Общие вопросы прикладной гидромеханики

Разделение суспензий в поле сил давления (фильтрование)
Фильтрование — процесс разделения суспензий и пылей с по­мощью пористых перегородок, задерживающих дисперсную — твердую фазу и пропускающих дисперсионную среду (жидкость или газ). При этом фильтрование может осуществляться как с об­разованием осадка, так и с забивкой пор (отложение осадка внут­ри перегородки). В дальнейшем будем рассматривать чаще встре­чаемое в практике фильтрование с образованием осадка.
В этом случае скорость процесса фильтрования прямо про­порциональна разности давлений, создаваемых по обеим сторо­нам фильтровальной перегородки (движущая сила), и обратно пропорциональна сопротивлению, испытываемому средой при ее движении через поры перегородки и слой образовавшегося осадка:

где К_ф — объем фильтрата; F$ — площадь фильтрования; т — время проведения процесса; Лф_П, R^ — сопротивление фильтро­вальной перегородки и слоя осадка; ц,. — динамическая вязкость среды (фильтрата).
Сопротивление осадка является величиной переменной, так как фильтрование происходит с непрерывным увеличением тол­щины слоя осадка и, следовательно, ростом его сопротивления:

Здесь г_ж — удельное сопротивление осадка; /_ос — толщина осад­ка; л:_ос — отношение объема осадка к объему фильтрата
В зависимости от изменения удельного сопротивления осадка при увеличении давления различают несжимаемые (r_oc = const) и сжимаемые (г_ос ф const) осадки.
Движущая сила в процессе фильтрования суспензий может со­здаваться: гидравлическим давлением столба жидкости над пере­городкой; использованием насосов для подачи суспензии в фильтр; энергией сжатого газа над суспензией или созданием вакуума под фильтрующей перегородкой.
При этом процессы фильтрования могут осуществляться при постоянной разности давлений (Ар = const), при постоянной ско­рости (у_ф = const) и при переменных значениях Ар и у_ф.
Для несжимаемых осадков с учетом зависимости (3.5) уравне­ние (3.4) может быть записано в виде

Для случая Ар = const результат интегрирования уравнения (3.6) в пределах 0 — К_ф и 0 — т после разделения переменных запишет­ся в виде

или

где С и К— постоянные фильтрования, определяемые для конк­ретных систем экспериментально.
Из уравнения (3.7) время на получение объема фильтрата У_ф через поверхность фильтрования /ф при перепаде давлений Ар составит



С и К' — постоянные фильтрования, определяемые экспери-нтально. Аналогично (3.8) получим

Сравнительный анализ уравнений (3.8) и (3.9) показывает, го процессы фильтрования с постоянным перепадом давлений ри одинаковых V$ и Г_ф осуществляются быстрее, чем при у_ф = const.
Аппараты для осуществления процессов фильтрования назы­ваются фильтрами.
По способу организации процесса фильтры подразделяются на периодически действующие и непрерывнодействуюшие.
Конструкции фильтров отличаются многообразием. Выбор их зависит от свойств разделяемых систем, произво­дительности, условий проведения про­цесса (давления, температуры и т.д.).
К наиболее распространенным кон­струкциям для разделения пылей отно­сится рукавный фильтр (рис. 3.6), содер­жащий фильтрующие элементы / в виде матерчатых рукавов, подвешенных к раме 2. Запыленный газ подается через патрубок 7 внутрь рукавов, в которых накапливается пыль. Расход удаляемого газа регулируется заслонкой 3. Регене­рация рукавов осуществляется встряхи­вающим механизмом 5, а также обрат­ным током чистого газа, подаваемого через заслонку 4при закрытой заслонке 3. Отделенная пыль ссыпается в коничес­кий бункер и выгружается через патру­бок 6
Рукавные фильтры обеспечивают вы­сокую степень разделения, однако име-


ют значительное гидравлическое сопротивление, а фильтрующая ткань чувствительна к высокой температуре и наличию паров хи­мически агрессивных веществ.
К непрерывнодействующим фильтрам с постоянным перепа­дом давлений для разделения суспензий относится барабанный вакуум-фильтр (рис. 3.7), состоящий из вращающегося полого ба­рабана 5 с перфорированной боковой поверхностью, разделен­ной внутренними перегородками 1 на отдельные ячейки 2 и по­крытого снаружи фильтровальной тканью. Его вал имеет полую цапфу, торец которой пришлифован к распределительному уст­ройству (головке) 8. Поверхность барабана частично погружена в суспензию, находящуюся в корыте 7, уровень которой поддержи­вается постоянным с помощью сливного порога 9. Образуемый на поверхности барабана слой осадка снимается ножом 4. При помо­щи трубок каждая ячейка барабана сообщается с распределитель­ным устройством, служащим для последовательного соединения их с источником вакуума и сжатого воздуха. Под барабаном рас­положена медленно качающаяся маятниковая мешалка 6, предот­вращающая осаждение суспензии на дно корыта.
В зоне фильтрования /, когда поверхность фильтра погружена в корыто, каждая ячейка последовательно соединяется со сбор­ником фильтрата, находящимся под разрежением. Затем в зоне первого обезвоживания //осадок выходит из суспензии, и филь-

отжимаемый из осадка вследствие вакуума в ячейках, соби-
гя в том же сборнике фильтрата. После этого осадок попадает
hv промывки ///, где на него из разбрызгивающих устройств
_ается промывная жидкость, которая с остатками фильтрата
фается в сборнике, находящемся под разрежением. В зоне вто-
о обезвоживания /Киз осадка отжимается остаток промывной
кости. В некоторых случаях для предотвращения растрескива-
, лучшей промывки и отжима на осадок накладывается не-
рывная тканевая лента 3. В зоне удаления осадка Кячейка со-
ошается с ресивером сжатого воздуха, а в зоне регенерации VI
кань продувается сжатым воздухом или промывается обратным
ком жидкости.