ПАХТ - ЛАБЫ

Промышленные фильтры отличаются друг от друга режимом работы, способом создания перепада давлений на фильтрующей перегородке, формой фильтрующей перегородки, направлением движения фильтрата, действием силы тяжести.

Интенсивность процесса фильтрования определяется скоростью фильтрования:

где V – объем фильтрата, м3; F – поверхность фильтрования, м2; t – продолжительность процесса, с.

Опыт показывает, что скорость фильтрования при ламинарном режиме течения фильтрата прямо пропорциональна перепаду давлений и обратно пропорциональна вязкости фильтрата и общему сопротивлению осадка и фильтрующей перегородки (закон Дарси):

где р – перепад давлений на фильтрующей перегородке, Па; μ – динамическая вязкость фильтрата, Па*с; RОС – сопротивление слоя осадка; RФП – сопротивление фильтрующей перегородки, м-1.

Учитывая пропорциональность объемов осадка и фильтрата, выразим их отношение через х , тогда толщина слоя осадка на перегородке составит:

где rOC – удельное сопротивление осадка.

Подставив значение ROC в уравнение (2), получим основное дифференциальное уравнение процесса фильтрования:

Проинтегрируем уравнение (5) для процесса при постоянном перепаде давлений на фильтрующей перегородке. Все величины в этом уравнении постоянны при указанном условии, кроме V и t (если пренебречь некоторым возможным увеличением RФП вследствие проникания в поры перегородки мельчайших твердых частиц). После разделения переменных и интегрирования получим

Уравнение (6) может быть использовано для практических целей, если известны х, rOC и RФП . Эти величины называют констан- тами процесса фильтрования. Определяются они экспериментально при разделении исследуемой суспензии на небольшом лабораторном фильтре при постоянном перепаде давлений. С этой целью преобразуем уравнение (6) к виду

При постоянных температуре и перепаде давлений все величины, входящие в выражения А и В, постоянны. Поэтому уравнение (6)

графически изображается в координатных осях t - V прямой линией,

V

наклоненной к оси абсцисс под углом, тангенс которого равен А, и отсекающей на оси ординат отрезок В.

Цель работы: 1) ознакомление с устройством открытого нутчфильтра периодического действия и барабанного вакуум-фильтра непрерывного действия (по макету); 2) определение констант уравнения фильтрования в экспериментах по разделению суспензии мел-вода на открытом нутч-фильтре при постоянном перепаде давлений на фильтрующей перегородке; 3) определение производительности нутчфильтра по фильтрату и влажному осадку.

112

Описание установки

Установка по изучению работы открытого нутч-фильтра (рис. 1) состоит из фильтра 1, емкости с мешалкой 2 для приготовления суспензии, вакуум-насоса 3, промежуточного резервуара 4, мерника фильтрата 5 и измерительных приборов – вакуумметра 6, секундомера 7 и термометра 8.

2

К1

8

1

5

7

6

От водопр. сети

К2 К3

4

Рис. 1. Схема установки 1 – фильтр, 2 – мешалка, 3 – вакуум-насос, 4 – резервуар, 5 – мерник, 6

– вакуумметр, 7 – секундомер, 8 – термометр

113

мешалка. Во время проведения опытов мешалку не выключают во избежание осаждения осадка. Измеряют температуру суспензии.

Включают вакуум-насос и краном К2 устанавливают заданный преподавателем вакуум по вакуумметру 6. Открывают кран К1, суспензия заливается в фильтр 1, под действием перепада давлений начинается фильтрование суспензии. В ходе опыта необходимо следить за постоянством заданного вакуума, при необходимости корректируя его величину краном К2. В результате работы фильтра будет увеличиваться толщина слоя осадка на фильтрующей перегородке, фильтрат будет накапливаться в мернике 5. При достижении объема фильтрата в мернике, равном 50 см3, включается секундомер. В течение опыта несколько раз одновременно фиксируют время фильтрования и соответствующий объем фильтрата (секундомер при этом не выключается). Уровень суспензии в фильтре будет постепенно понижаться. Как только он снизится до уровня контрольной риски на стержне фильтрующей перегородки 5, открывают кран К1 таким образом, чтобы в фильтре 1 поддерживался постоянный уровень суспензии. Поскольку скорость фильтрования и расход фильтрата будут уменьшаться со временем, кран К1 в течение опыта нужно постепенно прикрывать. При достижении определенного уровня фильтрата в мернике 5 кран К1 закрывают.

Когда фильтрование закончится (поверхность осадка потеряет влажный блеск), опыт прекращают. Секундомер останавливают и записывают время, объем фильтрата и высоту слоя осадка на фильтре. Высота слоя осадка измеряется металлической линейкой, которую торцевой частью вводят в слой осадка до упора в фильтрующую перегородку.

Фильтрат из мерника удаляется в канализацию. Фильтр разбирают, отвертывая нажимную гайку, и переносят решетку с фильтрующей перегородкой, поддерживая ее за стержень, вместе с обечайкой фильтра в раковину. Осадок удаляют и собирают в специальный бачок, фильтрующую перегородку промывают под струей воды. Затем фильтр собирают и повторяют опыт, проводя его при другом значении вакуума.

115

После окончания опытов выключают вакуум-насос, сливают фильтрат из мерника, промывают емкость 2, выключают мешалку. Разбирают и промывают фильтр. Проводят его сборку.

Обработка результатов опытов

Константа х определяется из зависимости (3). По данным опы-

тов строят графики t = f(V) . По графикам находят значения А и В в

V

уравнении (7), после чего вычисляют константы rOC и RФП из выражения (8). Динамическую вязкость фильтрата при температуре опыта вычисляют, используя данные по кинематической вязкости. Поверхность фильтрования вычисляют по внутреннему диаметру обечайки фильтра.

Средняя часовая производительность фильтра по фильтрату и влажному осадку определяется по уравнениям:

где V – общий объем фильтра, собранного за время опыта; VOC – объем осадка; t – общая продолжительность опыта.

Результаты измерений и расчетов необходимо занести в табли-

цу:

Контрольные вопросы

1. Что является движущей силой процесса фильтрования?

116

2.Какие виды осадков существуют?

3.Что понимается под скоростью фильтрования?

4.Как изменяется с течением времени сопротивление слоя осадка?

5.Почему движение фильтрата через слой осадка в нутчфильтре является неустановившимся?

6.Какие условия влияют на выбор фильтрующих перегородок и из каких материалов они изготовляются?

7.Какие величины называют константами уравнения фильтрования и как их определяют?

8.Как влияет осаждение частиц на процесс фильтрования суспензий?

РАБОТА 14

ИСПЫТАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Проф. Н.Х.Зиннатуллин, доц. И.М.Нафиков

В центробежном насосе (рис.1) передача энергии от электродвигателя потоку жидкости осуществляется при помощи колеса с профилированными лопатками. При вращении рабочего колеса насоса жидкость, заполняющая пространство между лопатками, также приводится во вращение. Под влиянием центробежных сил, развивающихся при этом, жидкость перемещается к периферии колеса и выбрасывается в канал, окружающий колесо. Одновременно на входе в рабочее колесо давление понижается (становится ниже атмосферного). Под действием образовавшегося перепада давлений (атмосферного, действующего на свободную поверхность питательного бака, и давления в центре рабочего колеса) жидкость непрерывно всасывается насосом. Так как окружная скорость на периферии колеса больше, чем у входа на лопатки, абсолютная скорость жидкости на выходе с лопатки становится больше, чем на входе. Таким образом, жидкость, пройдя через рабочее колесо, получает приращение энергии.

117

кость могла удерживаться в насосе, на нижнем конце всасывающей трубы, спускаемой в пита-

тельный бак или водоём, устанавливают приёмный (обратный) клапан с сеткой-фильтром. Приёмный клапан пропускает жидкость только в одном направлении - к насосу.

При одном и том же числе оборотов центробежный насос может иметь различные значения напора Н и производительности Vɺ в зависимости от сопротивления сети. Напор и производительность – это основные параметры насоса. Напор насоса – приращение полной удельной энергии жидкости внутри насоса. Объёмная производитель- ность насоса – объём жидкости, перекачиваемый насосом в линию нагнетания в единицу времени. Установление зависимости между напором и производительностью H = f1( Vɺ ) при постоянном числе оборотов имеет большое практическое значение, поскольку сеть, по которой насос перекачивает жидкость, может иметь различное сопротивление. Указанная зависимость обычно получается опытным путем и называется главной характеристикой насоса.

118

ристикой сети (рабочая точка). Режим работы насоса при наибольшем КПД называется оптимальным режимом работы. При проектировании гидравлических установок выбор насоса необходимо производить с учетом того, чтобы рабочая точка лежала в области, близкой к оптимальному режиму.

Цель работы: 1) ознакомление с конструкцией насосной установки; 2) проведение испытания центробежного насоса типа Кс 1055/2; 3) построение рабочих характеристик насоса при n =const по опытным и расчетным данным; 4) определение оптимальных параметров насоса при данном числе оборотов.

Описание установки

Центробежный насос 1 (рис.3) соединен с помощью упругой муфты с асинхронным электродвигателем 2. Вода всасывается насосом из питательного бака 3, свободная поверхность воды в котором выше уровня насоса. В связи с этим насос не требует заливки. На всасывающем трубопроводе установлена задвижка 4, служащая для отключения насоса от сети во время ремонта. На нагнетательном трубопроводе установлены задвижка 5 для регулирования производительности насоса и счетчик 11 для измерения подачи. Гидравлическая система замкнута, т. е. насос всасывает воду из питательного бака 3 и подает её в тот же бак. На пульте управления насосной установкой смонтированы манометр 7, мановакуумметр 10, амперметр 9, вольтметр 6, тахометр 8, секундомер.

Порядок проведения работы

Перед включением электродвигателя насоса необходимо открыть задвижку на всасывающей линии. После этого, проверив наличие воды в питательном баке, включают насос. Первое наблюдение проводится при полностью закрытой задвижке на нагнетательной линии. Во избежание нагрева воды работа насоса при закрытой задвижке не должна продолжаться более 5 минут.

120