Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Цель работы: Определить константы в уравнении фильтрования и производительность рамного фильтр-пресса.

Основные определения и теория процесса

Фильтрованием называют процесс разделения суспензий при помощи пористой перегородки, пропускающей жидкость (фильтрат) и задерживающей твердую фазу. В начальный момент фильтрования твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки, затем накапливаются на ней и образуют слой осадка, который играет роль основной фильтрующей среды. Движущей силой процесса является разность давлений над слоем осадка и под фильтровальной перегородкой. По способу создания движущей силы фильтры делятся на вакуум-фильтры и фильтры, работающие под избыточным давлением, а по режиму работы – на фильтры периодического и непрерывного действия. Устройство фильтров и принцип их работы описаны в [ 2].

Интенсивность данного процесса и производительность фильтрующей аппаратуры определяются скоростью фильтрования, т.е. количеством фильтрата, прошедшего через 1м поверхности фильтрующей перегородки за единицу времени. Для несжимаемых осадков ее можно определить по уравнению:

( 1 )

где W - скорость фильтрования, м³ /(м ²с);

dV - объем фильтрата, м³;

F - поверхность фильтрования, м²;

∆Р - перепад давлений, Па;

μ - вязкость фильтрата, Па·с;

R_oc , R_фп - сопротивление слоя осадка и фильтровальной перегород- ки, соответственно, м^-1;

dτ - время фильтрования, с.

В процессе фильтрования изменяется сопротивление слоя осадка, если предположить, что структура осадка однородна, то сопротивление слоя осадка можно выразить следующей зависимостью [ 2 ].

( 2 )

где r_o- удельное сопротивление осадка, м^-2;

x_o- относительная объемная доля твердой фазы в суспензии,

м³ осадка / м³ жидкости.

Удельное сопротивление осадка зависит от структуры осадка, формы и размера частиц и определяется экспериментально. Для несжимаемых осадков оно постоянно. Сопротивление фильтровальной перегородки R_фп принимается постоянным.

Подставив значение R_oc в уравнение (1) , получим уравнение фильтрования в дифференциальной форме

( 3 )

Если фильтрование происходит при постоянной разности давлений (∆P=const), то интегрирование уравнения ( 3 ) в пределах от 0 до V и от 0 до τ дает:

( 4 )

Разделив правую и левую части уравнения ( 4 ) на F² будем иметь

( 5 )

и введя обозначения

; ; ( 6 )

получим уравнение, которое выражает зависимость объема фильтрата, проходящего через единицу поверхности фильтровальной перегородки от продолжительности фильтрования

( 7 )

Чтобы определить константы С и К графическим способом уравнение ( 7 ) следует представить в виде: (после дифференцирования уравнения 7):

( 8 )

Рисунок 1. – Схема установки

1 – бак для суспензии

6 – рамный фильтр-пресс

9, 13, 14 – манометры

2 – пневматическая мешалка

7 – зажимное устройство

16 – мерный сосуд

3 – насос

5, 8, 10, 11,12, 15 – вентили запорные

4 – ванна

В координатах это уравнение выражается прямой линией, наклоненной к горизонтальной оси под углом α , тангенс которого равен 2/К, а отрезок, отсекаемый на оси ординат С/К (рис. 1) Найденные значения К и С позволяют определить константы фильтрации r_o и R_фп на основе соотношений ( 6 ).

Описание установки

Основным элементом установки является плиточно-рамный фильтр пресс, который состоит из чередующихся рам и плит рис. 1 Размеры рам в свете 315х315. Плиты и рамы опираются ручками на брусья. Между плитами и рамами помещаются тканиевые фильтровальные перегородки. Общая поверхность фильтрования зависит от числа фильтровальных перегородок и может быть изменена от опыта к опыту. Плиты и рамы прижимаются к неподвижной плите при помощи прижимного устройства.

Суспензия готовится в баке емкостью 0,75 м³ с пневматическим перемешиванием. Сжатый воздух для перемешивания подается из воздухопровода.

Суспензия в фильтр – пресс подается диафрагменным насосом. Она поступает в нижний канал фильтр – пресса и из него через отверстия в нижних стенках рам в камеры, образованные плитами и рамами. Фильтрат проходит через ткань, поднимается по желобам плит в верхний сборный канал и удаляется наружу. Осадок остается на перегородках внутри камер. Его промывают водой, сушат воздухом и выгружают.

Порядок выполнения работы и обработка результатов измерения

1. Приготовить суспензию из полистирола и воды.

2. Подать сжатый воздух в бак (1) для перемешивания суспензии.

3. Подготовить фильтр – пресс к работе:

   • покрыть плиты с двух сторон фильтровальной тканью так, чтобы отверстия в рамах и плитах совпадали с отверстиями в ткани;

   • плиты и рамы сдвинуть к опорной плите и зажать зажимным устройством.

4. Открыть вентиль (8) на трубопроводе подачи суспензии в фильтр-пресс и закрыть вентиль на трубопроводе подачи суспензии к барабанному вакуум-фильтру.

5. Включить электродвигатель диафрагмового насоса на подачи суспензии и момент получения фильтрата считать началом опыта.

6. С помощью мерника (16) отмечается несколько значений объема фильтрата V₁, V₂, V₃, и по секундомеру – время τ ₁, τ _2, τ _3….., за которое указанные объемы фильтрата собираются в мерный сосуд (16).

7. далее рассчитываются величины V_F = V/F, Δτ, ΔV_F и Δτ /ΔV_F в которых строится график для определения констант фильтрации.

Опытные и рассчитанные данные сводятся в таблицу.

Таблица - Опытные и рассчитанные данные

Для определения удельного сопротивления осадка по (6) необходимо знать движущую силу процесса ΔР, которая определяется как показание манометра (9) на линии подачи суспензии. (манометр показывает избыточное давление по отношению к атмосферному, Р_изб= Р_абс - Р_атм

а это будет разность давлений над слоем осадка и за фильтровальной перегородкой). Значение ΔР представляется в соотношение (6) в паскалях.

Установлено, что влажность осадка составляет приблизительно 16%. Поэтому взвесив осадок и учтя его влажность можно найти массу полистирола, а разделив ее на плотность определить объем частиц

V_ч=G_oc(100-ω)/100ρ_{полист.}

Зная объем частиц и объем полученного фильтрата V_ч можно рассчитать концентрацию частиц полистирола в суспензии

Х_о= V_ч / V

которая необходима для расчета R_фп по уравнению (6).

Производительность фильтра за время τ можно определить по формуле:

V_ф = FּV_F / τ

Определение ЗАТРАТ МОЩНОСТИ НА ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В АППАРАТЕ С МЕШАЛКОЙ

Цель работы: Экспериментально определить затраты мощности на перемешивание в аппарате с мешалкой. Установить зависимость критерия мощности от числа Рейнольдса.

Основные определения и теория процесса

Перемешивание – это процесс многократного перемещения частиц текучей среды относительно друг друга во всем объеме аппарата, протекающий за счет импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей жидкости или газа. Процессы перемешивания широко применяются в химической и пищевой промышленности для приготовления суспензий, эмульсий и растворов, а также для ускорения тепловых, массообменных и химических процессов. На практике наиболее распространенным способом перемешивания является механический, который осуществляется с помощью вращающихся механических мешалок. Устройство мешалок описано в [2].

Основными характеристиками процессов перемешивания являются интенсивность и эффективность перемешивания. Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии, подводимой к единице объема или к единице массы перемешиваемой среды в единицу времени.

Под эффективностью перемешивания понимают технологический эффект, характеризующий качество проведения процесса.

Мощность, затрачиваемая на перемешивание, зависит от целого ряда факторов: конструкции мешалки, аппарата и его внутренних устройств, физических свойств среды и числа оборотов вала мешалки.

Для описания процессов перемешивания широко используются критериальные зависимости. Так, обобщенное уравнение гидродинамики для процессов перемешивания имеет вид [2]:

K_N = f (Re_м, Fr_м, Г₁, Г₂ …)

или (1)

где – критерий мощности;

– модифицированное число Рейнольдса ;

Fr_м = n · d_м /g – модифицированное число Фруда;

Г₁, Г₂ – симплексы геометрического подобия;

N – мощность на валу мешалки, Вт;

n – число оборотов мешалки в секунду, с^-1;

d_м – диаметр мешалки (диаметр окружности, описываемый мешалкой), м.

Если при перемешивании на поверхности жидкости не образуется воронка, то влияние силы тяжести на протекание процесса будет невелико и при условии геометрического подобия уравнение (1) принимает вид:

K_N = С ·Re (2)

Значения коэффициентов А, С и показателей m, n, p, q определяется экспериментально, а значения критерия мощности, как правило приводятся в виде графических зависимостей [1].

Описание установки

Работа выполняется на установке, общий вид которой представлен на рис. 1. Основным элементом установки является аппарат для перемешивания жидких сред, включающий перемешивающее устройство 7 и корпус 5. Привод состоит из электродвигателя постоянного тока 2, редуктора 3, пускового устройства 1. Частоту вращения измеряют тахометром 4 и пересчитывают с учетом передаточного числа редуктора. Подъемный столик 6 служит для изменения положения мешалки по высоте аппарата. Верхняя крышка аппарата отсутствует. Такое исполнение корпуса обеспечивает возможность наблюдения за процессом перемешивания в аппарате и обеспечивает легкую смену мешалок.

Величину крутящего момента определяют с помощью специального устройства 8, основанного на использовании трубок Пито.

Порядок выполнения работы

1. Установить мешалку 7 на вертикальный вал, предварительно замерив размер лопастей.

2. Заполнить сосуд 5 водой до метки на цилиндрической царге.

3. Установить рычаг регулирования скорости вращения мешалки на минимальное число оборотов.

4. Включить электродвигатель 2 привода мешалки.

5. Снять показания тахометра 4.

6. Определить показания устройства 8.

Далее проводят измерения при других числах оборотов мешалки. После проведения одной серии замеров двигатель выключают, меняют мешалку, и все операции повторяют в той же последовательности. Результаты измерений заносят в таблицу.

Обработка результатов измерения и содержание отчета

Для установившегося режима потребляемую мощность на перемешивание определяют по формуле:

Характеристики

Список файлов книги