4.4 Оборудование, технические средства, инструменты

Для проведения лабораторной работы необходимы:

1. Экспериментальная установка.

2. Твердые частицы (мел, крупа, песок).

3. Вода.

4. Секундомер.

4.5 Описание экспериментальной установки

Установка для проведения лабораторных работ по фильтрованию (рисунок 4.2) состоит из емкости для суспензии 1, мешалки 2, погружного элемента вакуум-фильтра 3, приемника для фильтрата 4, вакуум-насоса 5 и вакуумметра 6.

Элемент вакуум-фильтра разборный и состоит из воронки со съемной перфорированной решеткой и прижимной крышкой. На во­ронку с установленной решеткой накладывают фильтровальную ткань и зажимают крышкой.

Отдельные части установки соединены между собой трубопрово­дами и вакуумными резиновыми трубками. Имеется вентиль 7, которым при работающем вакуум-насосе создают нужный вакуум, и кран 8, или зажим, установленный между бачком для суспензии и приемником для фильтрата. Этот кран открывают после подготовки всей установки к работе на заданном режиме. Кран 9 предназначен для выравнивания давления в приемнике 4 с атмосферным.

4.6 Методика проведения работы

Приготавливают суспензию (или пользуются готовой суспензией) и заливают в емкость 1 (см. рисунок 4.2). Суспензию готовят в отношениях Т: Ж=1:1000. Во избежание уплотнения осадка (мел, крупа или другой материал) включают мешалку 2.

Собирают вакуум-фильтр 3 и устанавливают его в емкости 1, по­гружая в суспензию на несколько сантиметров. Кран 7 закрыт, кран 9 вначале открыт. Включают вакуум-насос, закрывают кран 9 и, осторожно открывая вентиль 8, устанавливают заданный руководителем вакуум по вакуумметру 6. После установления рабочего режима открывают кран 7 и одновременно включают секундомер.

Первый замер времени делают при появлении первых капель фильтрата в приемнике. Через некоторое время, когда в приемнике наберется некоторое количество фильтрата, производят, не выключая секундомер, одновременный замер времени и количества собранного фильтрата. Такие замеры производят 5...6 раз до окончания фильтрования, кото­рое замечают по замедленному выходу фильтрата.

1 – емкость для суспензии; 2 – мешалка; 3 – вакуум-фильтр;

4 – приемник для фильтрата; 5 – вакуум-насос; 6 – вакуумметр; 7,8,9 – краны

Рисунок 4.2 – Схема лабораторной установки

После сбора фильтрата выключают вакуум-насос. Фильтр разбирают, осадок снимают в специальную емкость, по­сле этого промывают фильтр и ткань, и собирают фильтр снова. Ре­зультаты замеров заносят в таблицу (таблица 4.1).

4.7 Обработка опытных данных

1. Определяют удельный объем фильтрата, собранный с единицы поверхности фильтра:

.

2. Определяют разности Δτ и ΔV_уд.

3. Вычисляют величины, обратные скорости фильтрования:

4. Строят график, откладывая по оси абсцисс величины удельных объемов от V₁ до V₂, а по оси ординат величины отношения от Δτ₁,/ΔV_уд1 до Δτ _n/ΔV_{уд n}. Так как отношение Δτ /ΔV_уд является средней ве­личиной для соответствующих интервалов ΔV, то величины этих от­ношений следует откладывать по вертикали из середины однозначных интервалов либо проводить прямую через середины отрезков a₁ - b₁, а₂ - b₂, и т.д. (см. рисунок 4.1), как об этом сказано выше.

5. Для определения константы К находят тангенс угла наклона прямой как отношение катетов, взятых в соответствующих масштабах.

6. Константу С находят непосредственным замером отрезка ДО с учетом масштаба.

7. Определяют расчетные константы К и С, решая систему уравнений (4.19) по двум парам значений удельных объемов и времени.

8. Определяют скорости фильтрования в начальный и конечный момент времени: и :

(4.20)

9. Рассчитанные значения констант фильтрования К и С сравнивают с полученными из графика.

10. Находят r_о и R_ф из выражений (4.15) и (4.16), а х_о рассчитывают по соотношению .

Таблица 4.1 – Отчетная таблица

Наименование, обозначения и размерность величины			Точки замера
			1	2	3	4	5
1 Время замера τ, с
2 Диаметр фильтра, м
3 Поверхность фильтрования, м2
4 Объем фильтрата за время τ V, м3
5 Удельный объем фильтрата Vуд=V/F, м3/м2
6 Интервалы времени Δτ, с
7 Приращение удельного объема фильтрата за время Δτ ΔVуд, м3/м2
8 Величина обратная скорости фильтрования Δτ/ΔVуд, с·м3/м2
9 Константы процесса фильтрования:
графические:
К	К, м2/с
	ro, м/кг
С	С, м3/м2
	Rф, м/м2
расчетные:
К		К, м2/с
		ro, м/кг
С		С, м3/м2
		Rф, м/м2
10 Удельная производительность фильтра по фильтрату Vф, м3/м2·ч
11 Скорость фильтрования: в начальный момент , м/с в конечный момент , м/с

11. Определяют удельную производительность фильтра по фильтрату:

, (4.21)

где V_п – общее количество фильтрата, собранного за время опыта, м³;

F_ф – площадь фильтра, м²;

τ_п – продолжительность опыта, с.