Материал: 6) Электроосаждение, фильтрование

Эффективность работы инерционных каплеуловителей увеличивается с ростом скорости потока газа wп . Однако с определенного значения wп эффективность сепарации начинает уменьшаться из-за возникновения вторичного уноса капель. Критическая скорость потока газа wпкр устанавливается экспериментально.

4.4. Фильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения НС при помощи пористых перегородок, задерживающих дисперсную фазу, но пропускающих дисперсионную среду.

Фильтрование применяют в промышленности для тонкого разделения ЖНС и ГНС. С его помощью можно получить значительно более полную, чем в процессах осаждения, очистку жидкости или газа от вредных примесей.

Впроцессе фильтрования твердые частицы либо задерживаются на поверхности фильтровальной перегородки, образуя осадок, либо проникают в её глубину, задерживаясь в порах. В соответствии с этим различают фильтрование с образованием осадка и фильтрование с закупориванием пор.

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений до и после фильтра. Перепад давления может быть создан полем гравитационных, центробежных сил и полем поверхностных сил давления.

Фильтровальные перегородки. Фильтровальные перегородки оказывают определяющее влияние на качество фильтрования.

Различают гибкие фильтровальные перегородки: хлопчатобумажные, шерстяные, синтетические и стеклянные ткани; сетки; нетканые материалы; негибкие: жесткие – керамика, металлокерамика, пористая пластмасса и т.п.; и нежесткие – песчаные, гравийные фильтры и т.п.

Впромышленности для фильтрования суспензий применяют, в основном, гибкие перегородки. При этом реализуется процесс фильтрования с образованием осадка. Фильтрование с закупориванием пор встречается при осветлении жидкостей.

Осадки. Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке при разделении суспензий, подразделяются на несжимаемые и сжимаемые. Если порозность осадка

при увеличении разности давлений р не меняется, то осадок называется

несжимаемым и наоборот, если с увеличением р уменьшается , то осадок сжимаемый.

Несжимаемые осадки: частицы песка, кристаллы карбоната кальция и бикарбоната кальция. Сжимаемые осадки: гидраты окисей металлов, например, алюминия, железа, меди и т.п.

Уменьшение порозности осадка приводит к уменьшению эквивалентного диаметра канала и к резкому увеличению гидравлического сопротивления слоя осадка. Поэтому фильтрование в случае образования сжимаемых осадков проводят обычно под вакуумом.

4.4.1. Основное уравнение фильтрования

Рис. 4.15 Схема фильтра для разделения суспензий.

Пусть движущая сила процесса фильтрования p создана столбом жидкости или поверхностными силами давления.

Рис. 4.16 Схема фильтровальной перегородки и осадка

Определим значение скорости фильтрования wф . Скорость фильтрования wф -

это фиктивная скорость, отнесенная ко всей площади фильтрующей перегородки S . Высота слоя осадка, следовательно и его гидравлическое сопротивление, меняются с течением времени. Поэтому по времени меняется и wф . Переменную скорость

фильтрования определим в дифференциальной форме:

сопротивления осадка. Для расчета гидравлического сопротивления неподвижного зернистого слоя была получена следующая формула:

Обычно ввиду небольшого размера пор в слое осадка, а также малой скорости движения жидкой фазы в порах можно считать, что фильтрование в пределах осадка

фильтрата.

Аналогичная формула может быть записана и для фильтрующей перегородки:

(4.16)

Для получения полного гидравлического сопротивления фильтра, который равняется р р1 р2 необходимо сложить гидравлические сопротивления осадка и фильтрующей перегородки:

Сопротивление фильтровальной перегородки Rф может быть принято

постоянной величиной. Считаем, что процесс с образованием осадка, в порах фильтровальной перегородки изменения не происходят. В процессе фильтрования

Перепишем уравнение (4.19) с учетом (4.22):

Это и есть основное уравнение фильтрования. Из уравнения (4.23) видно, что производительность фильтра зависит прямо пропорционально от перепада давленияр .Производительность фильтра увеличивается с уменьшением вязкости фильтрата

сжатого воздуха или вакуумирования.

В уравнении (4.23) разделим переменную и проинтегрируем левую часть уравнения в пределах от 0 до V , а правую – от 0 до t .

Пусть wф const . Такой рабочий режим осуществляется путем нагнетания

суспензии поршневым насосом. Сопротивление, встречаемое потоком фильтрата, растет с ростом толщины осадка hос . Поэтому постоянство wф может быть

Уравнения (4.28) – (4.30) применимы к несжимаемым осадкам. При использовании их для сжимаемых осадков необходимо учесть зависимость удельного сопротивления осадка r0 от p .

4.4.2. Фильтрование в поле центробежных сил

Движущая сила процесса p , от которой зависит интенсивность процесса фильтрования, может быть сформирована при осуществлении процесса в поле центробежных сил – в аппаратах, называемых фильтрующими центрифугами.

Для определения p выделим в барабане центрифуги на радиусе r элементарный кольцевой слой толщиной dr , высотой - L . Запишем условия равновесия сил для этого элементарного объема суспензии с плотностью :

p dp 2 rL p2 rL 2rdm