Цель работы: Определить константы в уравнении фильтрования и производительность рамного фильтр-пресса.

Основные определения и теория процесса

Фильтрованием называют процесс разделения суспензий при помощи пористой перегородки, пропускающей жидкость (фильтрат) и задерживающей твердую фазу. В начальный момент фильтрования твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки, затем накапливаются на ней и образуют слой осадка, который играет роль основной фильтрующей среды. Движущей силой процесса является разность давлений над слоем осадка и под фильтровальной перегородкой. По способу создания движущей силы фильтры делятся на вакуум-фильтры и фильтры, работающие под избыточным давлением, а по режиму работы – на фильтры периодического и непрерывного действия. Устройство фильтров и принцип их работы описаны в [ 2].

Интенсивность данного процесса и производительность фильтрующей аппаратуры определяются скоростью фильтрования, т.е. количеством фильтрата, прошедшего через 1м поверхности фильтрующей перегородки за единицу времени. Для несжимаемых осадков ее можно определить по уравнению:

         ( 1 )

где W - скорость фильтрования, м³ /(м ²с);

dV - объем фильтрата, м³;

F - поверхность фильтрования, м²;

∆Р - перепад давлений, Па;

μ - вязкость фильтрата, Па·с;

R_oc , R_фп - сопротивление слоя осадка и фильтровальной перегород- ки, соответственно, м^-1;

dτ - время фильтрования, с.

В процессе фильтрования изменяется сопротивление слоя осадка, если предположить, что структура осадка однородна, то сопротивление слоя осадка можно выразить следующей зависимостью [ 2 ].

      ( 2 )

где r_o- удельное сопротивление осадка, м^-2;

x_o- относительная объемная доля твердой фазы в суспензии,

м³ осадка / м³ жидкости.

Удельное сопротивление осадка зависит от структуры осадка, формы и размера частиц и определяется экспериментально. Для несжимаемых осадков оно постоянно. Сопротивление фильтровальной перегородки R_фп принимается постоянным.

Подставив значение R_oc в уравнение (1) , получим уравнение фильтрования в дифференциальной форме

           ( 3 )

Если фильтрование происходит при постоянной разности давлений (∆P=const), то интегрирование уравнения ( 3 ) в пределах от 0 до V и от 0 до τ дает:

              ( 4 )

Разделив правую и левую части уравнения ( 4 ) на F² будем иметь

              ( 5 )

и введя обозначения

; ;                  ( 6 )

получим уравнение, которое выражает зависимость объема фильтрата, проходящего через единицу поверхности фильтровальной перегородки от продолжительности фильтрования

          ( 7 )

Чтобы определить константы С и К графическим способом уравнение ( 7 ) следует представить в виде: (после дифференцирования уравнения 7):

      ( 8 )

Рисунок 1. – Схема установки

1 – бак для суспензии

 6 – рамный фильтр-пресс

9, 13, 14 – манометры

2 – пневматическая мешалка

7 – зажимное устройство

16 – мерный сосуд

3 – насос

5, 8, 10, 11,12, 15 – вентили запорные

4 – ванна

В координатах  это уравнение выражается прямой линией, наклоненной к горизонтальной оси под углом α , тангенс которого равен 2/К, а отрезок, отсекаемый на оси ординат С/К (рис. 1) Найденные значения К и С позволяют определить константы фильтрации r_o и R_фп на основе соотношений ( 6 ).

Описание установки

Основным элементом установки является плиточно-рамный фильтр пресс, который состоит из чередующихся рам и плит рис. 1 Размеры рам в свете 315х315. Плиты и рамы опираются ручками на брусья. Между плитами и рамами помещаются тканиевые фильтровальные перегородки. Общая поверхность фильтрования зависит от числа фильтровальных перегородок и может быть изменена от опыта к опыту. Плиты и рамы прижимаются к неподвижной плите при помощи прижимного устройства.

Суспензия готовится в баке емкостью 0,75 м³ с пневматическим перемешиванием. Сжатый воздух для перемешивания подается из воздухопровода.

Суспензия в фильтр – пресс подается диафрагменным насосом. Она поступает в нижний канал фильтр – пресса и из него через отверстия в нижних стенках рам в камеры, образованные плитами и рамами. Фильтрат проходит через ткань, поднимается по желобам плит в верхний сборный канал и удаляется наружу. Осадок остается на перегородках внутри камер. Его промывают водой, сушат воздухом и выгружают.