ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фильтрование из "Теоретические основы типовых процессов химической технологии" Фильтрование — процесс разделения суспензий и газовых взвесей с помощью пористых перегородок, задерл ивающих дисперсную и пропускающих сплошную фазу. Аппараты для проведения этого процесса называются фильтрами. Как указывалось, движущей силой процесса является разность давлений в разделяемой дисперсии и за перегородкой. Она расходуется на преодоление гидравлического сопротивления движению сплошной фазы через слой осадка и фильтровальную перегородку. [c.249] Теоретические основы процессов фильтрования неоднородных жидких и газовых систем идентичны. Различие заключается в аппаратурном оформлении этих процессов. [c.249] При относительно большом содержании дисперсной фазы в суспензии частицы размером меньше пор могут образовать перед входом в них сводики из мелких частиц, препятствующие проникновению этих частиц, внутрь пор. [c.250] Во всех случаях процесс фильтрования стремятся организовать так, чтобы он протекал с образованием осадка и по возможности исключалась закупорка пор фильтровальной перегородки. В связи с этим в последнее время широко используются специальные вспомогательные вещества, особенно для фильтрования разбавленных суспензий. Эти вещества образуют на перегородке осадок, улавливающий мелкие частицы. [c.250] Число частиц в единице объема слоя п равно отношению объема, занятого частицами 1 — е, к объему одной частицы, т. е. [c.251] Выражение (П1.82) называется уравнением Козени — Кармана. По данным разных авторов константа k в правой части этого уравнения колеблется в пределах 150—200. [c.251] Это—основное уравнение процесса фильтрования. Путем его интегрирования определяется связь между объемом получающегося фильтрата и продолжительностью процесса, учитывающая существенные характеристики суспензии ( л, г, х) и фильтра Р,На). а также условия проведения процесса (Ар). [c.252] В такой форме уравнение, описывающее кинетику процесса фильтрования, удобно для определения удельного сопротивления осадка и сопротивления фильтровальной перегородки по опытным данным. Для этого строят график зависимости xlq = f(q). Для несжимаемого осадка получается прямая линия, отсекающая на оси ординат (при == 0) отрезок, равный С, и имеющая тангенс угла наклона k. Отклонение опытных данных от такой линейной зависимости указывает на то, что в рассматриваемом процессе происходит изменение удельного сопротивления осадка, обусловленное его деформацией. [c.253] Это уравнение описывает кинетику процесса фильтрования с закупориванием пор. Признаком такого процесса является линейная зависимость т от rlq. Эта зависимость используется для нахождения констант k и w . [c.255] Особенность процесса фильтрования в центрифуге заключается в возможности частичного удаления жидкости из осадка. При периодическом проведении процесса уровень жидкости при этом перемещается внутри слоя осадка к его периферии. Непрерывный процесс для получения осадка с возможно меньшим содержанием жидкости проводят так, чтобы уровень жидкости внутри осадка находился на достаточном удалении от наружной поверхности, с которой осуществляется съем осадка. При этом в формуле (111.94) вместо Но нужно использовать радиус уровня жидкости в осадке. Его определение представляет значительные трудности. Поэтому кинетику процесса при таких условиях рассчитывают по опытным данным. [c.257] Промывка осадка. Осадок, получаемый при разделении суспензии путем фильтрования, содержит сплошную фазу, которая при необходимости обеспечения высокой степени разделения должна быть из него удалена. Это достигается с помощью промывки осадка, для которой обычно используется растворитель, являющийся основным компонентом сплошной фазы суспензии. Так, если сплошной фазой является водный раствор, для промывки применяется вода. [c.257] При выборе аппаратурно-технологического оформления процесса промывки исходят из свойств осадка и промывной жидкости с учетом требований, предъявляемых к промытому осадку. По способу проведения различают вытеснительную, или фильтрационную, и так называемую репульпационную промывку. Первая заключается в промывке слоя осадка на фильтре, вторая — в перемешивании осадка и промывной жидкости (получении пульпы) с последующим разделением жидкой и твердой фаз. В процессах промывки сравнительно легко удаляется свободная жидкость. Удаление же связанной жидкости происходит значительно медленнее. Определяющую роль ири этом играют процессы массопереноса внутри капиллярно-пористых частиц. Механизм и кинетика процессов массопереноса рассматриваются в гл. V. Репульпационная промывка проводится в специальном оборудовании, работающем независимо от фильтров, на которых получается исходный осадок. Фильтрационная промывка осуществляется обычно на том же фильтре, на котором получается осадок. Промывная жидкость разбрызгивается с помощью брызгал на открытую поверхность осадка (в вакуум-фильтрах и фильтрующих центрифугах) или подается сплошным потоком (в фильтр-прессах). Процесс фильтрационной промывки сложнее процесса фильтрования, поскольку в нем участвуют две жидкости вместо одной и он сопровождается явлениями переноса внутри частиц. Специфические трудности при анализе процессов промывки возникают, когда внутри осадка возможно движение двухфазного потока жидкости и газа. [c.258] Ниже будет рассмотрена только фильтрационная промывка, так как ее расчет важен для решения вопросов аппаратурно-технологического оформления процессов фильтрования и определения режима работы и производительности оборудования. [c.258] Зависимость состава вытекающей из осадка жидкости от времени промывки при этом изображается прямой линией (рис. 111.30). В реальном процессе только часть жидкости удаляется из осадка по механизму идеального вытеснения. Продолжительность этой стадии Тп значительно меньше продолжительности основной второй стадии, протекающей при постепенном уменьшении содержания отмываемого вещества в выходящем растворе. В течение второй стадии одновременно протекают процессы вытеснения раствора и диффузионного переноса изнутри частиц в промывную жидкость, причем с увеличением продолжительности процесса относительный вклад процесса вытеснения быстро убывает. Поэтому вторую стадию процесса промывки следует считать диффузионной. [c.259] Приведенные зависимости часто удовлетворительно согласуются с опытными данными. В некоторых случаях получаются, однако, более сложные зависимости показателей процесса промывки от определяющих их параметров. Причиной этого является изменение структуры осадка в процессе промывки. Для осадков, представляющих собой агрегированные частицы, это может быть обусловлено разрушением агрегатов мелких частиц за счет уменьшения сил взаимодействия между ними вследствие изменения состава раствора, заполняющего свободное пространство осадка. [c.261] Приведенные соотношения являются приближенными, поскольку основаны на упрощенной модели. Помимо отмеченных выше затруднений, связанных с изменением структуры осадка, промывка на фильтрах непрерывного действия с орошением осадка осложняется еще проникновением в осадок газовой фазы. В результате в осадке движется двухфазная газожидкостная система. Учесть это расчетным путем чрезвычайно трудно. Поэтому результаты расчетов проверяются экспериментально и при необходимости в них вносятся коррективы. [c.261] В качестве вспомогательных фильтрующих веществ используют высокопористые порошкообразные материалы — диатомит, перлит, уголь, а также волокнистые материалы — асбест, целлюлозу, древесную муку и т. д. Иногда применяют смесь двух или более различных вспомогательных веществ, например диатомита, перлита и асбеста. Размер частиц порошкообразных материалов находится в пределах 10—50 мкм. Для повышения эффективности вспомогательных веществ их классифицируют, стремясь получить фракции с возможно более равномерным распределением частиц по размерам. Эффект от применения вспомогательных веществ достигается благодаря уменьшению удельного сопротивления осадка. [c.262] Используют вспомогательные вещества двояким образом — добавляют к исходной суспензии или предварительно наносят толстый слой на фильтровальную перегородку, а затем по мере закупоривания пор наружного слоя вспомогательного вещества его постепенно срезают. Второй способ обычно применяют, проводя процесс фильтрования на барабанных вакуум-фильтрах непрерывного действия. [c.262] Механизм действия вспомогательных веществ сложен и не вполне еще изучен. Можно считать, что основную роль играет взаимодействие частиц, содержащихся в суспензии, с поверхностью частиц вспомогательного вещества за счет поверхностных и электростатических сил. К такому заключению приводит то, что размер задерживаемых частиц часто значительно меньше размера пор, а обработка вспомогательного вещества электролитами или их добавление в суспензию существенно влияют на эффективность процесса. В ряде случаев значительный эффект дает добавление к разделяемой суспензии поверхностно-активных веществ — мыл, алкилсульфонатов и т. д. [c.262] Согласно определению, величина Хс, — отношение объема осадка 1 0 к объему фильтрата V-. [c.263] Вернуться к основной статье