- •Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов по курсу «Теоретические основы защиты окружающей среды»
- •Часть I
- •Обезвоживание и методы очистки сточных вод
- •Введение
- •Глава 1. Основные законы термодинамики. Понятие энтропии как функции обесценивания энергии и стремления системы к хаосу
- •1.1 Понятие «энтропия». Принцип существования и возрастания энтропии
- •1.2. Энергоэнтропийная концепция аварийности и травматизма
- •1.3. Воздействие промышленного производства на природу. Ресурсосберегающая технология. Материальный баланс производства
- •1.4. Классификация основных процессов
- •1.5. Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов
- •1.5.1. Материальный баланс
- •1.5.2. Энергетический баланс
- •1.5.3. Интенсивность процессов и аппаратов
- •1.5.4. Определение основных размеров аппаратов
- •1.5.5. Моделирование и оптимизация процессов и аппаратов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Классификация двухфазных систем
- •2.1. Методы обезвоживания
- •2.2. Формы связи воды с твердым телом. Энергия связи различных форм воды с твердым телом
- •2.3. Влагоудерживающая способность твердых тел. Влияние основных факторов на степень обезвоживания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Отделение жидкости под действием механических методов
- •3.1. Обезвоживание кускового материала дренированием
- •3.1.1. Гидродинамика течения жидкости под влиянием собственного веса в порах осадка
- •3.2. Отстаивание под действием силы тяжести
- •3.2.1. Основные понятия. Классификация суспензий
- •3.2.2. Способы выражения и расчета концентрации твердого в пульпе
- •3.2.3. Исследование скорости расслоения суспензий I-го и II-го классов методом длинной трубки
- •3.2.4. Качественное описание процесса расслоения суспензий III и IV классов
- •3.2.5. Расчет удельной поверхности сгущения по методу Коу и Клевенжера
- •3.2.6. Расчет удельной поверхности по методу Кинча
- •3.2.7. Определение высоты сгустителя
- •3.2.8. Пример расчета сгустителя по методу Кинча
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4. Применение центробежной силы при обезвоживании
- •4.1. Основные понятия
- •4.2. Особенности применения гидроциклонов для обезвоживания
- •Порядок расчета гидроциклона.
- •4.3. Особенности применения центрифуг для сгущения суспензий
- •4.4. Основные закономерности разделения суспензий в осадительных центрифугах. Индекс производительности
- •4.5. Физические основы разделения суспензий в фильтрующих центрифугах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5. Фильтрование
- •5.1. Основные понятия. Классификация
- •5.2. Физические основы фильтрации с образованием осадка. Гидродинамика течения жидкости через пористые и зернистые слои
- •5.3. Основное уравнение фильтрации
- •5.4. Определение оптимальных условий работы фильтров. Экономически выгодный цикл фильтрации
- •5.5. Применение уравнения фильтрации. Определение удельного сопротивления осадка и его сжимаемости
- •5.6. Фильтровальные перегородки
- •5.7. Конструкции фильтров. Периодически и непрерывно действующие. Классификация. Фильтры, работающие под давлением. Вакуум-фильтры. Способы снятия осадка
- •5.8. Выбор и расчет фильтров
- •5.9. Схемы подсоединения вакуум-фильтров
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6. Агрегирование
- •6.1. Теория процесса агрегирования. Механизмы встреч частиц друг с другом. Понятие о расклинивающем давлении Теория процесса агрегации
- •Два механизма соударения или встречи частиц
- •6.2. Три слагающие поверхностных сил (расклинивающего давления). Двучленный закон взаимодействия
- •6.3. Силы Ван-дер-Ваальса. Слагающие сил Ван-дер-Ваальса. Ван-дер-ваальсово взаимодействие между молекулами и конденсированными фазами Силы Ван-дер-Ваальса
- •Электромагнитная теория взаимодействия конденсированных фаз
- •6.4. Природа ионно-электростатических сил. Закономерность изменения их вглубь раствора
- •6.5. Гидратационная слагаемая поверхностных сил (расклинивающего давления)
- •6.6. Три механизма агрегирования: коагуляция, флокуляция, мостиковая флокуляция
- •6.7. Основные принципы селективной агрегации частиц
- •6.8. Характеристика применяемых высокомолекулярных синтетических флокулянтов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7. Абсорбция
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Равновесие при абсорбции
- •7.3. Материальный и тепловой балансы процесса
- •7.4. Скорость процесса
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8. Адсорбция
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Характеристики адсорбентов и их виды
- •8.3. Равновесие при адсорбции
- •8.4. Кинетика адсорбции
- •8.5. Десорбция
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9. Флотация
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Теоретические основы процесса флотации
- •9.3.Флотационные реагенты и их классификация
- •9.4. Механизм действия собирателей
- •9.5. Реагенты-депрессоры
- •9.6.Реагенты-активаторы
- •9.7. Реагенты-регуляторы среды
- •9.8. Реагенты-пенообразователи
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10. Экстракция
- •10.1 Процессы экстракции в системах жидкость-жидкость
- •10.1.1. Общие сведения
- •10.1.2. Равновесие в системах жидкость - жидкость
- •10.1.3. Методы экстракции
- •10.2. Процессы растворения и экстракции в системах твердое тело - жидкость
- •10.2.1. Общие сведения
- •10.2.2. Равновесие и скорость выщелачивания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. Сушка
- •11.1. Основные понятия. Параметры, подлежащие расчету
- •11.2. Равновесное содержание влаги при сушке. Кинетика сушки. Понятие о напряжении объема сушилки
- •11.3. Основные параметры влажного воздуха
- •11.5. Изображение процессов изменения состояния воздуха на j - X на диаграмме
- •11.6. Материальный и тепловой балансы сушки
- •11.7. Расчет удельных расходов воздуха и тепла на сушку
- •11.8. Расчет сушилки в случае частичной рециркуляции обработанного воздуха
- •11.9. Сушка топочными газами
- •11.10. Конструкции сушилок
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Оглавление
- •Глава 1. Основные законы термодинамики. Понятие энтропии как функции обесценивания энергии и стремления системы к хаосу 6
- •Глава 2. Классификация двухфазных систем 41
- •Глава 3. Отделение жидкости под действием механических методов 50
- •Глава 4. Применение центробежной силы при обезвоживании 75
- •Глава 5. Фильтрование 86
- •Глава 6. Агрегирование 117
- •Глава 7. Абсорбция 144
Глава 5. Фильтрование
5.1. Основные понятия. Классификация
Фильтрование - это процесс отделения нерастворимых твердых частиц от раствора с пористых перегородок, которые пропускают жидкость и задерживают твердые частицы.
Процессы фильтрования и фильтры классифицируют по ряду признаков.
1. По характеру процесса с образованием осадка и без него с закупориванием пор (без осадка). Целью первого процесса является получение товарного продукта в виде осадка, а второго - фильтрата. В первом случае содержание твердого в исходной суспензии обычно не менее 50,0 % (объемных), а во втором - не более 0,1 ÷ 1,0 %. В каналах осадка преимущественно задерживаются твердые частицы более 1 ÷ 2 мкм. Частицы менее 1 мкм можно отделить только фильтрованием с закупориванием пор или ультра фильтрованием.
При обогащении полезных ископаемых в химической промышленности, металлургии имеет место фильтрация с образованием осадка, так как даже в случае осветления оборотных вод чаще всего получаются осадки. На практике часто оба вида фильтрования протекают одновременно. Однако преимущественно в каждом конкретном случае наблюдается либо первый, либо второй вид. Смена типов фильтрования может происходить во времени.
2. По способу создания разности давлений - под вакуумом или под избыточным давлением. Отделение жидкости производится за счет собственного веса (дренирование) и за счет центробежных сил (центробежное фильтрование).
3. По взаимному направлению действия силы тяжести и движения фильтрата в фильтрах (рис.5.1).
4. По свойствам осадка. Накапливающийся в фильтре осадок может быть как сжимаемым, так и почти несжимаемым. Под несжимаемыми понимают такие осадки, в которых пористость , т.е. отношение объема пор (Vп) к объему осадка (Vос) не уменьшается при увеличении разности давлений. Пористость сжимаемых осадков уменьшается, а их гидравлическое сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением давления.
К числу практически несжимаемых можно отнести осадки, состоящие из относительно крупных кристаллических частиц - более 70 ÷ 100 мкм.
К
Рис.5.1.
Взаимные направления действия силы
тяжести и движения фильтрата в фильтрах:
а - направления совпадают; б - направления
противоположны; в - направления
перпендикулярны; сплошные стрелки -
направление действия силы тяжести;
пунктирные стрелки - направление
движения фильтрата; 1 - фильтровальная
перегородка; 2 - осадок; 3 - суспензия; 4
- фильтрат; 5 - чистая жидкость
5. Фильтрация с применением вспомогательного вещества, которое препятствует проникновению твердых частиц в поры фильтровальной перегородки.
В качестве вспомогательных веществ используют доломит, перлит, асбест, целлюлозу, активированный уголь, древесную муку. Слой вспомогательного вещества наносят на фильтровальную перегородку толщиной не более 50 мм или добавляют в суспензию в количестве не более 1 % веса суспензии. При непрерывном съеме осадка срезается небольшой слой (около 0,1 мм) вспомогательного вещества и поэтому процесс идет как бы с самоочищающейся разделительной перегородкой.
Добавление вспомогательного вещества к разделяемой суспензии способствует повышению ее концентрации и переходу от процесса с закупориванием пор к процессу с образованием осадка. Предполагается, что образуются сводники над входами в поры фильтровальной перегородки, что предотвращает их закупоривание.
В производственных условиях под фильтрованием понимают не только операцию разделения суспензии на фильтрат и осадок, но и последующие операции промывки, продувки и сушки осадка на фильтре.
Все эти операции и процесс загрузки и снятия осадка называют вспомогательными.