм. При образовании дисперсной фазы из частиц жидкости примерно таких же размеров (0,3 – 5 мкм) возникают системы, называемые туманами.

Применяют следующие основные типы разделения: 1) осаждение; 2) фильтрование; 3) центрифугирование; 4) мокрое разделение.

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, сил инерции (в том числе центробежных) или электростатических сил.

Фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей, чем путем осаждения.

Центрифугирование – процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил. Под действием этих сил осаждения сочетается с уплотнением образующегося осадка.

Мокрое разделение – процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой – либо жидкостью. Оно происходит под действием сил тяжести.

 

Разделение жидких систем

Материальный баланс процесса разделения

 

Введем обозначения:

Gсм , Gосв , Gос – количество исходной смеси, осветленной жидкости и получаемого осадка, кг;

хсм , хосв , хос – содержание дисперсной фазы в исходной смеси, осветленной жидкости и осадке, массовые доли, кг а/кг (а+b).

 

При отсутствии потерь вещества в процессе разделения уравнения материального баланса имеют вид:

по общему количеству веществ

(1)

по дисперсной фазе

(2)

Совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет определить:

 

Отстаивание

 

Скорость стесненного осаждения. Отстойники.

 

Опыт показывает, что при отстаивании наблюдается постепенное увеличение концентрации диспергированных частиц в аппарате по направлению сверху вниз.

 

Схема процесса отстаивания Зависимость скорости отстаивания от времени

 

 

1 – слой осадка (шлама); 2 – зона сгущенной суспензии; 3 – зона свободного осаждения (коллективное); 4 – осветленная жидкость.

 

В начале осаждаются более крупные частицы, вызывающие наиболее интенсивное обратное движение жидкости. Однако по мере уменьшения концентрации этих частиц тормозящее влияние обратного тока жидкости ослабевает и скорость отстаивания возрастает (аb) до момента установления динамического равновесия между действующей силой (весом) и силой сопротивления среды. В последующий период совместного осаждения частиц происходит с постоянной скоростью (bс). Завершающая и наиболее медленная стадия процесса – уплотнение осадка. Частицы располагаются настолько близко друг от друга, что вытеснение жидкости становится все более затруднительным – здесь происходит уменьшение скорости осаждения (сd).

Различают аппараты периодического, непрерывного и полунепрерывного действия.

Периодически действующие отстойники представляют собой низкие бассейны без перемешивающих устройств. После того как произойдет разделение слой осветленной жидкости декантируют, т.е. сливают через сифонную трубку или краны, расположенные выше уровня осевшего осадка. Размеры и форма аппаратов зависят от концентрации диспергированной фазы и размеров ее частиц (крупные частицы – меньше диаметр, скорость осаждения обратно пропорциональна вязкости, которая уменьшается с увеличением температуры) коническое днище.

 

Полунепрерывный способ – жидкость поступает и удаляется непрерывно, а осадок выгружается из аппарата периодически – бетонные бассейны.

 

Отстойники полунепрерывного действия с наклонными перегородками

 
 

 


1 – штуцер для ввода исходной суспензии; 2 – корпус; 3 – наклонные перегородки, которые увеличивают время пребывания жидкости и поверхность осаждения в аппарате; 4 – бункера для осадка; 5 – штуцер для непрерывного отвода осветленной жидкости.

 

 

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой

 
 

 


1 – корпус; 2 – кольцевой желоб; 3 – мешалка; 4 – лопасти с гребками; 5 – труба для подачи исходной суспензии; 6 – штуцер для вывода осветленной жидкости; 7 – разгрузочное устройство для осадка; 8 – электродвигатель.

 

Мешалка делает 0,015 до 0,5 об/мин. Осадок – текучая сгущенная суспензия (с концентрацией твердой фазы 35 – 55%) удаляется с помощью диафрагмового насоса. Осадок направляется во второй отстойник для отмывки водой и последующего отстаивания. Осадок, полученный во втором аппарате, будет содержать такое же количество жидкости, что и осадок в первом отстойнике, но уже значительно разбавленный водой. При наличии нескольких последовательно соединенных отстойников можно удалить из осадка до 97 –

98 % жидкости.

 

Схема непрерывной противоточной отмывки осадка от жидкости

 
 

 

 


Гребковые отстойники обладают следующими достоинствами: большая производительность (иногда 3000 т/сутки осадка), равномерная плотность осадка, обеспечивается более эффективное обезвоживание осадка. К недостаткам можно отнести их громоздкость (d = от 1,8 до 30м, иногда 100м).

 

Многоярусные отстойники (закрытого и сбалансированного типа)

 
 

 


1 – распределитель исходной смеси; 2 – труба – стакан для ввода суспензии в каждый ярус; 3 – коллектор для сбора осветленной жидкости; 4 – сборник осадка.

 

В местах прохода вала сквозь днище каждого отстойника установлены уплотняющие сальники.

Отстойники проектируются в расчете на осаждение самых мелких частиц, находящихся в исходной смеси.

Пусть за время τ (сек) суспензия разделяется на слой сгущенной суспензии и слой осветленной жидкости высотой h (м). При поверхности осаждения F (м2) объем осветленной жидкости, получаемой в единицу времени, Vосв3/сек):

(1)

 

За то же время частицы, осаждающиеся со скоростью ωст , должны проходить путь h (м):

(2)

Подставив (2) в (1) получим:

 

Производительность отстойника зависит от скорости и поверхности осаждения.

Высота отстойника – 1,8 – 4,5 м.

 

Необходимую поверхность осаждения находим из выражения:

(3)

 

, тогда: (4)

 

 

 

Фильтрование

 

При этом суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок.

Разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки создают разными способами, в результате чего осуществляют различные процессы фильтрования.

Если пространство над суспензией сообщают с источником сжатого газа или пространство под фильтровальной перегородкой присоединяют к источнику вакуума, то происходит процесс фильтрования при постоянной разности давлений.

Если суспензию подают на фильтр поршневым насосом, производительность которого при данном числе оборотов электродвигателя постоянная, то осуществляется процесс фильтрования при постоянной скорости.

Если суспензию транспортируют на фильтр центробежным насосом, производительность которого при данном числе оборотов электродвигателя уменьшается при возрастании сопротивления, осадка, что обуславливает повышение разности давлений, то производится процесс фильтрования при переменных разности давлений и скорости.

Процесс фильтрования может идти: с образованием осадка, с закупориванием пор, промежуточный вид.

При разделении суспензий с небольшой концентрацией тонкодисперсной твердой фазы часто применяют фильтровальные вспомогательные материалы: перлит, диатомит, асбест, целлюлозу, древесную муку (не более 50 мм).

Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке при разделении суспензий, подразделяют на несжимаемые и сжимаемые. Под несжимаемыми понимают такие осадки, в которых пористость, т.е. отношение объема пор к объему осадка, не уменьшается при увеличении разности давлений (неорганические вещества размером более 100 мкм) (к сильно сжимаемым относятся осадки гидратов окисей металлов – алюминия, меди).

Промывка, продувка и сушка осадка.

Промывку выполняют двумя способами – вытеснения и разбавления.

Продувка. Часть жидкости из пор до достижения равновесной влажности.

Сушка – получить осадок с окончательной влажностью менее равновесной.

 

Уравнения фильтрования

 

Скорость процесса пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению. Т.к. в процессе фильтрования значения разности давлений и гидравлического сопротивления мешаются, то переменную скорость фильтрования (м/сек) выражают в дифференциальной форме:

 

где V – объем фильтрата, м3;

S – поверхность фильтрования, м2;

Δр – разность давлений, Н/м2;

μ – вязкость жидкой фазы суспензии, Н·сек/м2.

 

 

где r0 – удельное объемное сопротивление слоя осадка, м-2, характеризует сопротивление, оказываемое потоку жидкой фазы равномерным слоем осадка толщиной 1м;

х0 – отношение объема осадка и объему фильтрата.

 

 

и то, что равномерного слоя осадка по перегородке:

 

таким образом, удельное сопротивление осадка численно равно разности давлений, необходимой для того, чтобы жидкая фаза с вязкостью 1Н·сек/м2 фильтровалась со скоростью 1м/сек сквозь слой осадка толщиной 1м.

V = 0 в начале

 

Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений, Δp = сonst:

 

Уравнение фильтрования при постоянной скорости процесса, W = const:

 

Уравнение фильтрования при постоянных разности давлений и скорости:

Если чистая жидкость фильтруется через слой осадка постоянной толщины.

 

Определение постоянных в уравнениях фильтрования. Преобразуя уравнение фильтрования при постоянной разности давлений:

(3)

где (1)

(2)

При Δp = const и t = const все величины входящие в правые части равенства (1) и (2) постоянны.

 
 

 


Тогда выражение (3) является уравнением прямой линии, наклоненной к горизонтальной оси под углом, тангенс которого равен М, и отсекающей на оси ординат отрезок N.

+++++++++++++++ +++++++++++++++++++ +++++++++++

 

Направление фильтрования

 

Взаимные направления действия силы тяжести и движения фильтрата в фильтрах

 
 

 

 


а – направления совпадают; б – направления противоположны; в – направления перпендикулярны; сплошные стрелки – направление действия силы тяжести; пунктирные стрелки – направление движения фильтрата; 1 – фильтровальная перегородка; 2 – осадок; 3 – суспензия; 4 – фильтрат; 5 – чистая жидкость.

 

Уравнение при ΔP = const

Тфильт = const, все величины за исключением V и τ постоянны.

Проинтегрируем:

 

или

Разделим обе части уравнения на

 

Из уравнения следует, что по мере увеличения объема фильтрата, а следовательно, и продолжительности фильтрования скорость фильтрования уменьшается.

+++++++++++++++ +++++++++++++++++++ +++++++++++

Последнее изменение этой страницы: 2017-07-07

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...