Теоретические сведения

Одним из наиболее широко применяемых в технике методов разделения суспензий является фильтрование. Процесс фильтрования основан на свойствах пористых перегородок пропускать жидкость и задерживать частицы твердой фазы, взвешенные в ней.

Фильтрование – процесс разделения суспензий или аэрозолей при помощи фильтровальных перегородок, пропускающих жидкость или газ, но задерживающих частицы. При фильтровании суспензий твердые частицы образуют слой влажного осадка, который может промываться водой или продуваться воздухом с целью его сушки.

Фильтруемая жидкость при движении через слой осадка и фильтровальную перегородку встречает гидравлическое сопротивление, для преодоления которого необходимо создавать перепад давлений ∆Р (вакуум под перегородкой или избыточное давление над ней).

Разность давления по обе стороны фильтровальной перегородки является движущей силой процесса фильтрования. Она может быть создана:

а) гидростатическим давлением столба суспензии, подаваемой на фильтр;

б) подачей суспензии на фильтр под давлением;

в) создание вакуума под фильтровальной перегородкой.

Интенсивность процесса характеризуется скоростью фильтрования, т.е. количество фильтрата, прошедшего через 1м2 поверхности перегородки в единицу времени. Скорость фильтрования прямо пропорциональна суммарному сопротивлению, оказываемому фильтрованию перегородкой и слоем осадка.

Осадки, получаемые при фильтровании бывают сжимаемые (гидроксиды металлов) и несжимаемые (песок, карбонат кальция и др.) в последнем случае поток жидкости через фильтровальную перегородку ламинарен и скорость фильтрования пропорциональна перепаду давлений ∆Р и высоте слоя осадка h.Скорость процесса в этом случае описывается уравнением Дарси:

(6.1)

- скорость процесса фильтрования, м3/(м2с); – продолжительность фильтрования (с); – разность давлений (Па); – вязкость фильтра ( ); – удельное объемное сопротивление осадка (т.е. сопротивление, оказываемое потоку фильтрата слоем осадка толщиной 1м) (м-2); – отношение объема осадка к объему фильтра; – сопротивление фильтрованной перегородки. (м-1)

В случае сжимаемых осадков эта зависимость более сложна и индивидуальна для каждой суспензии.

Для предотвращения закупорки пор применяют вспомогательные вещества (диатомит, перлит, асбест и др.), которые образуют защитные сводики над порами. Для предотвращения сжатия осадков и уменьшения их сопротивления (Rос = r0·x0·h) к суспензиям добавляют коагулянты и флокулянты, способствующие агрегированию мелких частиц.

По принципу действия различают фильтровальные перегородки гибкие и негибкие; гибкие бывают металлические и неметаллические, а негибкие – жесткие и нежесткие.

Фильтровальные перегородки должны обладать следующими свойствами: 1) соответствующей пористостью; 2) химической стойкостью; 3) механической прочностью; 4) термостойкостью.

Методика расчета процесса фильтрования сводится к определению констант процесса. Путем интегрирования (6.1) принимает вид:

(6.2)
,

где

, а .

 

При постоянной температуре и перепаде давлений величины M и N являются тоже постоянными. В координатах V, (6.2) интегральное уравнение фильтрования изображается прямой линий, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен M, а отрезок, отсекаемый прямой линией на оси ординат, равен N (рис. 6.1).

 

Рис. 6.1 К определению постоянных процесса фильтрования

 

Константы процесса определяются по следующим зависимостям:

(6.3)

(6.5)
(6.4)