Suspensiyalarni filtrlash orqali ajratish jarayonini tadqiq qilish

LABORATORIYA 6

SUSPENSIYALARNI FILTRLASH ORQALI AJRATISH JARAYONINI TADQIQ QILISH

Suyuqlik va qattiq zarrachalardan tashkil topgan turli jinsli sistema suspenziya deb ataladi. Qattiq zarrachalar oʼlchamiga qarab suspenziyalar shartli ravishda quyidagi turlarga boʼlinadi: dagʼal (>100 mkm); mayin (0,5...100 mkm); loyqa (0,1...0,5 mkm) suspenziyalar va kolloid eritmalar ( 0,1kam mkm). Amalda, suspenziyalarning barcha turlari, asosan, har xil zarracha o'lchamlari, ya'ni polidispers tizimlari bilan uchraydi.

Filtrlash - bu suyuqlikni o'tkazishga qodir bo'lgan, ammo qattiq zarrachalarni ushlab turadigan g’ovakli to'siq yordamida suspenziyalarni ajratish jarayoni.

Filtrni yaxshi ishlashi asosan filtr to'siqlarining xususiyatlariga bog'liq. Filtrlovchi to’siqlar turli xil matolardan tayyorlanadi: paxtadan (bo’z, chit, surp, g’azlama, va boshqalar), jundan (sukno, bayka, voylok), sintetik tolali matolardan (polivinilxlorid, perxlorovinil, poliamid, lavsan va boshqalar), mineral kelib chiqishi tolali matolar (asbest, shisha va boshqalar). So'nggi yillarda g’ovakli metall, keramika va metall-keramika filtrlash to’siqlari tobora ko'proq foydalanilmoqda.

U yoki bu filtrlovchini tanlash quyidagilarga bog'liq:

-g’ovakliligi (teshiklarning o'lchamlari bo'linmada cho'kuvchi zarrachalari ushlanib qoladigan darajada bo'lishi kerak);

- filtrlanadigan muhit ta'siriga kimyoviy barqaror bo’lishi;

- etarlicha mexanik mustaxkam;

- filtratsiya haroratida issiqlikka chidamlilik.

Filtrlash jarayonining harakatlantiruvchi kuchi filtrlash panjarasining har ikki tomonidagi bosim farqi dir. Harakatlantiruvchi kuch yaratiladi:

- filtrlash qismiga quyilgan suspenziya qatlamining o'zing og’irligi;

- suspenziyani bosim ostida filtrga berish, masalan, filtr presslarida bosim 0,3 1,2 MPa bo'lishi mumkin, ya'ni. 3 2 kgs / sm²;

- filtrlash bo'limi ostida vakuum hosil qilish, masalan, sanoat vakuum filtrlarida vakuum 5·10⁴ 9·10⁴ Pa, ya'ni 600 650 mm.s.u.

Vaqti-vaqti bilan ishlaydigan filtrning ishlashining to'liq tsikliga apparatni ishlashga tayyorlash, suspenziyani yuklash, filtrlash, yuvish, puflash, quritish va tushirish kiradi. Filtrlash, yuvish, puflash va quritish asosiy operatsiyalar deb ataladi va apparatni tayyorlash, suspenziyani yuklash va cho'kindi tushirish yordamchi hisoblanadi. Asosiy operatsiyalarning davomiyligi filtrat hajmi bilan bog'liq. Yordamchi operatsiyalarning davomiyligi filtrning tuzilishiga va uning ishlash sharoitlariga bog'liqligi.

Filtrning unimdorligi filtrlash tezligi bilan tavsiflanadi, ya'ni vaqt birligiga filtr yuzasining 1 m² dan o'tadigan filtrat miqdori:

(6.1)sde

bu erda V - filtr yuzasining 1 m² dan o'tadigan filtrat hajmi, m³/m²; - jarayonning davomiyligi,s; - filtrlash jarayonining harakatlantiruvchi kuchi (faqat doimiy bosim tushishi holati ko'rib chiqiladi), Pa; R - filtrlashga qarshilik, Pa·s/m.

Filtrlash qarshiligi - bu cho'kmaning qarshiligi R_ch va filtrlovchi to'siqlarining qarshiligi R_ft:

R= R_ch+ R_ft (6.2)

Cho'kmaning qarshiligi ajralib chiqqan cho'kmaning miqdori bilan proportsionaldir, demak o'tgan filtrat miqdoriga bilan proportsional bo'lsa, unda:

R_ch=k’V,

bu erda k’ - proportsional koeffitsienti, bu dastlabki suspenziyadagi qattiq fazaning konsentratsiyasiga, qattiq fazaning zarracha kattaligiga, suyuqlik fazasining qovushqoqligi va zichligiga bog'liq.

Filtrlovchi to’siqning gidravlik qarshiligi, filtratsiya jarayoniga bo'linma bilan bir xil qarshilik ko'rsatadigan va tegishli miqdordagi filtrat C (m³/ m²) bilan ifodalangan cho'kma qatlamining qarshiligi bilan almashtirilishi mumkin:

R_f= k’C.

Olingan R_ch va R_ft qiymatlarini (6.2) va (6.1) tenglamalarga qo’yib, o'zgaruvchilarni bo’lib va = 0, V = 0 boshlang'ich shartlari bilan iintegratsiyalash, kichik o’zgartirishdan so'ng biz filtratsiya tenglamasini olamiz:

V²+2CV=K ,

C- filtrlash qismining gidravlik qarshiligini tavsiflovchi filtrlash konstantasi, m²/m³; K-filtrlash konstantasi, filtrlash jarayonining rejimi, filtrning harakatlantiruvchi kuchi va cho'kma va suyuqlikning fizik-kimyoviy xususiyatlari (m²/s):

bu erda - filtratning qovushqoqligi, Pa·s; – cho’kmaning o'ziga xos hajm qarshiligi, m^-2, 1 m fazasining qalinligi bilan suyuqlik fazasi oqimiga beriladigan qarshilikni tavsiflaydi; -cho'kma hajmining filtrat hajmiga nisbati bilan proportsionallik koeffitsienti.

K va C filtrlash konstantalarining son qiymatlarini jarayon boshidanoq sobit vaqt oralig'ida olingan filtrat hajmlarini eksperimental o'lchovlar orqali topish mumkin. K va C qiymatlari kichik sirt maydoni bo'lgan filtrda olingan eksperimental ma'lumotlardan aniqlanishi va keyinchalik filtrlash yuzasi ancha katta bo'lgan sanoat filtratsiyasini hisoblash uchun ishlatilishi juda muhimdir. Agar qaramlikning K va C konstantalari (6.3) ma'lum bo'lsa, unda filtrning o'ziga xos mahsuldorligini hisoblash va keyin filtrning ma'lum mahsuldorligi uchun talab qilinadigan filtrlash sirtini, shuningdek, filtrlash uskunasini loyihalashda zarur bo'lgan pirojniyni yuvish vaqtini aniqlash mumkin.

K va C konstantalarini aniqlash uchun sinov suspenziyasini laboratoriya filtrida ajratish bo'yicha tajribalar o'tkaziladi. Jarayonning davomiyligini sanoat filtrida hisoblash laboratoriya va sanoat filtrlari uchun K va C konstantalarining bir xil qiymatlari bilan mumkin. Ushbu tenglikni, masalan, quyidagi shartlarni bajarish orqali ta'minlash mumkin:

a) sanoat va laboratoriya filtrida bir xil bosim pasayishi va bir xil mutlaq bosim;

b) bir xil filtr bo'limlari;

v) bir xil dastlabki suspenziyalar va harorat.

(6.3) tenglamani KV ga bo'lish, ba'zi o'zgarishlardan so'ng quyidagilarga erishamiz:

V- koordinatalarda (6-1-rasm) bu tenglama α burchak ostida abstsessa o'qiga moyil bo'lgan to'g'ri chiziq bilan tasvirlangan, uning tangensi t𝗀α = 1/K ga teng. Ushbu chiziq ordinatalar o'qida (V =0 da) 2C/K ga teng bo'lakni kesib o’tadi.

Rasm: 6-1. K va S filtrlash jarayonining konstantalari ta'rifiga.

Cho’kmani yuvish paytida qattiq fazaning miqdori doimiy bo'ladi va agar cho’kma siqilmagan bo'lsa, unda uning qarshiligi ham o'zgarishsiz qoladi. Keyin yuvish darajasi oxirgi daqiqada filtratsiya tezligiga teng bo'ladi, agar yuvish suyuqligi xususiyatlariga yaqin bo'lsa (asosan qovushqoq bo’lsa):

Bundan

bu erda - yuvish vaqti, s; filtrning har bir kvadrat metri uchun yuvish suyuqligining hajmi, m³/m². Texnologik sabablarga ko'ra aniqlanadi.

Tenglama (6.5), agar yuvuvchi suyuqligining qovushqoqligi filtratning qovushqoqligiga yaqin bo'lsa, agar yuvuvchi suyuqligi filtr singari filtrdan o'tib ketsa.