Схема процесса фильтрования. Уравнения фильтрования. Расчет скорости фильтрования и производительности фильтров.

Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют процесс фильтрования. Фильтрование заключается в пропускании аэрозоля через фильтровальные перегородки, которые допускают прохождение воздуха, но задерживают аэрозольные частицы.

В фильтр поступает загрязненный газ, частицы примесей оседают на входной части волокнистой перегородки (фильтроэлемента) и задерживаются в порах между волокон, образуя на поверхности перегородки слой.

При приближении частицы к волокну действует несколько механизмов, которые улавливанию:

Касание. Частица переносится вдоль линии тока газа к нити или волокну (препятствию). Если частица движется мимо препятствия на расстоянии меньше своего радиуса, то она касается препятствия и захватывается.

Инерция. Частица находится на линии тока, следуя которой она прошла бы мимо препятствия, не касаясь его, но под действием инерции частица сходит с первоначальной линии тока. В результате она сталкивается с препятствием. Чем больше частица, тем больше ее инерция, лучше условия для захвата. При обычных скоростях течения в фильтрах этот механизм мало эффективен для частиц диаметром менее микрометра.

Диффузия Частица настолько мала, что ее траектория становится хаотичной из-за броуновского движения. Захват может произойти, если случайное отклонение приводит частицу к волокну. Этот механизм становится наиболее важным, когда размер частиц меньше 0,1 мкм. Электростатическое осаждение. Частица и препятствие имеют заряды противоположных знаков, вследствие чего частица притягивается к препятствию.

Термофорез. Частица смещается к препятствию под действием градиента температуры.

Гравитационное осаждение. Частица смещается с линии тока, проходящей мимо препятствия, к самому препятствию под действием притяжения между частицей и волокном или под действием земного тяготения. Этот эффект очень мал.

Ситовой эффект. Частица задерживается из-за того, что слишком вели-ка, чтобы пройти через данную пору или канал. Возможности осаждения за счет ситового эффекта, особенно при прохождении потока через чистую ткань, ограничены, т. к. в большинстве случаев размеры частиц значительно меньше размеров пор.

При осаждении одиночной частицы на изолированном волокне касание, инерция и диффузия, являются наиболее важными механизмами. Гравитация и термофорез обычно несущественны, электрические силы могут играть и незначительную роль и очень важную.

В случае тканевых фильтров значительная часть процесса улавливания протекает в слое осадка частиц на лобовой поверхности фильтра. Обычные механизмы - касание, инерция и диффузия - действуют лишь в течение небольшой части всего цикла фильтрации. Как только после очистки фильтра образуется новой слой осадка, доминирующим механизмом становится ситовой эффект.

Размер частиц играет важное значение при зацеплении и захвате частиц за счет касания ими поверхности облекаемого тела.

Эффект зацепления характеризуется параметром R, который представляет собой отношение диаметров частицы и обтекаемого тела: R=d_ч/d_т

При потенциальном обтекании шара эффективность механизма зацепления находится в пределах R3...R2, а при потенциальном обтекании цилиндра R...R2

Для определения эффективности осаждения частиц за счет касания при вязком обтекании цилиндра справедливы следующие уравнения:, Re_r - критерий Рейнольдса для обтекаемого тела.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодисперсных твердых или жидких веществ. Разделение проводят при помощи пористых или зернистых перегородок, пропускающих жидкость, и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.

Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра. В качестве перегородок используют металлические перфорированные листы и сетки, тканевые перегородки из природного, искусственного и синтетического волокна. Фильтрованные перегородки должны обладать минимальным гидравлическим сопротивлением, механической прочностью и гибкостью, химической стойкостью, они не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования.

Разность давлений по обе стороны фильтрованной перегородки создают разными способами. Если пространство над суспензией сообщают с источником сжатого газа или пространство под фильтрованной перегородкой при-оединяют к источнику вакуума, то происходит процесс фильтрования при постоянной разности давлений. При этом скорость процесса уменьшается в связи с увеличением сопротивления слоя осадка возрастающей толщины.

Если суспензию подают на фильтр поршневым насосом с постоянной производительностью, то осуществляется процесс фильтрования при постоянной скорости; при этом разность давлений увеличивается вследствие увеличения сопротивления слоя осадка возрастающей толщины.

Если суспензию подают на фильтр центробежным насосом, производительность которого уменьшается при возрастании сопротивления осадка, что обуславливает повышение разности давлений, то производится процесс фильтрования при переменных разности давлений и скорости- Фильтрование производят при следующих разностях давлений:

под давлением сжатого воздуха - не более 3·10⁵ Па;

при подаче поршневым или центробежным насосом - до 5·10⁵ Па;

под гидростатическим давлением - до 5·10⁴ Па.

Процесс фильтрования проводят с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки или с закупоркой пор фильтрующей перегородки.

Фильтрование с образованием осадка наблюдается при достаточно высокой концентрации твердой фазы в суспензии (более 1% объемн)

Фильтрование с закупориванием пор фильтрующей перегородки называют осветлением, оно происходит при концентрации твердой фазы менее 0,7 объемн.%

При разделении суспензий с небольшой концентрацией тонкодисперсированной твердой фазы часто применяют фильтровальные вспомогательные вещества препятствующие прониканию твердых частиц в поры фильтровальной перегородки. В качестве вспомогательных веществ используют тонкодисперсные или тонковолокнистые материалы: диатомит, перлит, асбест, целлюлозу, активированный уголь, древесную муку. При добавлении вспомогательного вещества к разделяемой суспензии концентрация твердых частиц в ней увеличивается, что предотвращает закупоривание пор фильтрующей перегородки.

Фильтрование протекает в ламинарном режиме вследствие небольшого размера пор в слое осадка и фильтровальной перегородки, а также малой скорости движения жидкой фазы в порах. Скорость фильтрования в общем случае выражают в дифференциальной форме:

где V— объем фильтрата, м³; S — поверхность фильтрования, м²; τ – продолжительность фильтрования, с.

Скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений, но обратно пропорциональна вязкости жидкой фазы и общему гидравлическому сопротивлению слою осадка и фильтрующей перегородки:

dV/(S·d_τ) = ΔР/[μ₀(R_ос+R_фп)], где ΔР – разность давлений, Па; μ₀ - вязкость жидкой фазы суспензии, Па*с; R_oc- сопротивление слоя осадка, м-¹; R_фп - сопротивление фильтрующей перегородки м-¹.

Объем осадка можно выразить через высоту слоя осадка h_oc, а также через отношение объема осадка к объему фильтрата Х₀.

R_oc= r · hoc =r₀- x₀ V/S, где r₀ удельное объемное сопротивление осадка, м^-2.

С учетом этого выражения основное дифференциальное уравнение фильтрования имеет вид: dV/S·d_τ=ΔP/ μо(r₀·x₀·V/S+R_фп)=w_ф

При прочих равных условиях скорость фильтрования тем больше и производительность фильтра тем выше, чем меньше объем полученного фильтрата или пропорциональная этому объему толщина слоя осадка на фильтрующей перегородке. Поэтому для повышения производительности фильтра необходимо стремиться к возможно быстрому удалению осадка с фильтрующей перегородки.

Для наибольшей производительности фильтров периодического действия целесообразно как можно чаще повторять циклы его работы, подавая на фильтр небольшие порции суспензии. Однако частое повторение циклов работы фильтра по основным операциям, включающим само фильтрование, промывку и продувку осадка, влечет за собой столь же частое повторение вспомогательных операций загрузки суспензии и удаления осадка. В каждом случае существует оптимальная продолжительность цикла работы фильтра, при которой фильтр обладает наибольшей производительностью.

При значительном сопротивлении фильтрующей перегородки наибольшая производительность периодически действующего фильтра достигается при τ_осн>τ_всп.Τ_осн=τ_всп+2 • корень из μ₀ *Rфп²/2·ΔР·r₀. Экономически оптимальная продолжительность цикла фильтрования достигается при соотношении τ₀=(4... 6)τ_всп

Это соотношение справедливо при ΔР = const и Rфп= 0.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: