4.8 Контрольные вопросы
1. Какие системы называются гетерогенными? Классификация НС.
2. Материальный баланс процесса разделения.
3. Эффективность разделения.
4. Какой процесс называется фильтрованием? Классификация процесса фильтрования.
5. Классификация осадков. Удельное сопротивление осадка.
6. Фильтровальные перегородки. Сопротивление фильтровальной перегородки.
7. Что такое скорость фильтрования?
8. Уравнение кинетики процесса фильтрования. Движущая сила процесса.
9. Фильтры периодического действия. Достоинства и недостатки.
10. Фильтры непрерывного действия. Достоинства и недостатки.
11. Фильтры для очистки газов.
12. Способы интенсификации процессов фильтрования.
4.9 Тестовые задания
1. Фильтрование является альтернативным методом разделения неоднородных систем по отношению к осаждению, если:
1) частицы дисперсной фазы очень малы;
2) если плотность сплошной ρ и дисперсной фаз ρТ близки ρ ≈ ρТ;
3) содержание дисперсной фазы мало.
4) все варианты возможны.
2. Фильтрованием разделяют:
1) эмульсии;
2)пены;
3) пыли;
4) суспензии.
3. С позиций тенденции к безотходности производства предпочтительно, чтобы целевым продуктом фильтрования были:
1) осадок;
2) фильтрат;
3) осадок и фильтрат одновременно;
4) осветленная жидкость.
4. Фильтровальная перегородка, прежде всего, должна:
1) легко отделяться от осадка (низкая адгезия осадка);
2) иметь низкое гидравлическое сопротивление;
3) иметь размер пор меньше, чем размер задерживаемых частиц;
4) быть механически прочной;
5) быть химически инертной по отношению к компонентам разделяемой суспензии.
6) все варианты возможны.
5. При снятии осадка на перегородке оставляют его тонкий слой для того, чтобы:
1) не повредить фильтровальную перегородку;
2) исключить проскок частиц в фильтрат.
3) все варианты возможны.
6. Содержание влаги в осадке, прежде всего, зависит:
1)от продолжительности фильтрования;
2) диаметра частиц дисперсной фазы;
3) природы и структуры осадка.
4) все варианты возможны.
7. Скорость фильтрования – это:
1) количество осадка, образуемое в единицу времени;
2) скорость движения фильтрата;
3) количество фильтрата, проходящее через 1 м2 фильтровальной перегородки в единицу времени.
8. Фильтрование под вакуумом наиболее эффективно:
1) при высокой вязкости сплошной среды;
2) образовании сжимаемого осадка;
3) образовании несжимаемого осадка;
4) небольших размерах частиц дисперсной фазы;
5) высоком гидравлическом сопротивлении осадка.
9. Скорость фильтрования постоянна в процессе подачи суспензии при помощи:
1) сжатого газа; 2) вакуумирования;
3) поршневого насоса; 4) центробежного насоса.
10. В фильтрах непрерывного действия осуществляют режим фильтрования:
1) при постоянной скорости фильтрования;
2) постоянной разности давления;
3) постоянных скорости и движущей силе процесса;
4) все варианты возможны.
11. Движущая сила обычно больше:
1) в открытом нутч-фильтре;
2) закрытом нутч-фильтре;
3) она одинакова?
12. Какой из фильтров применяется только в том случае, когда осадок не требует промывки?
1) барабанный;
2) ленточный;
3) дисковый;
4) нутч-фильтр;
5) карусельный;
6) фильтр-пресс.
13. Может ли скорость фильтрования уменьшаться с течением времени при увеличении движущей силы процесса Δр?
1) да;
2) нет.
14. Основное уравнением фильтрования имеет вид:
1)
;
2)
;
3)
.
Приложение А
ПОПРАВОЧНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ
m
– модуль;
где d0 – диаметр диафрагмы d0 = 60 мм
Рисунок А.1 – Исходный коэффициент расхода диафрагмы
Рисунок А.2 – Поправочный множитель на шероховатость
трубопровода для диафрагм
Рисунок А.3 – Поправочный множитель на неостроту кромки диафрагмы
Приложение Б
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Аэрозоли – системы, состоящие из твердых или жидких частиц, взвешенных в газообразной среде (например, пыль, дым, туман).
Гетерогенные (неоднородные) системы – системы, состоящие из двух или нескольких фаз. Фазы, составляющие систему, могут быть, в принципе, механически отделены одна от другой.
Движущая сила гидродинамического процесса – разность давлений между двумя точками или сечениями аппарата.
Дисперсная фаза – внутренняя фаза, находящаяся в тонко раздробленном состоянии.
Дисперсность
D
–
величина, обратная поперечному размеру
частиц d,
то есть
.
Дисперсный состав – процентное содержание частиц различного размера.
Коагуляция – слипание твердых частиц в дисперсных системах при их соприкосновении.
Коалесценция – слияние капель жидкости или газовых пузырьков.
Лобовое сечение частицы – проекция частицы на плоскость, нормальную к направлению её движения.
Модель «идеального» фильтра – 1) каналы (поры) одинакового диаметра: 2) равномерно распределены по всей площади фильтровальной перегородки; 3) длина каналов равна высоте осадка.
Монодисперсные системы – системы, состоящие из одинаковых по размеру частиц.
Общий закон сопротивления:
,
где R – сила сопротивления среды, которая не зависит от природы сил, вызывающих движение твёрдых тел, и зависит от их формы и режимов движения, прямо пропорциональна скоростному напору и площади лобового сечения тела.
Осаждение – разделение жидких или газовых неоднородных систем путем выделения из жидкой или газовой фазы твердых или жидких взвешенных частиц; такое выделение осуществляется под действием силы тяжести, центробежной силы, а также под действием сил электрического поля.
Полидисперсные системы – системы, состоящие из разных по размеру частиц одного и того же слоя.
Порозность (доля свободного объема) – объем свободного пространства между частицами в единице объема, занятого слоем.
ε = (V – V0 )/V
где V – общий объем, занимаемый зернистым слоем, V0 – объем, занимаемый самими элементами или частицами, образующими слой.
Пыль – система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами от 5...50 мкм, она образуется преимущественно при дроблении и транспорте твердых материалов.
Сжимаемые и несжимаемые осадки – осадки, получаемые на фильтровальной перегородке при разделении суспензий. Под несжимаемыми понимают такие осадки, в которых порозность, т.е. отношение объема пор к объему осадка не уменьшается при увеличении разности давлений. Порозность сжимаемых осадков уменьшается, а гидравлическое сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением разности давлений.
Скорость осаждения ωос – скорость равномерного движения частицы в среды.
Скорость свободного осаждения – скорость, при которой осаждающиеся частицы практически не оказывают влияния на движение друг друга.
Скорость стесненного осаждения – скорость, которая меньше, чем скорость свободного осаждения, вследствие трения и соударения между частицами, а также тормозящего влияние стенок аппарата.
Скорость фильтрования – объём фильтрата, проходящий в единицу времени через 1 м2 фильтровальной перегородки:
.
Сплошная фаза (дисперсионная среда) – внешняя фаза, в которой распределены частицы дисперсной фазы в виде капель, пузырей, твердых частиц.
Степень разделения неоднородных систем характеризует эффективность процесса, определяется по уравнению:
и показывает, какая часть (процент) дисперсной фазы задерживается в аппарате.
Туман – система, состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размерами от 0,3 до 3 мкм, образовавшихся в результате конденсации.
Удельная поверхность а (м2/м3) – поверхность элементов или частиц материала, находящихся в единице объема, занятого слоем.
Удельное сопротивления осадка – разность давлений, необходимая для того, чтобы жидкая фаза с вязкостью 1 Па с фильтровалась со скоростью 1 м/с, сквозь слой осадка толщиной 1 м (roc=Δp/μhocW).
Фаза – однородная по химическому составу и физическим свойствам часть термодинамической системы.
Фактор формы:
Ф = Fш/F,
где Fш - поверхность шара, имеющего тот же объем, что и рассматриваемое тело поверхностью F. Например, для куба Ф= 0,806; для цилиндра высотой, в 10 раз превышающЕй его радиус, Ф = 0,69; для диска, высота которого в 10 раз меньше радиуса, Ф = 0,32. Значения Ф приводятся в справочниках.
Фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые частицы. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей, чем путем осаждения.