§7 Процессы фильтрования.

Процессы фильтрования – это процесс разделения неоднородной системы с твёрдой дисперсной фазы, основанное на содержание твердых частиц по средствам специально твёрдых перегородок.

Процесс фильтрации делится на:

1. Шлаковые – процесс фильтрации протекает в основном на основе осадков (шлам), который откладывается на поверхности фильтра.

В этом случае начало пор перекрывается началом дисперсной фазы, слой шламов нарастает, в результате сопротивление с фильтром повышается и практически все мелкие частицы проскакивают через фильтры. При этом начальная стадия процесса называется обдержка фильтра ( получение осадка заданной толщины).

продукт

фильтр

шлам

фильтрат

h

Процесс применяется для фильтрации маловязких жидкостей при наличие большого количества дисперсной фазы.

2. Закупорочная фильтрация. При наличие в разделяющем продукте дисперсной фазы в малом количестве и малом размере на поверхности фильтра, шлам практически будет отсутствовать. Дисперсные частицы будут задерживаться внутри пор фильтра, т.е. поры будут закупориваться.

Отметим, что на практике зачастую встречается комбинированная фильтрация. Для оценки фильтрации используют порог фильтрации – это максимальный размер частицы, который может пройти через данный фильтр без задержки.

Основные параметры фильтрации:

• Скорость

• Движущая сила фильтрации является суммарной градиент перепада давления().

- градиент статического давления;

ρ – плотность;

g – ускорение свободного падения;

ρgh – величина пьезометрического давления над поверхностью фильтра.

Отметим, что при расчётах гидравлических соединений жидкости в результате неравномерного сечения и искривления капилляров или каналов пренебрегают, поскольку величина этого сопротивления ничтожно мала из-за малой скорости течения через капилляры.

Для технического описания процессов фильтрации при малых скоростях и малом критерии Рейнольдса (применяют следующие зависимости:

1. Уравнение Новье –Стокса. Описывает процесс движения жидкости (суспензии или эмульсии) параллельными слоями;

2. Уравнение Пуазейля. Описывает движение фильтрата по капиллярам цилиндрической формы;

3. Уравнение Дарси. Описывает аналогичные движения жидкости в трубопроводе, но с учетом гидравлических соединений пористых капилляров.

Для практического расчета объёма Q необходимо учитывать коэффициент сопротивления фильтра. При этом следует учесть, что изменение фильтра по накоплению осадков изменяется – увеличивается. Обычно коэффициент сопротивления определяется экспериментальным путём. С учетом определения коэффициента формула для расчета фильтрации выглядит следующим образом:

–для чистой фильтрации (без осадков);

где μ – вязкость жидкости;

ε –пористость фильтрации.

Фильтр и осадок совместно увеличивают сопротивления движения жидкости. Все эти формулы справедливы для расчета фильтрации.

Особенности закупорочной фильтрации:

Так как закупорочная фильтрация основана на задержке, то представим:

капилляры длиной L имеют начальный диаметр и после задержки на стенке капилляров некоторых осадков диаметр станетd, через время τ.

d

При условии, что количество капилляров равно z , а через них за время τ прошёл объём фильтратов (dФ) концентраций (С) получим материальный баланс:

. (4)

После интегрирования выражения (3) и использование уравнения Пуазейля для скорости движения в капиллярах, так же после некоторых преобразований, получим формулу для исчисления объёмов фильтрации произвольного момента:

При = 0,

.

Максимальное количество фильтратов за время

С – концентрация.

Формула позволяет рассчитать максимальную возможность фильтрации данным фильтром. На основе возможных предпосылок произноситься расчет, разнос и назначение.