ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы О математическом описании закономерностей фильтрования с образованием осадка из "Фильтрование" В данной главе, как и в других главах, затруднительно осветить по ВОЗМОЖНОСТИ полно все теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в прошедшие годы. В частности, в настоящем разделе рассматриваются преимуш,ественно такие исследования, которые позволяют составить суждение об основных проблемах фильтрования с образованием осадка соответственно их современному состоянию. Аналогично будут рассмотрены исследования в областях фильтрования с закупориванием пор перегородки (глава П1) и промывки фильтровальных осадков методов вытеснения (глава VI). [c.70] При анализе имеющегося опыта по процессам фильтрования с образованием осадка, как и по ряду других процессов разделения суспензий на фильтрах, нередко отмечается заметное несоответствие между уравнениями и практическими данными. Это иногда вызывает сомнение в значении науки для правильного описания процессов фильтрования и преувеличивает значение практического искусства в управлении этими процессами. Теоретически выведенное пли экспериментально установленное уравнение, как правило, описывает в некоторой степени упрощенный или идеализированный процесс и включает ограниченное число факторов, влияющих на процесс. За пределами уравнения могут оказаться факторы, усложняющие процесс и вызывающие расхождение между результатами расчета и практическими данными. В лаборатории возможно создать условия, когда на процесс влияют только факторы, входящие в уравнение. При этом получаемые данные соответствуют уравнению. В производственных условиях на процесс влияют также факторы, не входящие в уравнение и отражающие, в частности, побочные явления, особенности конструкции фильтра и случайные отклонения. В связи с этим возникает необходимость использовать для практических расчетов имеющиеся уравнения с эмпирическими поправками или частные эмпирические уравнения. Таким образом, в основе несоответствия между уравнениями и практическими данными находится неустранимое в настоящее время затруднение в получении уравнений, учитывающих все главные факторы, определяющие течение производственного процесса. [c.70] Рассмотрим два примера, различных по характеру. [c.70] Уравнение (11,124) для несжимаемой фильтровальной перегородки и сжимаемого осадка получено аналитически без введения допущений из равенства (11,37), примени.мого и для сжимаемых осадков, равенства (11,43), в котором п постоянно, и принятого равенства (11,49) с заменой АР на АРос. Отсюда следует, что уравнение (11,124) правильно описывает процесс фильтрования с перераспределением давления, поскольку исходные равенства не вызывают сомнений. Уравнение (11,124) не исследовано в лабораторных условиях, исключающих действие факторов, не входящих в эти равенства. В опытах на барабанном фильтре со сходящей тканью отмечено несоответствие между уравнением и опытными данными. Это может быть объяснено действием различных искажающих факторов, в частности, возникновением до-лолнительного сопротивления на границе между осадком и перегородкой, особенно существенным для осадков небольщой толщины, и сжимаемостью церегородки, а также тем, что принятое модифицированное равенство (11,49) не лучшим образом соответствует процессу. [c.71] В процессах фильтрования действуют факторы различного уровня. До некоторой степени схематично, но с достаточной для обращения с ними определенностью их можно подразделить на макрофакторы и микрофакторы. [c.71] Первые характеризуются тем, что их можно без затруднений измерить с необходимой точностью к ним относятся температура, давление, время, вязкость, концентрация, поверхность перегородки, скорости фильтрования и оседания частиц, их масса, объем фильтрата. [c.71] Вторые отличаются тем, что непосредственное измерение их с необходимой точностью затруднительно к ним принадлежат, в частности, активная пористость, характерный размер, форма и удельная поверхность частиц или пор, активная толщина двойного электрического слоя, степень пептизации или агрегирования частиц, эффекты суффозии, граничной зоны у перегородки, взаимного перемещения частиц и жидкости. [c.71] В начальный момент фильтрования общая разность давлений АР = АРф. п максимально сжимает перегородку. По мере образования осадка общая разность давлений АР=АРос-ЬАРф. п непре-рывцо перераспределяется между перегородкой и осадком, причем АРф.п уменьшается, а АРос возрастает. Сопротивление сжимаемой перегородки остается максимальным, если она не эластична, или уменьшается, если пористость приходит в равновесие с уменьшенным значением АРф. д. Среднее удельное сопротивление осадка возрастает, причем в его тонких локальных слоях пористость увеличивается, а удельное сопротивление уменьшается в направлении от перегородки к свободной поверхности осадка. Пористость каждого тонкого слоя на данном расстоянии от перегородки при возрастании АРос понижается, что сопровождается вытеснением части жидкости из пор, возникновением вторичного потока фильтрата и перемещением твердых частиц к перегородке. Эти процессы влияют на удельное сопротивление осадка (с. 61). [c.72] Особое внимание необходимо обратить на возможность возникновения дополнительного сопротивления на границе между осадком и перегородкой, которое может оказаться значительным. Указанное сопротивление исследовано недостаточно и в общепринятых уравнениях отдельно не учитывается. Предположительно дополнительное сопротивление вызывают аномалии в известных закономерностях в начале фильтрования, когда относительная величина этого сопротивления заметна, так как на перегородке находится осадок небольшой толщины. Очень упрощенной схемой возникновение рассматриваемого сопротивления -пояснено на рис. П-12. Как следует из этого рисунка, сопротивление тонкого слоя осадка и перегородки характеризуется в отдельности размерами пор Рос и рф. п. При соприкосновении осадка и перегородки поперечные сечения пор могут быть взаимно перекрыты в результате случайного расположения или деформации твердых частиц при этом дополнительное граничное сопротивление будет определяться порами меньшего размера ргр- Общее сопротивление окажется больше, чем сумма сопротивлений осадка и перегородки,, рассматриваемых в отдельности. [c.72] При длительном цикле фильтрования наблюдается миграция тонкодисперсных частиц, увлекаемых потоком жидкой фазы в осадке в направлении к перегородке. Эти частицы размещаются в порах между более грубодисперсными частицами осадка, увеличивая его среднее удельное сопротивление, и проникают в перегородку, уменьщая свободное сечение ее пор. Почти всегда наблюдаемое постепенное возрастание сопротивления перегородки связано, в частности, с миграцией твердых частиц. Интенсивность миграции определяется степенью полидисперсности суспензии и свойствами ее твердых частиц. [c.73] Удельное сопротивление осадка зависит от концентрации суспензии и скорости фильтрования, что соответственно связано с агрегированием твердых частиц в суопензии и структурой образующегося осадка. [c.73] Свободное или стесненное оседание частиц суопензии, как правило полидисперсных, сопровождает ее разделение на фильтре (см. главу IX), причем скорость оседания тем больще, чем боль-ще размер частиц и разность плотностей твердой и жидкой фаз. Перемешивание суспензии при ее разделении предотвращает оседание частиц, но при этом надлежит иметь в виду возхможность смывания наружных, более рыхлых слоев образовавщегося осадка. [c.73] Во время фильтрования не исключены пептизация или агрегирование твердых частиц с соответствующими вариациями удельного сопротивления осадка. [c.73] Наличие двойного электрического слоя у поверхности твердой фазы определяет характер взаимодействия между твердыми частицами в суспензии и уменьшает свободное сечение пор в осадке. [c.73] В ламинарных потоках в осадке может появиться небольшая турбулентность в достаточно крупных порах. [c.73] При образовании осадка на его удельное сопротивление значительно влияют пористость и характеристики твердых частиц. Рассмотрим в общих чертах влияние каждого из этих факторов в отдельности. [c.73] Извилистость, или кривизна, пор связана с изменением их по-леречнога сечения при сужениях и расширениях. Оценка влияния этого фактора на удельное сопротивление очень затруднительна, и действие его учитывается умножением толщины осадка на коэффициент больше единицы, который обычно не определяется, а входит в сопротивление осадка. [c.74] Эквивалентный размер частиц отличается большой неопределенностью при наличии частиц различных размеров и форм в полидисперсных системах, причем возможна пептизация, агрегирование и деформация частиц. Различие в способах вычисления эквивалентного размера частиц по данным одного и того же опыта приводит к различным зависимостям сопротивления от размера частиц. [c.74] Удельная поверхность в данном случае понимается как отношение поверхности частицы к ее объему. Этот фактор также отличается неопределенностью. Так, куб с ребром а и сфера с диаметром а имеют одинаковую удельную поверхность Б1а, хотя при наиболее плотной укладке пористость осадка из кубических частиц равна нулю и такая укладка не имеет свободной поверхности, а пористость осадка из сфер составляет 0,26 и такая укладка имеет полную свободную поверхность (сферы соприкасаются в точках). Значение удельной поверхности как суммы удельных поверхностей индивидуальных частиц отличается от соответствующего значения для осадка как системы индивидуальных частиц. Это объясняется наличием в осадке соприкасающихся поверхностей отдельных частиц. Величина удельной поверхности заметно различается при ее определении разными способами в опытах с одни.м и тем лее осадком. [c.74] Сферичность понимается как отношение поверхности частицы шарообразной формы к поверхности частицы неправильной формы, имеющей тот же объем. Для частиц неправильной формы установление сферичности затруднительно. [c.74] Вернуться к основной статье