Определение постоянных фильтрования

Размещено на http://www.allbest.ru/

15

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра нефтехимии и химической технологии

ГМП-7

Определение постоянных фильтрования

Выполнил

ст. гр ТБ-04-01

Ишбаева А.У.

УФА 2006

Введение

Для разделения жидких суспензий эффективно применяется процесс фильтрации, который основан на задерживании твёрдых взвешенных частиц пористыми перегородками, способными пропускать жидкость и задерживать частицы твёрдой фазы. В качестве фильтрующих материалов в промышленных аппаратах применяются естественные и искусственно приготовляемые зернистые и пористые пластические массы, различные ткани.

Движущей силой процесса фильтрации является разность давлений перед фильтром и после него.

При фильтрации жидкая фаза (фильтрат) должна преодолеть гидравлическое сопротивление, оказываемое фильтрующей перегородкой потоку жидкости.

Целью работы является:

Ш Уяснение сущности фильтрования;

Ш Определение постоянных фильтрования для условий P=const;

Ш Определение зависимости удельного объёмного сопротивления от перепада давления P (r' и m в уравнении r_o=r_o'*(P) ^m);

Ш Определение по индивидуальному заданию в разрезе учебной исследовательской работы (УИРС) постоянных фильтрования для режима w=const, а также выяснение сжимаемости фильтрующей перегородки по зависимости

фильтрование давление сопротивление сжимаемость

R_ф=R_ф'*Pⁿ.

1. Теоретическая часть

1. Скорость процесса фильтрования W, выражаемая объёмом фильтрата V, проходящим через еденицу поверхности фильтрования S за время , пропорциональна движущей силе P и обратно пропорциональна вязкости жидкой фазы суспензии (фильтрата) и сумме сопротивлений слоя осадка R_oc и фильтрующей перегородки R_ф:

W=dV/S*d=P/*(R_oc+R_ф), м/с (1)

R_ф=const, R_oc=r_o*h_oc,

где h_oc - высота слоя осадка, м;

r_o - коэффициент пропорциональности или удельное объёмное сопротивление, оказываемое потоку фильтрата равномерным слоем осадка толщиной 1 м.

Обозначим через

X_o=V_oc/V=h_oc*S/V, м³ осадка / м³ фильтрата, (2)

Выразим

R_oc=r_o*x_o*V/S, 1/м. (3)

Заменив в (1) R_oc через его выражение по (3), получим основное дифференциальное уравнение фильтрования

DV/S*d=P/*(R_ф+r_o*x_o*V/S). (4)

2. Фильтрование проводят либо при постоянном перепаде давления, либо с постоянной скоростью.

После интегрирования уравнения (4) в пределах от 0 до и от 0 до V и простейших преобразований получается следующее уравнение фильтрования при P=const:

V²+2*R_ф*S*V/r_о*x_о=2P*S²*/*r_о*x_о. (5)

3. Для обработки результатов опыта при P=const уравнение (5) удобно представить в виде:

/V=(*r_о*x_о/2*P*S²)V+(*R_ф/P*S) (6)

или, обозначив комплекс параметров в круглых скобках соответственно через М и N, перепишем уравнение в виде:

/V=M*V+N. (6')

Уравнение 6 (6') представляется на графике /V=f(V) прямой линией, тангенс угла наклона прямой равен:

M=tg=*x_о*r_о/2*P*S², (7)

а отрезок отсекаемый ею на оси ординат, равен

N=*R_ф/P*S. (8)

Построив по экспериментальным данным график /V=f(V), определяют величины M и N, из которых вычисляются постоянные фильтрования r₀ и R_ф.

Постоянные r_o и R_ф можно определить и расчетным путём. По экспериментальным данным опыта при P=const составляют два уравнения:

₁/V₁=M*V₁+N

₂/V₂=M*V₂+N (9)

Решение системы (9) позволяет получить постоянные фильтрования r_o и R_ф.

4. Для обработки результатов опыта при w=const, используется зависимость:

/V=*r_o*x_o*V/S²*P+*R_ф/S*P (10)

Или

/V=M'*V+N'. (10')

5. Для сжимаемых осадка и фильтрующей перегородки изменение удельного объёмного сопротивления осадка r_o и сопротивления фильтрующей перегородки R_ф от перепада давления выражаются в виде степенной зависимости:

r_c=r_o'*(P)^m (11)

и

R_ф=R_ф'*(P)ⁿ, (12)

r_o', R_ф', m, n - константы, определяемые опытным путем. Причем m получила название степени сжимаемости.

2. Описание лабораторной установки

Рис.1. Схема лабораторной установки

Схема установки включает: вакуум-фильтр 1 - разборный, позволяющий надёжно зажать фильтровальную перегородку, а также снять и промыть её; бачок для суспензии - 2; мешалку - 3, с моторчиком 4 и автотрансформатором 5, позволяющим устанавливать частоту оборотов мешалки без разбрызгивания суспензии; приёмник фильтрата 6 с краном 7; промежуточную ёмкость 8; вакуумметр 9; вакуумнасос 10; элементы установки соединены между собой металлическими трубами и ваккуумными резиновыми шлангами. Установка имеет кран 11 для открытия поступления фильтрата в приёмник 6 и кран 12 для установления заданного постоянного перепада давления, контролируемого по вакуумметру 9.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ УСТАНОВКИ:

1. диаметр фильтрата D_ф60 мм;

2. градуированная ёмкость приёмника, 400 см³.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ:

Ш секундомер;

Ш штангенциркуль или мерная линейка.

3. Методика проведения эксперимента

1. Знакомятся с устройством установки, в первую очередь с вакуумфильтром 1; производят внешний осмотр установки, удостоверяясь в наличии суспензии в бочке 2 и отсутствии воды в приёмнике 6, промежуточной ёмкости 8, в отсутствии заметных поломок.

2. Получаем исходные данные: качественный состав суспензии (обычно вода-тальк), фильтрующую перегородку (фильтровальная бумага), режимы фильтрования - перепады давления P.

3. Собирают вакуумфильтр с фильтровальной перегородкой.

4. Для приготовления суспензии включают мешалку и, регулируя реостатом, устанавливают необходимую скорость вращения её. В начальный момент бывает необходимо размешать ложечкой твёрдый осадок со дна сосуда.

5. При закрытых кранах 7, 11, 12 включают вакуумнасос и, регулируя краном 12, устанавливают на вакуумметре 9 заданное значение перепада давления P.

6. Опускают вакуумфильтр в бачок для суспензии до полного погружения фильтрующей перегородки.

7. При установленном на вакуумметре 9 заданном вакууме открывают кран 11 и одновременно включают секундомер и начинают фильтрование.

Первый замер времени ₁, делают при появлении первых капель фильтрата в приёмнике, а затем (не выключая секундомера!) с нарастающим итогом производят одновременный замер времени ₂, ₃ и т.д. и собранного фильтрата V₂', V₃' и т.д. через каждые 25 см³. Время ₁ остаётся вначале без объёма “V₁”.

После нескольких замеров (при достижении общего объёма фильтрата порядка 300 - 325 см³) выключают секундомер (не выключая вакуум-насоса) и путём поднятия вакуумфильтра вверх так, чтобы трубка нигде не создавала застоев жидкости, освобождают фильтр и резиновую трубку от оставшегося фильтрата; после некоторой подсушки осадка просасыванием через него воздуха, вакуум-насос выключают.

Добавившийся с фильтра трубки фильтрат V₁ приписывают к первому замеру времени ₁ и ко всем остальным записям.V₂=V₂'+V₁, V₃=V₃'+V₁.

8. Затем измеряют и определяют среднюю толщину осадка h, рассчитывают площадь фильтра S и объём осадка.

9. Фильтр разбирают, осадок снимают, опускают в бачок для суспензии и после промывания фильтрующей ткани фильтр снова собирается. Фильтровальная бумага заменяется на новую. Фильтрат также возвращается в бачок, открытием крана 7.

10. В описанном порядке при другом заданном значении перепада давления P₂ повторяют опыт.

11. Результаты опытов и расчётов заносятся в таблицу.

12. Для получения постоянных фильтрования в случае сжимаемых осадков при режиме w=const, проводят три опыта P₁, P₂ и P₃ по вышеизложенной методике.

4. Обработка данных эксперимента

Таблица 1. Опытные и расчётные данные при режиме с Дp=2,943·10⁴ Па

Таблица 2. Опытные и расчётные данные при режиме с Дp=5,297·10⁴ Па

Таблица 3. Опытные и расчётные данные при режиме с Дp=7,456·10⁴ Па

V₁= V'₁+97=0+97=97 см³

X_0,1=1,66·10^-5/0,000397=0,042

Далее значения, представленные в таблицах 1, 2, 3 находим аналогично.

2. Строим по данным таблиц 1, 2, 3 графики зависимости

.

3. По графикам определяем M и N:

M₁=tg₁=a₁/b₁=(1,65-1,14) · 10⁶/(297-197) · 10^-6=5,1·10^9; N₁=0,139·10⁶

=5,56·10¹³ 1/м

=1,12·10¹⁰ 1/м

Далее находим аналогично:

M₂=3,1·10^9; N₂=0,21·10⁶; r_o,2=5,43·10¹³ 1/м; R_ф,2=3,06·10¹⁰ 1/м

M₃=2,7·10^9; N₂=0,22·10⁶; r_o,3=6,14·10¹³ 1/м; R_ф,3=4,50·10¹⁰ 1/м

4. . Дополнительное определим r₀ и R_фп производят расчетным путем по уравнениям (9), выбирая для каждого расчета наиболее удачные замеры ф_i и V_i для двух строчек в каждом опыте

Производим расчет r₀ и R_фп для опыта с ДР₁=2,943·10⁴ Па

М=

N=

M₁^*==5,1·10⁹

N₁^*==0,137·10⁶

Расчеты для других давлений производятся аналогично

Производим расчет r₀ и R_фп для опыта с ДР₂=5,297·10⁴ Па

M₂^*=3,0·10⁹; N₂^*=0,23·10⁶; r_o,2^*=5,26·10¹³ 1/м; R_ф,2^*=3,34·10¹⁰ 1/м

Производим расчет r₀ и R_фп для опыта с ДР₃=7,456 ·10⁴ Па

M₃^*=2,7·10⁹; N₃^*=0,17·10⁶; r_o3^*=6,14·10¹³ 1/м; R_ф,3^*=3,58·10¹⁰ 1/м

4. На основе полученных результатов можно сделать вывод, что сопротивление фильтровальной перегородки с увеличением разности давлений увеличивается, а удельное сопротивление осадка остается практически постоянным

5. Пользуясь зависимостью (10) и опытными значениями r₀ для каждого опыта ДР, методом логарифмирования определяют r₀' и m .

Таблица 4. Результаты расчетов

Вывод

В результате эксперимента были определены постоянные фильтрования при условии . Было отмечено, что для сжимаемого осадка и фильтрующей перегородки изменение удельного объёмного сопротивления осадка r₀ и сопротивление фильтрующей перегородки R_Ф зависит от перепада давления. Графическим методом получены значения и , расчетным методом - и .

Анализ:

Снижение r_o при увеличении перепада давления P^o аномально. Отсюда можно судить о больших погрешностях при снятии данных в опытах. Тем не менее можно предположить незначительную сжимаемость талька (r_oconst), а уменьшение r_o опытного свести к погрешностям вычислений и несовершенства опытной установки.

Разница в R_ф также аномальна, тем не менее различия между R_ф2 и R_ф3 - незначительны и по ним можно судить о сопротивлении фильтра.

Размещено на Allbest.ru