Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Лабораторна робота №9
„ВИЗНАЧЕННЯ КОНСТАНТ І ШВИДКОСТІ ПРОЦЕСУ ФІЛЬТРУВАННЯ”
Виконала:
Ст.гр.ХТ-21
.
Перевірила:
Барна І. Р.
Львів 2013
Теоретичні основи
Фільтруванням називається процес розділення суспензій або пилу за допомогою пористої перегородки, яка затримує тверді частинки. Апарати для проведення даного процесу називаються фільтрами.
У процесі фільтрування на пористій перегородці (Рис.1) утворюється шар осаду 2, через який здійснюється рух потоку рідини. При цьому потік одночасно обтікає окремі частинки (зовнішня задача гідродинаміки) і рухається всередині пор і пустот, які утворюють систему хвильових каналів (внутрішня задача). Таким чином, фільтрування як окремий випадок руху рідини через шар зернистого матеріалу, являє собою змішану задачу гідродинаміки.
Рис.1. Схема процесу фільтрування:
1 – фільтрувальна перегородка;
2 – шар осаду;
3 – суспензія.
Рушійною силою процесу фільтрування є різниця тисків над суспензією і під фільтрувальною перегородкою:
(1)
Рушійна сила ΔР витрачається на подолання гідравлічного опору при русі рідини через шар осаду Ro і фільтрувальну перегородку Rф.
Процес фільтрування суспензій, в залежності від розмірів твердої фази і її концентрації в суспензії, може протікати по різних механізмах. Якщо розміри частинок суспензії перевищують розміри пор перегородки, то частинки не проникають всередину перегородки, а утворюють на її поверхні шар осаду, висота якого наростає по мірі збільшення об’єму фільтрату. Частинки, які мають розміри менші від розміру пор, проникають в перегородку і можуть або там затримуватись (фільтрування з закупорюванням пор), або частково виходити з фільтратом (часткове закупорювання). В більшості випадків процес фільтрування намагаються так організовувати, щоб виключити закупорювання пор. Для утримування на фільтрувальній перегородці дрібних частинок використовують спеціальні допоміжні речовини, які попередньо наносять на фільтрувальну перегородку.
Найпростіша модель руху рідини через шар осаду може бути отримана, якщо цей шар уявити у вигляді однорідної систем пор однакового діаметру. Тоді взаємозв’язок між рушійною силою ΔР і швидкістю руху рідини може бути представлений формулою Дарсі:
(2)
де ρ – густина рідини, кг/м3; dе – еквівалентний діаметр шару, м; λ – коефіцієнт опору.
Записавши швидкість рідини як об’єм фільтрату dV, який проходить через одиницю поверхні фільтра S за одиницю часу
і враховуючи, що режим руху рідини через тонкі пори, які утворені шаром осаду, є ламінарним, при якому коефіцієнт опору обернено пропорційний числу Рейнольдса, рівняння (2) може бути приведене до вигляду:
(3)
в якому ΔР1 – перепад тиску в шарі осаду, Па;
Ro – опір шару осаду.
Аналогічне рівняння можна записати і для фільтрувальної перегородки
(4)
де ΔР2 – перепад тиску ц фільтрувальній перегородці.
Зробивши перенос Ro і Rф в рівняннях (3) і (4) в ліву сторону і сумуючи ліві і праві частини рівнянь, отримаємо:
(5)
де .
Опір шару осаду R о виражають через питомий опір r і висоту шару h
Для нестискуваних осадів при постійному перепаді тисків рівняння (5) можна проінтегрувати і отримати залежність між об’ємом фільтрату і часом фільтрування. Цю залежність зручно представити у вигляді рівняння, отриманого Б.Рітсом:
(6)
де - об’єм фільтрату, отриманий за час τ з 1 м2 поверхні фільтру; с – константа фільтрування, яка характеризує гідравлічний опір перегородки, м3/м2; k – константа фільтрування, яка враховує режим процесу фільтрування і фізико-хімічні властивості осаду і рідини.
МЕТА РОБОТИ
Експериментальне визначення констант фільтрування К і С для даної суспензії, встановлення швидкості фільтрування в початковий і кінцевий моменти часу.
СХЕМА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ
І МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ
Представлена на рис.2 експериментальна установка складається із ємності 1 з механічною мішалкою, в якій готується суспензія. По трубопроводу суспензія поступає у фільтр 2, де проходить її розділення. Осад залишається на фільтрувальній перегородці, а фільтрат збирається у мірному циліндрі 3. Процес фільтрування здійснюється під вакуумом, який створює вакуум-насос 6. Розрідження в системі вимірюється вакуумметром 5. Посуд 4 служить буферною ємністю.
Рис.2. Схема експериментальної установки.
В ємності 1 готується суспензія, для запобігання процесу осадження твердих частинок включається мішалка. У фільтр 2 встановлюється фільтрувальна перегородка і його приймальний патрубок занурюється в суспензію. Включається вакуум-насос 6, відкривається кран 7 і за допомогою вакуумметра 5 встановлюється в системі розрідження, яке задає викладач. Після встановлення заданого режиму відкривається кран 8 і при попаданні перших краплин фільтрату в мірний циліндр включається перший секундомір. Після заповнення мірного циліндра фільтратом на 100мл, перший секундомір виключається і включається другий. Час, показаний першим секундоміром, записується у звітну таблицю.
Записавши аналогічно час заповнення наступних 5-6 порцій фільтрату, виймають фільтрувальний елемент із суспензії і виключають вакуум-фільтр. Розбирають фільтр, заміряють діаметр фільтрувальної перегородки.
З в і т н а т а б л и ц я
|
№ |
Об’єм фільтрату Vф·103, м3 |
Інтервал часу Δτ, с |
Питомий об’єм фільтрату Δv, м3/м2 |
Значення , с·м2/м3 |
|
1. 2. |
0.1 0.1 |
ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДІВ
По отриманим даним будують графік залежності
Рівняння (6) представляємо у вигляді:
або, замінивши першу похідну кінцевими різницями, отримуємо
(7)
Враховуючи, що відношення є середньою величиною для відповідних інтервалів , то пряму проводять через середини інтервалів . По тангенсу кута нахилу находять значення К, по відрізку, що відсікається на осі ординат, константу с.
Потім вираховують швидкість процесу фільтрування в початковий і кінцевий момент часу по залежності
(8)
Звіт по виконаній роботі повинен вміщати:
P2
P1
3
2
1
6
7
3
5
4
8
2
1