Уравнение перепада давления на фильтров (8 видео)

Расчет аппаратов для фильтрования

Уравнения фильтрования. В первом приближении движение жидкости через слой осадка и фильтровальную перегородку можно рассмотреть как движение через слой зернистого материала. Тогда с учетом (5.231), (5.235), (5.241)

. (9.19)

Общий перепад давлений складывается из перепада давлений на слое осадка и фильтровальной перегородки:

, (9.19а)

откуда можно получить значение для :

. (9.19б)

Величина является фиктивной скоростью движения чистой жидкости через слой зернистого (пористого) материала. Такое движение жидкости называется фильтрацией. При фильтровании, в общем случае, значения разности давлений и гидравлического сопротивления слоя осадка с течением времени изменяются, определение величин эквивалентных диаметров осадка (d_э,ос) и порозности осадка (e_ос) вызывает затруднение. Поэтому переменную скорость фильтрования выражают в дифференциальной форме:

(9.19в)

и дифференциальное уравнение фильтрования записывается в виде

, (9.20)

где V – объем фильтрата, м3; S – поверхность фильтрования, м2;t – продолжительность фильтрования, с; — разность давлений, Па; m— коэффициент динамической вязкости жидкой фазы суспензии, Па с; – сопротивление слоя осадка, м -1 ;— сопротивление фильтровальной перегородки, м -1 .

Для интегрирования уравнения (9.20) необходимо установить зависимость между сопротивлением слоя осадка и объемом полученного фильтрата. Учитывая пропорциональность объема осадка и фильтрата, обозначим x₀ отношение объема осадка к объему фильтрата. Тогда объем осадка будет равен x₀V. Объем осадка может быть выражен произведением S, где – высота слоя осадка (м), следовательно,

откуда высота равномерного слоя осадка на фильтровальной перегородке составит

. (9.21)

Сопротивление слоя осадка можно выразить равенством

, (9.22)

где r₀ – удельное объемное сопротивление слоя осадка, м-2.

Подставив из равенства (9.22) в уравнение (9.20), получаем

. (9.23)

Допускаем, что сопротивлением фильтровальной перегородки можно пренебречь ( = 0), тогда с учетом равенства (9.21) из уравнения (9.23) находим

. (9.24)

Таким образом удельное сопротивление осадка численно равно разности давлений, необходимой для того, чтобы жидкость с вязкостью 1 Па×с фильтровалась со скоростью 1 м/с сквозь осадок высотой 1 м.

ПринявV = 0, что соответствует началу фильтрования, когда на фильтровальной перегородке еще не образовался осадок, из уравнения (9.23) получаем

. (9.24а)

Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений. При Dр = const и неизменной температуре для фильтра данной конструкции и известной фильтровальной перегородки все входящие в уравнение (9.23) величины, за исключением V и t, постоянны. Интегрируем это уравнение в пределах от 0 до Vи от 0 до t:

(9.25)

Разделив обе части последнего уравнения на r₀x₀/2S, получим

. (9.26)

Уравнение (9.26) применимо к несжимаемым и сжимаемым осадкам, поскольку при Dр = const величины r₀ и x₀ тоже постоянны. Из уравнения (9.23) следует, что при Dр = const по мере увеличения объема фильтрата, а следовательно, и продолжительности фильтрования скорость фильтрования уменьшается.

Уравнения фильтрования при постоянной скорости процесса. При постоянной скорости фильтрования производную dV/dt можно заменить отношением конечных величин V/t. После такой замены, решая уравнение (9.23) относительно Dр, находим

. (9.27)

Умножив и разделив первое слагаемое правой части этого уравнения наt и приняв во внимание, что постоянная скорость фильтрования

, 9.28)

. (9.29)

Уравнение (9.29) показывает, что при = const разность давлений возрастает по мере увеличения продолжительности фильтрования.

Это уравнение применимо к несжимаемым осадкам; при использовании его для сжимаемых осадков следует иметь в виду зависимость удельного сопротивления осадка от разности давлений.

Уравнение фильтрования при постоянных разности давлений и скорости. Такой вид фильтрования осуществим, когда чистая жидкость движется сквозь слой осадка неизменной толщины при постоянной разности давлений. Движение чистой жидкости в пористой среде называется фильтрацией. Промывку осадка на фильтре способом вытеснения, когда над осадком имеется слой промывной жидкости, можно рассматривать как фильтрацию промывной жидкости сквозь слой осадка постоянной толщины при постоянных разности давлений и скорости.

Приняв в уравнении (9.23) в соответствии с равенством (9.21) вместо x₀V/S эквивалентную этому выражению толщину слоя осадка на перегородке и заменив dV/dt на значение V/t, при Dр = const получаем

. (9.30)

Поскольку Dр = const уравнение (9.30) применимо для несжимаемых и сжимаемых осадков.

Определение постоянных в уравнениях фильтрования. Под постоянными в уравнениях (9.26), (9.28) и (9.30) понимают r₀ , x₀и . Для осадков, получаемых в химических производствах и состоящих, как правило, из частиц размером менее 100 мкм, эти величины находят экспериментально. Рассмотрим один из способов определения опытным путем указанных величин в уравнении фильтрования при Dр = const (9.26), характеризующийся большой точностью получаемых результатов.

Преобразуем уравнение (9.26) к виду

, (9.31)

где , (9.32)

. (9.33)

При постоянных температуре и разности давлений все величины, входящие в правые части равенств (9.32) и (9.33), постоянны. Поэтому значения M и N также постоянны, и уравнение (9.31) является уравнением прямой линии, наклоненной к оси абсцисс под углом, тангенс которого М, и отсекающей на оси ординат отрезок N. Для построения указанной прямой в координатах V – t/V наносят ряд точек на основании измеренных в опыте и соответствующих одно другому значений V и t/V (рис. 9.20).

Рис. 9.20. К определению M и N в уравнении фильтрования

Затем по графику определяют величины M и N, после чего из равенств (9.32) и (9.33) вычисляют r₀ и . Величину x₀ находят в результате непосредственного измерения объемов осадка и фильтрата.

Для несжимаемых осадков, размер частиц которых достаточно велик (порядка 1мм и более), процесс фильтрования можно рассматривать как течение жидкости через зернистый слой. В этом случае величину r₀ с учетом уравнений (9.19а) и (9.24) можно определить по зависимости

Центробежное фильтрование. Для периодически действующей фильтрующей центрифуги можно выделить три периода: образование осадка, уплотнение осадка и его механическая сушка (отжим). В течение первого периода на поверхности фильтровальной перегородки образуется слой осадка, состоящий из твердых дисперсных частиц, толщина слоя увеличивается до тех пор, пока все элементы дисперсной фазы не перейдут из суспензии в осадок и внутренний радиус слоя суспензии R_c не сравняется с внутренним радиусом осадка R_о. В ходе второго периода происходит уплотнение осадка путем выдавливания жидкости. Третий период характеризуется замещением жидкости в порах осадка газовой фазой, что позволяет получать в процессе центробежного фильтрования менее влажные осадки, чем в осадительных центрифугах.

Рис. 9.21. Схема барабана фильтрующей центрифуги:
1 – перфорированная стенка; 2 – фильтровальная перегородка; 3 – осадок; 4 – суспензия; 5 – газовая фаза

Движущей силой в первом периоде фильтрования является в основном разность давлений на внутренней поверхности осадка и на внешней поверхности фильтровальной перегородки. Пренебрегаем влиянием сил тяжести при больших значениях фактора разделения K_p (9.9) в центрифугах. Тогда из (6.23) можно показать, что давление на внутренний слой осадка р₀ будет равно

, (9.34) , ,(9.35)

(9.36)

или , (9.37)

где р_А – давление в газовой фазе внутри барабана. Учитывая, что давление на внешней поверхности фильтровальной перегородки также равно р_А, которое, как правило, равно атмосферному, получим движущую силу процесса центробежного фильтрования в первом периоде:

. (9.38)

Найденный перепад давлений можно подставить в уравнения (9.20) или (9.23).

В промышленных фильтрующих центрифугах значениеDр достигает 1 – 1,5 МПа. При таких высоких давлениях сжимаемые осадки сильно уплотняются и их гидравлическое сопротивление становится очень большим. Поэтому суспензии, образующие сжимаемые осадки, не рекомендуется разделять на фильтрующих центрифугах. Во втором и в третьем периодах жидкость удаляется из осадка за счет центробежных сил. Описание кинетики при этом имеет сложный характер. Продолжительность центробежного фильтрования в большинстве случаев определяют на базе экспериментальных данных.

Определение производительности фильтров и продолжи-тельности процессов фильтрования. Расчет периодических фильтров сводится к определению производительности фильтра с известной поверхностью фильтрования либо к определению количества фильтров с выбранной поверхностью фильтрования, обеспечивающей заданную производительность.

Производительность одного фильтра, работающего при Dр = const, определяется следующим образом. Время фильтрования t находится из уравнения (9.26):

. (9.39)

С учетом (9.21) уравнение (9.39) преобразуется к виду

. (9.40)

По формуле (9.40) можно определить время (продолжительность) фильтрования, если задана высота слоя осадка, которая зависит от конструкции фильтра и других факторов. Константы фильтрования определяются экспериментальным путем. Время (продолжительность) промывки осадка определяется исходя из уравнения (9.30):

, (9.41)

где – объемный расход промывной жидкости; m_пр – вязкость промывной жидкости; Dр – перепад давления, при котором производится промывка. определяется по заданному удельному объему промывной жидкости на 1 м 3 осадка u_пр:

, (9.42)

где – объем промывной жидкости.

Обозначим через t_в.о_. продолжительность других вспомогательных операций (сушка осадка, загрузка фильтра, выгрузка осадка и др.) Общая продолжительно работы, учитывающая продолжительность всех осуществляемых операций, будет

. (9.43)

С учетом времени t_об средняя производительность по фильтрату равна

, (9.44)

где V определяется по уравнению (9.21), .

При заданной суточной производительности фильтровальной установки V_уст число циклов фильтрования на одном фильтре k_ц, которое необходимо осуществить для обеспечения суточной производительности V_уст , будет

. (9.45)

Число циклов фильтрования k₁, которое можно провести на одном фильтре в сутки:

, (9.46)

где t_с –рабочая продолжительность суток. Уравнения (9.45) и (9.46) позволяют определить необходимое число фильтров N:

. (9.47)

Расчет барабанного вакуум-фильтра непрерывного действия ведется с учетом стандартного распределения поверхности фильтра на технологические зоны. В начале расчета задаются значения: углов сектора (зоны) предварительной сушки осадка, осуществляемой на выходе из зоны фильтрования (j_с1); зоны съема осадка j₀; зоны регенерации фильтровальной перегородки j_р и мертвых зон j_м1, j_м2, j_м3, j_м4, (находящихся между технологическими зонами), в которых ячейки отключены от источников вакуума и сжатого газа. Ориентировочную частоту вращения барабана, обеспечивающую образование осадка заданной толщины (фильтрование), его промывку и сушку, определяют по уравнению

, (9.48)

где t, t_пр, t_с2 – соответственно время фильтрования, промывки и сушки осадка после промывки.

Время (продолжительность) фильтрования определяется по уравнению (9.40), а время промывки осадка – по уравнению (9.41), при этом удельный объем промывной жидкости должен быть предварительно экспериментально определен. Продолжительность сушки осадка после промывки задается также из экспериментальных данных.

Время полного цикла работы фильтра t_ц представляет величину, обратную частоте вращения барабана .Общую поверхность фильтрования S_об находят по зависимости

, (9.49)

где – заданная производительность по фильтрату, м 3 /с; k_п – поправочный коэффициент, учитывающий необходимость увеличения поверхности из-за повышения сопротивления фильтровальной перегородки при многократном ее использовании (k_п » 0,8); u_ф.уд – удельный объем фильтрата, получаемый с 1 м 2 фильтровальной перегородки за время фильтрования:

. (9.50)

По найденному значению S_об по каталогу выбирают типоразмер фильтра и определяют число фильтров. Затем проверяют пригодность выбранного фильтра. Устанавливают соответствие рассчитанной частоты вращения барабана диапазону частот, указанному в каталоге; сравнивают рассчитанный и стандартный углы сектора (зоны) фильтрования. Если частота выходит за пределы указанного диапазона или рассчитанный угол фильтрования больше стандартного, следует повторно выполнить расчеты, задавшись другой высотой слоя осадка.

После этого производят уточненный расчет фильтра. Принимают по каталогу данные распределения технологических зон. Частоту вращения барабана выбирают наименьшую из рассчитанных по следующим формулам:

, (9.51)

, (9.52)

где j_ф – угол зоны (сектора) фильтрования; j_пр – угол сектора промывки; j_с2 – угол сектора сушки осадка после промывки.

Видео:Эффект Вентури и трубка Пито (видео 16) | Жидкости | ФизикаСкачать

Контроль перепада давлений на газовых фильтрах — необходимое условие надежной работы газораспределительных систем

Природный газ по пути от газовых месторождений до потребителя подвергается неоднократной сепарации и фильтрации. Первоначально – это очистка его от основной части механических включений (прежде всего – песка) и воды, поступающих вместе с полезным продуктом из газовых скважин. А затем, дополнительная очистка газа как от оставшейся (неотфильтрованной на первом этапе) части механических включений, так и от механических включений, появляющихся в газе в процессе его транспортировки: продуктов коррозии газопроводов, по которым перекачивается газ, механических частиц, оставшихся в газопроводах после монтажа (например, «сварочного града»), продуктов износа и смазки запорно-регулирующей арматуры, используемой при эксплуатации газоперекачивающего оборудования.

По своему функциональному назначению газовые фильтры условно можно разделить на:

Фильтры предварительной очистки;
Фильтры грубой очистки;
Фильтры средней очистки;
Фильтры тонкой очистки;
Фильтры ультратонкой очистки.

Фильтры предварительной очистки используются, в основном, непосредственно на газовых месторождениях. Они состоят, как правило, из сепаратора, в котором механические включения отсеиваются под действием центробежных сил, а также последовательно установленных за ним фильтров грубой и, иногда, средней очистки.
Фильтры грубой очистки (со степенью очистки 300- 500 мкм), устанавливаются, обычно, на входе в газоперекачивающие станции и в газораспределительные пункты (ГРП), фильтры средней очистки (150-300 мкм) – на входе в ГРП непосредственно за, а в значительной части случаев вместо фильтров грубой очистки.
Фильтры тонкой очистки (со степенью очистки 50-80 мкм) стали применяться в российском газовом хозяйстве только в последнее десятилетие. Их появление было обусловлено появлением на российском рынке современного, высокоэффективного газового оборудования (регуляторов давления газа, счетчиков газа, газовой автоматики, газовых горелок и т.п.), длительная надежная работа которого возможна только на природном газе, имеющем необходимую степень очистки.
При этом следует отметить, что в развитых странах Европы и Америки широко применяются и газовые фильтры со степенью очистки газа до 5 мкм. В настоящей статье мы классифицируем их как фильтры ультратонкой очистки , хотя такая классификация, подчеркнем еще раз, весьма условна. Из российских предприятий первым освоило выпуск таких газовых фильтров ООО «Эльстер Газэлектроника».

От правильного выбора и эксплуатации газовых фильтров в определяющей степени зависит надежность и безопасность работы всего газового оборудования от газовых месторождений до конечных потребителей газа. В настоящей статье мы остановимся на вопросах правильного выбора газовых фильтров для защиты газораспределительных сетей (ГРС) и газопотребляющего оборудования (ГРО) и обеспечения их эффективной эксплуатации.
Для того, чтобы правильно выбрать газовый фильтр (газовые фильтры), надо ответить на следующие вопросы:

Какую чистоту фильтрации требуется обеспечить?
Какой должна быть пропускная способность фильтра?
Какой может быть максимальная потеря давления (перепад давлений) на фильтре?
Какая требуется периодичность обслуживания фильтра?

Чтобы правильно ответить на эти вопросы, в общем случае, необходимо знать:

Степень загрязненности газа в месте установки фильтра (фильтров).
Требуемую пропускную способность ГРП или соответствующие технические характеристики ГРО.
Требования по очистке газа, подаваемого на вход ГРП или ГРО.
Исходные расходно-перепадные характеристики устанавливаемых фильтров (с чистым фильтрующим элементом).

Исходные расходно-перепадные характеристики фильтров должны в обязательном порядке указываться предприятиями-изготовителями в эксплуатационной документации. При установке фильтров необходимо учитывать, что потеря давления (перепад давлений) на фильтре ∆P = 8*ζ*ρ*Q2/π 2 *D 4 (1) где ζ — коэффициент гидравлического сопротивления фильтра с чистым фильтрующим элементом, ρ — плотность газа (зависит от его состава, прямо пропорциональна абсолютному давлению и обратно пропорциональна абсолютной температуре газа), Q — объемный расход газа при рабочих условиях (давлении и температуре), D — диаметр условного прохода фильтра (как правило, определяется по диаметру его проходного сечения).
Максимальная величина допустимого перепада давлений на газовом фильтре определяется его конструкцией, исходя из недопущения возможности разрушения указанным перепадом давлений фильтрующего элемента. В соответствии с Правилами ПР 50.2.019 – 2006 «МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ТУРБИННЫХ, РОТАЦИОННЫХ И ВИХРЕВЫХ СЧЕТЧИКОВ» [1], п. 11.5, «…с целью обеспечения достаточной степени очистки газа без уноса частиц и фильтрующего материала… перепад давлений на сетчатых фильтрах не должен превышать 5 кПа, а на волосяных фильтрах и с синтетическим фильтрующим материалом – 10 кПа».
Однако данные значения перепада необходимо рассматривать как предельно допустимые для фильтра с максимально загрязненным фильтрующим элементом. Начальные значения перепада давлений на чистом фильтре должны быть меньше, как минимум, в разы, а в некоторых случаях – на порядок. Так, например, если газовый фильтр устанавливается на входе горелки котла, к которому подводится низкое давление порядка 400-500 мм вод. ст. (4-5 кПа), то перепад давлений в этом случае на новом фильтре не должен превышать 5-10% от указанной величины и, соответственно, составлять не более 0,2..0,5 кПа.
В то же время, если газовый фильтр устанавливается на входе ГРП, в котором осуществляется редуцирование давление газа с высокого до среднего или со среднего до низкого, то начальный перепад давлений на фильтре может быть установлен большим. Соответственно, можно выбрать меньший типоразмер фильтра, и таким образом уменьшить габариты устройства и снизить затраты на его приобретение. Например, уже упоминавшееся ООО «Эльстер Газэлектроника» рекомендует для своих фильтров ФГ 16 и ФГ 16-В (рис. 1), тонкой и ультратонкой очистки, соответственно, максимальное значение начального перепада давлений 4 кПа [2]. Аналогичным образом к данному вопросу подходят в своих рекомендациях и другие производители.
Максимальная величина срока службы фильтра от момента установки до замены или очистки фильтрующего элемента определяется периодом времени, в течение которого перепад давлений на фильтре (по мере загрязнения фильтрующего элемента) достигнет максимально допустимого значения. При этом следует учитывать, что перепад давлений на фильтре, в первую очередь, зависит (см. формулу (1) от расхода газа через фильтр. Поэтому рекомендуем производить плановую ревизию газовых фильтров перед началом зимнего отопительного сезона, когда резко увеличивается газопотребление.
Из изложенного выше, очевидна необходимость регулярного контроля за перепадом давлений на газовых фильтрах. Указанное требование законодательно закреплено Правилами [1], п. 11.5, которыми предписано использовать для этих целей дифманометры любого типа (именно дифманометры, а не манометры на входе и выходе фильтров, как это делают до настоящего времени некоторые производители газового оборудования и что совершенно недопустимо, т.к., особенно при высоком статическом давлении, использование для этих целей манометров не позволяет определить указанный перепад с необходимой погрешностью (не более 5-10% от измеренного значения). Однако, в отличии от счетчиков газа, перепад давлений на газовых фильтрах допускается измерять дифманометрами индикаторного типа, т.е. класса точности 4 и даже ниже и не подвергавшимися в обязательном порядке государственной поверке.
Естественно, для этих целей можно применять и дифманометры, являющиеся средствами измерения и применяемые, в соответствии с требованиями упомянутых Правил [1] для контроля перепада давлений на счетчиках газа, например, дифманометры ДСП-80В-РАСКО [3] в комплекте с вентильными блоками, получившие в последнее время самое широкое распространение вследствие компактной и удобной для эксплуатации конструкции и оптимального соотношения «цена/качество».
Однако имеется возможность применить для этих целей и другие устройства индикаторного типа, которые могут быть существенно дешевле и компактнее, т.к., кроме отсутствия нормативного требования по обязательной государственной поверке, дифманометры для контроля перепада давлений на газовых фильтрах могут применяться без вентильного блока, т.к. срок их эксплуатации не ограничивается межповерочным интервалом, который, как правило, меньше, чем у счетчиков газа, перепад давлений на которых они контролируют. Кроме того, при контроле перепада давлений на газовом фильтре практически исключена возможность резкого увеличения перепада давлений на фильтре, как это может быть, например, при «заклинивании» роторов ротационного счетчика газа в случае попадания в его рабочую полость крупных механических частиц.
Такие индикаторы перепада давлений выпускаются рядом зарубежных фирм, специализирующихся на производстве газового оборудования, например, Tartarini, Pietro Fiorentini (Италия) (рис. 2) и др., а также производителями приборов для измерения давления, например, фирмой WIKA (Германия). Однако применение их в России серьезно сдерживается высокими ценами, которые, например, выше, чем у дифманометров ДСП-80В-РАСКО с вентильным блоком (рис. 3), являющихся средствами измерения.
В связи с этим ряд российских и белорусских производителей газовых фильтров наладил производство указанных индикаторов перепада давлений, которые, как правило, поставляются только в комплекте с фильтрами. Наибольший опыт эксплуатации и положительные характеристики имеет датчик перепада давлений ДПД производства ООО «Эльстер Газэлектроника», который выпускается на перепады давлений 5 кПа и 10 кПа и применяется для комплектации уже упоминавшихся газовых фильтров ФГ 16 и ФГ 16-В.
К недостаткам данного изделия следует отнести:

Отсутствие оцифрованной шкалы, которую заменяют сектора зеленого и красного цвета.
Отсутствие полной документации на ДПД, как на самостоятельное изделие, что не позволяет применять его в качестве полноценного функционального изделия для комплектации произвольных газовых фильтров.
Ограниченный 2-мя указанными выше исполнениями типоразмерный ряд.

Поэтому российский рынок ждет конкурентоспособных по цене, качеству и удобству эксплуатации предложений по дифманометрам индикаторного типа для контроля перепада давлений на газовых фильтрах. Наиболее интересными в настоящий момент являются дифманометры ДСП-80-РАСКО индикаторного типа (рис. 4). В данной комплектации приборы поставляются класса точности 4, без вентильного блока и государственной поверки. Это позволило предложить потребителям компактные и высоконадежные изделия для контроля перепада давлений на газовых фильтрах, работающих при давлении газа в газовой магистрали до 1,6 МПа, имеющие:

Полный типоразмерный ряд: пределы измерения -1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25 кПа
Оцифрованную шкалу.
Возможность дооснащения в дальнейшем устройством дистанционной передачи информации о достижении перепадом давлений установленных пороговых значений.

При этом дифманометр ДСП-80-РАСКО существенно дешевле импортных и не дороже российских аналогов.

Выводы:

Контроль состояния газовых фильтров (перепада давлений на них) является необходимым условием надежной и безопасной работы любого газового оборудования.
Наиболее рациональным является применение для этих целей специализированных дифманометров индикаторного типа.
Из указанных приборов оптимальным решением в настоящее время является дифманометр ДСП-80-РАСКО индикаторного исполнения в комплектации без вентильного блока.
Целесообразны разработка и освоение производства российским предприятием более компактных специализированных индикаторов перепада давления класса точности 2,5…5%, аналогичных по конструкции приборам производства таких фирм,как WIKA, Tartarini, Pietro Fiorentini, но по существенно более низким ценам.

Литература:

Правила метрологии ПР 50.2.019 – 2006 «МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ТУРБИННЫХ, РОТАЦИОННЫХ И ВИХРЕВЫХ СЧЕТЧИКОВ». –М: Стандартинформ, 2006.
Фильтры газа ФГ16-50, ФГ16-50-В, ФГ16-80, ФГ16-80-В, ФГ16-100, ФГ16-100-В. – Каталог продукции, ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника», 2007 г., стр.23.
Апарин Е.Л., Золотаревский С.А. Новые дифманометры ДСП-80-РАСКО для контроля состояния приборов учета газа и газовых фильтров. — «Энергоанализ и энергоэффективность», №2 (30), 2008 г.

Видео:Датчик DPF: принцип работы, неисправности и способы диагностики. Часть 12Скачать

Лекция 4. Фильтрование

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий, пылей и туманов через пористую, так называемую фильтровальную перегородку, способную пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них частицы (фильтрация в отличие от фильтрования — это движение жидкости или газа сквозь пористую среду, например просачивание воды сквозь грунт основания плотины). Фильтрование осуществляется под действием разности давлений перед фильтрующей перегородкой и после нее или в поле центробежных сил.

Интенсивность фильтрования зависит от качества суспензий, полученных на предыдущих стадиях технологического процесса: дисперсной системы с пониженным сопротивлением осадка, без смолистых, слизистых и коллоидных веществ.

При разделении неоднородных систем фильтрованием возникает необходимость выбора конструкции фильтра или фильтрующей центрифуги, фильтровальной перегородки, режима фильтрования.

В качестве фильтрующих материалов применяют зернистые материалы — песок, гравий для фильтрования воды, различные ткани, картон, сетки, пористые полимерные материалы, керамику и т. д.

По целевому назначению процесс фильтрования может быть очистным или продуктовым.

Очистное фильтрование применяют для разделения суспензий, очистки растворов от различного рода включений. В этом случае целевым продуктом является фильтрат. В пищевой промышленности очистное фильтрование используют при осветлении вина, виноматериалов, молока, пива и других продуктов.

Назначение продуктового фильтрования — выделение из суспензии диспергированных в них продуктов в виде осадка. Целевым продуктом является осадок. Примером такого фильтрования является разделение дрожжевых суспензий.

4.2. ВИДЫ ФИЛЬТРОВАНИЯ

При разделении суспензий в зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств самой суспензии фильтрование может происходить с образованием осадка на поверхности перегородки, с закупориванием пор фильтрующей перегородки и с тем и другим явлениями одновременно (промежуточный вид фильтрования).

Фильтрование с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки имеет место, когда диаметр твердых частиц больше диаметра пор перегородки (рис. 4.1,а). Этот способ осуществим при концентрации твердой фазы суспензии более 1 мас. %, когда создаются благоприятные условия для образования сводиков над входами в поры фильтровальной перегородки. Образованию сводиков способствует увеличение скорости осаждения и концентрации твердой фазы в суспензии.

Фильтрование с закупориванием пор (рис. 4.1,б) происходит, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки. Закупоривание пор твердыми частицами наблюдается уже в начальный период процесса фильтрования, что снижает производительность фильтра. Для поддержания ее на должном уровне фильтр регенерируют, промывая обратным током жидкости либо прокаливая металлические фильтровальные перегородки.

Промежуточный вид фильтрования имеет место в случае одновременного закупоривания пор фильтровальной перегородки и отложения осадка на поверхности фильтровальной перегородки.

Рис. 4.1. Схемы фильтрования:

а — с образованием осадка; б — с закупориванием пор

Для повышения скорости фильтрования при разделении суспензий с небольшой концентрацией твердой фазы либо содержащих слизистые вещества фильтрование проводят в присутствии вспомогательных веществ, препятствующих закупориванию пор фильтровальной перегородки. Слой вспомогательного вещества наносят на фильтровальную перегородку перед фильтрованием суспензии. В качестве вспомогательных веществ используют тонкодисперсные угли, перлит, асбест, кизельгур, фиброфло, аксанит и другие материалы.

4.3. ДВИЖУЩАЯ СИЛА И СКОРОСТЬ ПРОЦЕССА

Движущая сила процесса фильтрования — разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки либо центробежная сила. Разность давлений можно получить разными способами: созданием избыточного давления над фильтровальной перегородкой либо подсоединением пространства под фильтровальной перегородкой к вакуумной линии. В этих случаях фильтрование происходит при постоянном перепаде давлений и скорость процесса прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна сопротивлению осадка. Процесс описывается кинетическим уравнением

(4.1)

где: V – объем фильтрата, м3; F – площадь поверхности фильтрования, м2; — продолжительность фильтрования, с; — перепад давлений, Н/м2; — вязкость жидкой фазы, и Rф. п – сопротивление соответственно осадка и фильтровальной перегородки, м-1.

Примем, что при прохождении 1 м3 фильтрата образуется осадка, тогда

(4.2)

где: hо– высота слоя осадка, м.

Допустим, что сопротивление слоя осадка пропорционально его высоте:

(4.3)

где: rо – удельное сопротивление осадка, м-2.

Подставим полученное соотношение в уравнение (4.1)

(4.4)

Для начального момента фильтрования (V=0) Rф. n=p/(). Для случая фильтрования при из уравнения (4.4) после его интегрирования в пределах 0-V и 0- получим

(4.5)

Решая уравнение (4.5) относительно продолжительности фильтрования , получим

(4.6)

или с учетом выражения (4.2)

(4.7)

Таким образом, продолжительность фильтрования прямо пропорциональна квадрату объема полученного фильтрата.

Решая его же относительно удельной производительности фильтра (в м3/м2), получим

(4.8)

Для случая фильтрования при v= const из уравнения (4.4) получим

(4.9)

(4.10)

или

Таким образом, перепад давления возрастает с увеличением продолжительности фильтрования:

Удельная производительность фильтра (в м3/м2)

(4.11)

Фильтрование под действием центробежной силы проводят в фильтрующих центрифугах. Фильтрующая центрифуга в отличие от отстойной имеет перфорированный барабан, обтянутый внутри фильтровальной тканью. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается на фильтровальную ткань. Дисперсионная жидкая фаза фильтруется через ткань, фильтрат выводится из центрифуги, а взвешенные частицы задерживаются на фильтровальной ткани, образуя осадок.

Процесс фильтрования можно разделить на три периода: образование осадка, его уплотнение и отжим.

При центробежном фильтровании на массу элементарного кольца суспензии действует центробежная сила

dGц=dmr,

где: dm — масса элементарного кольца, кг; — угловая скорость (=πn/30), с -1; r — расстояние кольца от оси вращения, м.

Отношение центробежной силы к силе тяжести, как было указано выше, является фактором разделения, характеризующим эффективность разделения суспензии в центрифуге. Фактор разделения растет пропорционально квадрату угловой скорости вращения барабана центрифуги и уменьшению его диаметра.

Производительность фильтрующих центрифуг рассчитывают на основании теории фильтрования. Движущая сила процесса, действующая на элементарный объем суспензии (рис. 4.2),

(4.12)

где: L – высота барабана центрифуги, м; С – плотность суспензии, кг/м.

Движущую силу найдем, проинтегрировав полученное выражение в пределах

от R0 до R:

Скорость центробежного фильтрования

(4.13)

где: Rф. п. — сопротивление фильтрующей перегородки; r0 — удельное сопротивление слоя осадка; x0 — толщина слоя осадка, которая для непрерывнодействующих центрифуг не изменяется во времени; R, Ro — соответственно внешний и внутренний радиусы барабана центрифуги.

Продолжительность фильтрования определим из уравнения (4.5)

Отметим, что уравнения (4.5), (4.9) и (4.13) являются приближенными, так как не учитывают осаждения твердых частиц под действием гравитационных сил, благодаря чему слой осадка растет быстрее, чем отбираемый фильтрат; кроме того, осадки на фильтровальной перегородке сжимаются под действием перепада давлений и их сопротивление растет быстрее, чем высота слоя осадка.

На практике отношение объема осадка к объему фильтрата x0, удельное объемное сопротивление осадка r0 и сопротивление фильтровальной перегородки Rф. п. определяют экспериментальным путем

Рис.4.2. К расчету производительности фильтрующих центрифуг

Уравнение (4.5) при F=1 м2может быть представлено в виде

(4.14)

где: С — константа фильтрования, характеризующая гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки, м3/м2; К: — константа фильтрования, учитывающая режим фильтрования и физико-химические свойства осадка в жидкости, м2/с.

(4.15)

(4.16)

Преобразуем уравнение (4.14)

(4.17)

Уравнение (4.17) является уравнением прямой линии, наклоненной к горизонтальной оси под углом , тангенс которого , и отсекающей на оси ординат отрезок m=2С/К (рис. 4.3).

Рис.4.3. К определению констант фильтрования

Для построения этой линии откладывают по оси абсцисс измеренные значения V1, V2,…Vn, а по оси ординат — соответствующие значения

По найденным значениям К и С по уравнениям (4.15) и (4.16) определяют r0 и Rф. п.

Величину х0 находят в результате измерения объемов фильтрата и осадка.

4.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ

По принципу действия фильтровальное оборудование делится на оборудование, работающее при постоянном перепаде давления либо при постоянной скорости фильтрования; по способу создания перепада давления на фильтровальной перегородке — на работающее под вакуумом либо под избыточным давлением; в зависимости от организации процесса — на оборудование непрерывного и периодического действия.

Избыточное давление может создаваться силами давления или центробежной силой. В зависимости от способа создания перепада давления фильтровальное оборудование может быть разделено на фильтры и центрифуги.

Фильтры, используемые для разделения суспензии, работают как под вакуумом, так и под избыточным давлением, периодически и непрерывно. К фильтрам, работающим под давлением, предъявляют повышенные требования к механической прочности. Их изготовляют по нормам Госгоркотлонадзора для сосудов, работающих под давлением.

В фильтрах периодического действия осадок удаляется после прекращения процесса фильтрования, в фильтрах непрерывного действия — по мере необходимости без остановки процесса.

При разработке новых видов фильтровального оборудования следует ориентироваться на создание компактных аппаратов с развитой фильтровальной поверхностью, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки технологического процесса.

Нутч-фильтр (рис. 4.4), работающий как под вакуумом, так и под избыточным давлением, широко распространен в малотоннажных производствах. Выгрузка из него осадка механизирована. Для сброса осадка фильтр снабжен перемешивающим устройством в виде однолопастной мешалки. Для удаления осадка из фильтра на цилиндрической части корпуса предусмотрен люк.

Рис.4.4. Нутч-фильтр с перемешивающим устройством:

1-привод, 2-корпус фильтра, 3-мешалка, 4- спускной кран, 5-фильтровальная перегородка, 6- фильтровальная ткань

Суспензия и сжатый воздух подаются через раздельные штуцера, фильтрат удаляется через спускной кран 4. Фильтр снабжен предохранительным клапаном.

Цикл работы фильтра состоит из заполнения его суспензией, фильтрования суспензии под давлением, удаления осадка с фильтровальной перегородки при вращающейся мешалке и регенерации фильтровальной перегородки. В таких фильтрах может проводиться одновременно промывка осадка.

Для фильтрования суспензии применяют фильтровальные перегородки из картона, бельтинга и синтетических волокон. Преимуществами фильтровальных перегородок из синтетических волокон являются высокая механическая прочность, термическая и химическая стойкость.

Из синтетических волокон изготовляют фильтровальные перегородки с постепенно изменяющейся плотностью, что обеспечивает глубинное фильтрование суспензий, содержащих малое количество твердой фазы. Меняющаяся по глубине плотность фильтровального материала позволяет захватывать частицы по всей глубине фильтра. При этом крупные частицы задерживаются в наружных, а мелкие — в глубинных слоях фильтра. Селективное фильтрование обеспечивает высокую скорость фильтруемой среды, предотвращает закупоривание поверхностных пор и продлевает срок службы фильтров.

Рамный фильтр-пресс (рис. 4.5) используется для осветления виноматериалов, вина, молока и пива. Фильтрующий блок состоит из чередующихся рам и плит с зажатой между ними фильтровальной тканью или картоном. Рамы и плиты зажимаются в направляющих 6 зажимным винтом 7. Фильтр монтируют на металлической станине.

Рис.4.5 Рамный фильтр-пресс:

1 — опорная плита; 2 – рама; 3 – плита; 4 — фильтровальная перегородка; 5 — подвижная плита; 6 — горизонтальная направляющая; 7 – винт; 8 – станина; 9 — желоб

Каждая рама и плита (рис. 4.6) имеют каналы для ввода суспензии и промывной жидкости. На поверхности плит с обеих сторон расположены сборные каналы 4, ограниченные сверху дренажными каналами, а снизу отводным каналом.

Рис.4.6 Рама (а) и плита (б) фильтр-пресса:

1,2 — каналы для ввода суспензии и промывной жидкости; 3 — жренажный канал; 4 — сборный канал; 5 — отводной канал

При фильтровании (рис. 4.7, а) суспензия под давлением подается через каналы в рамах и плитах и распределяется по всем рамам. Фильтрат стекает по дренажным и сборным каналам в плитах и удаляется через отводные каналы. При промывке осадка (рис. 4.7, б) промывная жидкость под давлением вводится через соответствующие каналы, распределяется по рамам и проходит обратным током через фильтровальную перегородку, промывает осадок, а затем удаляется из фильтра через отводные каналы. При промывке отводные каналы всех нечетных плит блока должны быть закрыты.

Основной недостаток рамных фильтр-прессов — трудоемкость выгрузки осадка и замены фильтровальной перегородки. Для выгрузки осадка необходимы разборка вручную фильтровального блока и промывка плит и рам.

Рис. 4.7 Схема работы фильтр-пресса:

а – фильтрование; б — промывка осадка; 1 – рама; 2 — плита

Фильтр-пресс автоматизированный камерный с механизированной выгрузкой осадка (ФПАКМ) используют для разделения тонкодисперсных суспензий концентрацией 10. 500 кг/м3 при температурах до 80 °С. Является фильтром периодического действия. Он состоит из ряда прямоугольных фильтров (рис. 4.8), расположенных вплотную один под другим, благодаря чему возрастает удельная площадь поверхности фильтрования по отношению к площади, занимаемой фильтром.

Рис.4.8 Фильтр-пресс с горизонтальными камерами (ФПАКМ):

1 — нижняя плита; 2 — верхняя плита; 3 — пространство для суспензии и осадка; 4 — перфорированный лист; 5 — пространство для фильтрата; 6 — эластичная диафрагма; 7, 9, 12 — каналы; 8 — коллектор для суспензии; 10 — коллектор для отвода фильтрата; 11 — пространство для воды; 13 — фильтровальная ткань

В положении А в камеру из коллектора 8 последовательно поступают суспензия на разделение, жидкость для промывки и сжатый воздух для подсушки осадка. Фильтрат, промывная жидкость и воздух отводятся по каналам 12 в коллектор 10. В пространстве 11 по каналам 9 подается вода под давлением, которая с помощью водонепроницаемой диафрагмы 6 отжимает осадок (положение Б). Затем плиты раздвигаются и осадок удаляется из фильтра через образовавшиеся щели (положение В).

Барабанные вакуум-фильтры применяют при непрерывном разделении суспензий концентрацией 50. 500 кг/м3. Твердые частицы могут иметь кристаллическую, волокнистую, аморфную, коллоидальную структуру. Производительность фильтра зависит от структуры твердых частиц и снижается в указанной выше последовательности.

Барабанные вакуум-фильтры (рис. 4.9) выпускают с внешней и внутренней фильтрующей поверхностью, которая обтягивается текстильной фильтровальной тканью. Вращающийся горизонтальный перфорированный барабан разделен перегородками на несколько секций одинаковой формы, которые за оборот барабана проходят несколько рабочих зон: фильтрования, обезвоживания, промывки, удаления осадка и регенерации фильтровальной ткани. Устройством, управляющим работой фильтра, является распределительная головка, через которую секции барабана в определенной последовательности подсоединяют к магистралям вакуума, сжатого воздуха и промывной жидкости.

Рис.4.9 Барабанный вакуум-фильтр с распределительной головкой:

1 — перфорированный барабан; 2 — фильтровальная ткань; 3 — ножевое устройство; 4 – секция; 5 – корыто; 6 – мешалка; 7 – труба; 8 – разбрызгиватель; 9 — распределительная головка

В стадии фильтрования зона фильтра под фильтрующей тканью соединяется с вакуумом и фильтрат, находящийся в корыте, проходит через фильтровальную ткань. Осадок откладывается на ее поверхности. Промытый и подсушенный осадок непрерывно срезается ножом. Чтобы взвешенные частицы не отстаивались, корыто снабжено качающейся мешалкой.

Для извлечения пива и дрожжей из дрожжевой суспензии, образующейся при седиментации в бродильных чанах и танках, применяют барабанный вакуум-фильтр, изображенный на рис. 4.10. Фильтровальный элемент состоит из крупноячеистой сетки, на которую накладывается мелкоячеистая сетка. Для улучшения условий фильтрования на мелкоячеистую сетку намывается слой вспомогательного материала — кизельгура либо картофельного крахмала. Пивная или дрожжевая суспензия, подаваемая из бака, при вращении барабана равномерно распределяется по фильтровальной поверхности, а дрожжевой осадок (лепешка) срезается ножом, установленным над баком.

Рис.4.10 Барабанный вакуум-фильтр:

1 — насос для фильтрата; 2 — вакуум-насос; 3 – пеногаситель; 4 — фильтровальный элемент; 5 – барабан; 6 — труба для фильтрата

Содержание сухих веществ в дрожжевой лепешке достигает 25. 28 %. Обрызгивание подсыхающей лепешки водой способствует увеличению выхода пива примерно на 20 %.

Детали фильтра, находящиеся в контакте с фильтрующей средой, выполнены из нержавеющей стали. Все детали фильтра легко очищаются.

Схема фильтровальной установки с барабанным вакуум-фильтром показана на рис. 4.11. Суспензия подается в корыто фильтра, где установлена качающаяся мешалка, препятствующая сепарации крупных твердых частиц большой плотности. При погружении 30 % поверхности барабана в суспензию он подключается к вакуум-насосу. Фильтрат и промывная жидкость собираются в сборниках 3, где от них отделяется воздух, поступивший в фильтр во время обезвоживания и промывки осадка, и затем откачиваются насосами.

Дисковые фильтры (рис. 4.12) применяют для разделения тонкодисперсных суспензий; они работают под давлением с намывным слоем вспомогательного вещества. Дисковый фильтр представляет собой вертикальную емкость с обогреваемой рубашкой. Внутри фильтра на полый вал 6 насажены дисковые металлические перфорированные фильтровальные элементы 7. На диски натягивают полипропиленовую или другую фильтровальную ткань, закрепляемую хомутами. Рабочее давление в фильтре достигает 0,5 МПа, в рубашке — 0,3 МПа.

Рис.4.11 Схема фильтровальной установки:

1 — барабанный вакуум-фильтр; 2 — приемник осадка; 3 — сборники фильтрата и промывной жидкости; 4 – воздуходувка; 5 — вакуум-насос; 6 — насосы для отбора фильтрата и промывной жидкости; 7 — насос для суспензии; 8- ёмкость для суспензии

В дисковых фильтрах предусмотрен центробежный сброс подсушенного осадка. Полый вал вместе с фильтровальными дисками приводится во вращение электро — и гидродвигателем. Частота вращения вала достигает 250 мин-1. Вал имеет сальниковые тефлоновые уплотнения.

Рис 4.12 Дисковый фильтр:

1 – шкив; 2 — сальниковое уплотнение; 3 – крышка; 4 — корпус фильтра; 5 – рубашка; 6 – вал; 7 — фильтровальный элемент; 8 — подпятник

Перед фильтрованием на фильтровальные элементы намывают слой вспомогательного вещества, суспензия которого готовится в суспензаторе. Готовая суспензия прокачивается насосом через фильтровальные элементы до образования намывного слоя толщиной 15. 30 мм. Фильтрат из дисков через отверстия в полом валу поступает внутрь вала и выводится из фильтра в суспензатор. Аналогичным образом проводится фильтрование суспензии. После окончания фильтрования осадок промывается обратным током фильтрата и подсушивается воздухом.

Ленточный фильтр (рис. 4.13) состоит из рамы, приводного и натяжного барабанов, между которыми натянута бесконечная перфорированная резиновая лента. Под ней расположены вакуум-камеры, соединенные в нижней части с коллекторами для отвода фильтрата и промывной жидкости. За счет вакуума лента прижимается к верхней части вакуум-камер. К резиновой ленте натяжными роликами 7 прижимается фильтровальная ткань, выполненная также в виде бесконечной ленты.

Суспензия подается на фильтровальную ткань из лотка 5. Фильтрат под вакуумом отсасывается в камеры и отводится через коллектор в сборник. Промывная жидкость подается через форсунки 2 на образовавшийся осадок и отсасывается в камеры, из которых через коллектор 9 отводится в сборник.

На приводном барабане фильтрующая ткань отделяется от резиновой ленты и огибает направляющий ролик. При этом осадок соскальзывает с фильтровальной ткани и падает в сборник осадка.

Рис 4.13 Ленточный вакуум-фильтр:

1 — приводной барабан; 2 – форсунка; 3 — вакуум-камера; 4 — резиновая лента; 5 – лоток; 6 — натяжной барабан; 7 — натяжные ролики; 8 — коллектор для отвода фильтра; 9 — коллектор для отвода промывной жидкости; 10 — сборник осадка; 11 — фильтровальная ткань

При прохождении фильтровальной ткани между роликами 7 она промывается, просушивается и очищается.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия разделяются по расположению вала на вертикальные и горизонтальные, по способу выгрузки осадка — на центрифуги с ручной, гравитационной, пульсирующей и центробежной выгрузкой осадка. Главным отличием фильтрующих центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный барабан, обтянутый фильтровальной тканью.

В фильтрующей центрифуге периодического действия (рис. 4.14) суспензия загружается в барабан сверху. После загрузки суспензии барабан приводится во вращение. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается к внутренней стенке барабана. Жидкая дисперсионная фаза проходит через фильтровальную перегородку, а осадок выпадает на ней. Фильт — рат по сливному патрубку направляется в сборник. Осадок после окончания цикла фильтрования выгружают вручную через крышку 3.

Рис.4.14 Фильтрующая центрифуга периодического действия:

1 – станина; 2 — перфорированный барабан; 3 – крышка; 4 – кожух; 5 – ступица; 6 — подшипник; 7 – электродвигатель; 8 — шкив с ременной передачей; 9 — дренажная сетка; 10 — фильтрующая ткань

Конструкция фильтрующей центрифуги с перфорированным барабаном аналогична конструкции автоматической отстойной центрифуги с непрерывным ножевым съемом осадка.

В саморазгружающихся центрифугах (рис. 4.15) осадок удаляется под действием гравитационной силы. Такие центрифуги выполняют с вертикальным валом, на котором располагается перфорированный барабан. Суспензия подается на загрузочный диск при вращении барабана с низкой частотой. Нижняя часть барабана имеет коническую форму, причем угол наклона делается большим, чем угол естественного откоса осадка. После окончания цикла фильтрования и остановки барабана осадок под действием гравитационной силы сползает со стенок барабана и удаляется из центрифуги через нижний люк.

Рис 4.15 центрифуга с гравитацонной выгрузкой осадка:

1 — вал; 2 – барабан; 3 — распределительный диск, 4 — упорная втулка

В непрерывно действующих фильтрующих центрифугах с пульсирующей выгрузкой осадка (рис. 4.16) фильтрат из центрифуги выводится непрерывно, а осадок периодически выгружается из барабана пульсирующим поршнем.

Поршень-толкатель перемещается в горизонтальном направлении в барабане с помощью штока, который находится внутри полого вала барабана. Шток вращается вместе с валом и совершает одновременно возвратно-поступательные движения (10ходов в минуту, длина каждого хода составляет примерно 0,1 длины барабабана). Сервомеханизм автоматически изменяет направление движения поршня.

Рис 4.16 Центрифуга непрерывного действия с пульсирующей выгрузкой осадка:

1 — полый вал; 2 – шток; 3 – корпус; 4 — поршень – толкатель; 5 — приемный конус; 6 – барабан; 7 — сито

Суспензия подводится по оси вала в приемный конус. В конусе имеются отверстия, по которым суспензия поступает в барабан. Внутренняя поверхность барабана покрыта фильтровальным ситом. Осадок, отложившийся на поверхности сита, промывается и перемещается поршнем к открытому концу барабана. Из барабана осадок выгружается в камеру для осадка.

Центрифуга непрерывного действия с центробежной выгрузкой осадка имеет конический перфорированный барабан, внутри которого вращается шнек со скоростью, несколько меньшей скорости вращения барабана. При вращении витки шнека снимают с барабана отложившийся осадок и перемещают его в нижнюю часть барабана, в камеру для осадка. Выгрузка осадка происходит под действием центробежной силы. При этом осадок не измельчается, его структура не изменяется, как, например, в центрифугах с ножевым срезом и выгрузкой осадка пульсирующим поршнем.

4.5. РАСЧЕТ ФИЛЬТРОВАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Расчет фильтровального оборудования периодического действия заключается в определении количества аппаратов для обеспечения заданной суточной производительности по фильтрату. Для этого выбирают или рассчитывают площадь поверхности фильтрования и производительность одного аппарата.

Продолжительность фильтрования при ∆р = const определяют по уравнению

где: — продолжительность собственно фильтрования; — продолжительность вспомогательных операций (подготовка аппарата к работе, загрузка суспензии, удаление осадка); r0 и x0 принимаются на основании экспериента

Наибольшая производительность аппарата периодического действия при значительном сопротивлении фильтровальной перегородки достигается при . Для ориентировочного расчета оптимальной продолжительности цикла можно пользоваться зависимостью (для и

Производительность по фильтрату за один цикл определяют по уравнению (4.5), подставляя в него выбранную площадь поверхности фильтра F и.

Производительность центрифуги но суспензии за один цикл (в кг) , где — рабочий объем центрифуги или объем загружаемой за один цикл суспензии; D и D0 — соответственно внешний и внутренний диаметры барабана.

Число циклов работы фильтровальной установки в сутки находят по уравнению nобщ = Qобщ/V, зная суточную производительность установки по фильтрату или суспензии.

Число циклов работы одного аппарата в сутки

Необходимое количество фильтров Ф = nобщ / n1

Расчет фильтровального оборудования непрерывного действия при заданной или принятой площади поверхности фильтрования сводится к определению по заданной производительности скорости перемещения поверхности фильтрования, а также необходимого числа аппаратов для обеспечения заданной производительности.

На основании экспериментальных данных принимают наименьшую толщину осадка, чтобы обеспечить максимальную производительность.

Из уравнения (4.2) определяют объем фильтрата V =h0F/x0.

Подставляя найденную величину V в уравнение (4.4), определяют продолжительность фильтрования для получения слоя осадка заданной толщины .

На основании экспериментальных или расчетных данных определяют продолжительность промывки осадка, общую продолжительность цикла и производительность аппарата.

Производительность по фильтрату при центробежном фильтровании , где vц — скорость центробежного фильтрования, определяемая по формуле (4.13).

Число аппаратов для обеспечения заданной производительности Qобщ определяют из соотношения Ф=Qобщ/Qi где Qi — производительность одного аппарата.

1. Какие неоднородные системы разделяют фильтрованием? 2. Что является движущей силой фильтрования? 3. Какие меры принимают для увеличения эффективности фильтрования? 4. В чем заключается расчет фильтров периодического и непрерывного действия? 5. Какое оборудование применяют для разделения неоднородных систем методом фильтрования? 6. Какие конструкции фильтров используют в пищевой промышленности? 7. Какие конструкции фильтрующих центрифуг применяют в пищевой промышленности? 8. Что является движущей силой в фильтрующих центрифугах? Чем она определяется? 9. В чем заключается расчет фильтрующих центрифуг периодического и непрерывного действия? 10. Проведите сравнительную оценку эффективности фильтрования в фильтрах и фильтрующих центрифугах.