5.5. Бақылау сұрақтары

1. Ортадан тепкіш желдеткішті қалай құрастырылған жұмыс істеуі.?

2. Желдеткіштің сорушы құбырында орналасқан Пито түтікшесінің плюс минусына жалғанған дифманометр қандай қысымдар айырымын көрсетеді?

3. Желдеткіштің сипаттамасын анықтаған кезде неге шығымын диафрагманың реттеу тетігімен тетігінен өзгертуге болады да, ал тордың сипаттамасын анықтаған кезде болмайды?

4. Top сипаттамасы мен жұмыс нүктесінің қандай физикалық мәні бар?

5. Сорушы және айдаушы құбырдағы ауаның тығыздығы екеуінде бірдей болатындай етіп не үшін есептейді?

6. Иілген шкалы дифманометрдің U-бейнелі дифманометрден қандай өзге артықшылығы бар?

7. Желдеткіштің тудыратын қысым айырымын анықтау үшін оны дифманометр арқылы Питоның қос түтікшесінің плюсіне емес минусіне жалғауға бола ма?

8. Егер сорушы құбырдан торды алып тастайтын болсақ, онда диафрагманың реттеу түтігінің сол мезеттегі ашылуы жұмыс нүктесінде қалай көрінеді (желдеткіштің берілген айналым саны үшін?

9. Тахометр не үшін керек?

Зертханалық жұмыс № 6 Сүзу процесінің турақтыларын анықтау.

Жұмыстың мақсаты. Сүзудің тұрақтыларын және тұнбаның меншікті кедергісі мен сүзу бөгетінің кедергісін анықтау

6.1 Теориялық бөлім

Бір күйдегі заттарды ұстап қалатық, ал екінші күйдегі заттарды өткізіп жіберетін кеуекті (ұсақ тесікті) бөгеттер жәрдемімен, әртекті жүйелерді (системаларды) ажырату процесі сүзу процесі деп аталады. Суспензияларды (дисперсті фазасы қатты зат, ал дисперсиялық ортасы - қатты зат ерімейтін сұйық жүйе) ажыратқанда қатты бөлшектер сүзгі бөгетімен ұсталып, оның бетінде тұнба пайда болады, ал сұйық тұнба қабатынан және сүзгі бөгетінің кеуектерінен өтеді. Нәтижесінде суспензия сүзіндіге (фильтрат) және ылғалды тұнбаға ажыратылады.

Сүзудің екі түрі болуы мүмкін:

а) кеуектерді бітеу арқылы - қатты бөлшектер кеуектерде ұсталып қалады да, ал сүзу бөгетінің бетіне тұнба тұрмайды;

б) сүзу бөгетінің бетінде тұнба пайда болу арқылы - қатты бөлшектер сүзу бөгетінің кеуегіне кірмей бөгетте ұсталады. Тұнба пайда болатын сүзу процесі іс жүзінде жиі кездеседі.

Сүзу гидродинамикалық процеске жатады. Сүзу процесінің ( Р) жылдамдығы бөгеттің екі жағындағы қысымдардың айырмасы сүзу процесінің қозғаушы күшіне тура пропорционал, ал бөгет кеуектерінен және пайда болған тұнба қабатынан өткен сұйыққа әсер ететін кедергілерге кері пропорционал болады. Сүзгі бөгетінің екі жағындағы қысымдардың айырмасы болу үшін компрессорларды және насостарды (ортадан тепкіш, поршеньді т.б.), пайдаланылады, сондай-ақ суспензняның гидростатикалық қысымы пайдаланады. Сүзгі бөгеттерді мақта матасынан (бөз, диагональ және т.б.), жүн матасынан (шұға, бәйке киіз және т.б.) синтетикалық талшыктарынан (полиамид, полихлорвинил) жасалады. Өнеркәсіпте кеуекті металдан, керамикадан және металлокерамикадан жасалған сүзу бөгеттері кеңінен қолданылады.

Қандай сүзгі бөгеттерін таңдап алу мына төмендегі шарттармен анықталады:

1) кеуектілігі мен (ұсақ тесіктердің размері қатты бөлшектерді бөгет бетінде қалатындай болу керек);

2) сүзілетін ортаның әсеріне химиялық төзімділігімен;

3) жеткілікті механикалық беріктігімен;

4) сүзу кезіндегі температураға жылулық төзімділігімен.

Сүзу процесіндегі кедергі сүзгі бөгетінің кедергісі және тұнба қабаты кедергісінің қосындысына тең болады, яғни:

R = R_с.б. + R_т (6.1)

Тұнба қабатының сұйық ағынына кедергісі қатты бөлшектер мен сұйықтың қасиеттеріне және сүзу шарттарына байланысты болады. Сүзу процесіне әсер ететін шарттардың ішіндегі ең маңыздысы, сүзгі бөгетінің екі жағындағы қысымдар айырмасы болып табылады. Сүзу бөгетінде пайда болған тұнбалар сығылмайтын және сығылатын болып бөлінеді. Сығылмайтын тұнбалардың кеуектілігі (кеуектер көлемінің тұнба көлеміне қатынасы) қысымдар айырмасы көбейгенде азаймайды. Сығылатын тұнбалардың кеуектілігі қысымдар айырмасы көбейгенде азаяды, ал оның сұйық ағынына гидравликалық кедергісі көбейеді. Іс жүзінде сығылмайтын тұнбалар размері 100 мкм көп болған анорганикалық заттар мысалы: құмның бөлшектерінен, карбонаттың және бикарбонаттың кристалдарынан құралады. Сығылатын тұнбаларға металл (мысалы: алюминий, темір, мыс) тотықтарының гидраттары жатады.

Суспензияның сүзу процесінің жылдамдығы қатты бөлшектердің физикалық қасиеттеріне және олардың ірілігіне байланысты болады. Қатты бөлшектердің ірілік дәрежесіне (диаметріне) байланысты суспензиялар төмендегі топтарға бөлінеді:

a) ipi d_б> 100 мкм

б)майда 0,5 <d_б<100MKM

в)лайқа 0,l<d_б<0,5 мкм

г) коллоидты ерітінді d_б < 0,1 мкм.

Сығылмайтын сүзгі бөгетінің бетінде сығылмайтын тұнба пайда болған кезде, тәжірибе нәтижесінде былай тұжырымдалған: сүзгі бетінің өлшем бірлігінен аз уақыт ішінде алынған сүзіндінің (фильтрат) көлемі қысымдар айырмасына тура пропорционал, ал сүзіндінің тұтқырлығы және тұнба мен бөгеттердің жалпы кедергілеріне кері пропорционал:

(6.2)

Мұнда: сүзінді көлемі, м³

сүзгінің беті, м²

сүзу уақыты, с

қысымдар айырмасы, Па

сүзгінің тұүтқырлығы, Па ^. с

тұнба қабатының кедергісі, м^-1

сүзу бөгетінің кедергісі, м^-1

Бұл теңдеуде

м/с өлшенетін

- сүзу процесінің айнымалы жылдамдығын өрнектейді.

(2) - теңдеуді интегралдау үшін тұнба көлемі V_T мен сүзінді көлемінін V_c арасындағы байланысты анықтаймыз.

Олардың қатынасын V_T/V_с=X_о деп белгілейміз, ал бұл суспензияның көлемдік концентрациясына тең.

Онда тұнба көлемі: V_т = X_oV_c

Сонымен бірге тұнба көлемін былай өрнектеуге болады:

V_т = h_тF

мұнда: һ_т - тұнба қабатының биіктігі

демек,

Х₀V_с = h_тF

Бұл жерде сүзгі бөгетінің бетіндегі біркелкі тұнба қабатының биіктігі (қалыңдығы):

(6.3)

Тұнба қабатының кедергісі:

(6.4)

Мұнда: - тұнба қабатының меншікті көлемдік кедергісі, м^-2. Тұнбаның меншікті кедергісі, тұтқырлығы I Па с болған сұйықтық биіктігі 1м тұнба қабатының 1 м/с жылдамдықпен өткенде жұмсалған қысымды (Па) көрсетеді. Тұнба қабатының меншікті кедергісі тұнба құрылысының сипаттамасын (1м²-дегі сүзгі бетіндегі кеуектер саны олардың пішінін және размері) есепке алады.

R_T-ның мәнін (2) теңдеуіне қойып сығылмайтын бөгет бетінде сығылмайтын тұнба алатын сүзу процесінің дифференциалды теңдеуін табамыз:

(6.5)

Сүзу процесін қысым айырмасы ( Р) және сүзу процесінің жылдамдығының (W) мәндері тұрақты болған режимдерде жүзеге асыруға болады. Р = const режимінде тұнба қабатының кедергісі көбеюіне байланысты процестің жылдамдығы азаяды.

Мұндай режимде (егер температурамен сүзгі құрылысы өзгермесе) (6.5) -теңдеуіндегі V және мәнінен басқа мәңдердің бәрі тұрақты. (5) - теңдеуін 0-ден V-ға және 0-ден дейінгі аралықта интегралдаймыз:

немесе

немесе (6.6)

бұл теңдеуден сүзу процесіне кеткен уақыт мынаған тең болады:

(6.7)

Сүзгілерді есептегенде олардың меншікті өнімділігін жиі қолданылады. Сүзгінің меншікті өнімділігі - сүзгі бетінің өлшемімен өлшенеді. Онда (6.7) теңдеуі былай м² сүзгі беті жазамыз:

(6.8)

Мұндағы тұрақты шамаларды: және

деп белгілесек, (6.8) теңдеуі былай жазуға болады: (6.9)

мұндағы: К₁ және К₂ - сүзу процесінің тұрақтылықтары:

К₁ - тұнбаның гидравликалық кедергісін, ал К₂ - сүзгі бөгетінің гидравликалық кедергісін сипаттайды.

Тұрақтылардың мәні белгілі болса, онда тұнбаның меншікті кедергісін:

және сүзгі бөгетінің кедергісін: (6.10) формулаларымен анықтауға болады. (6.9) теңдеуінің екі жағын да q-ға бөліп мына формуланы табамыз:

(6.11)

Демек (6.10) теңдеуі координаттарында АВ түзу сызығымен өрнектеледі. Бұл түзу абцисса осінің арасындағы бұрыштың тангенсі (6.2-сурет) tga = К₁, ал оның ордината осінен (АО) кесіп өтетін кесіндісі АО = К₂ тең болады.

К₁ және К₂ сүзгінің тұрақтылықтарын табу үшін (қысымдар айырмасы тұрақты болған кезде) зерттелген суспензияны берілген сүзгі құрылғысынан өткізіп тәжірибе жасаймыз. Тәжірибе барысында q және х шамаларының бір-біріне сәйкес бірнеше мәндерін белгілейміз. Сүзу процесінің соңында тұнбаның биіктігін өлшейді.

Тәжірибе алынған q мен шамаларын координатасына нүкте ретінде түсіреміз және осы нүктелерді түзу сызықпен қосып, оны ордината осімен қиылысқанша жалғастырамыз. Графиктен К₁ және К₂ мәндерін тауып, (6.10) формула бойынша г_т және R_с.б. есептейміз. Сосын Х₀-ны есептейміз.

Х₀ мәнін мына теңдеуден табамыз:

(6.12)