Разделение неоднородных систем фильтрованием. Фильтровальные перегородки

Коагулянты – растворы электролитов (наиболее часто сульфат алюминия или хлористое железо). Их механизм основан на нейтрализации поверхностного заряда на поверхности тонкодисперсных частиц и последующей коагуляцией (слипанием) частиц также с образованием агломератов, имеющих обычно хлопьевидную или более прочную структуру. Иногда смесь предварительно подвергают термической обработке. В результате всех указанных видов обработки получаю осадок с меньшим сопротивлением. Таким образом можно перевести неразделяемую суспензию в разделяемую (например, шлам коммунальных сточных вод может коагулироваться хлористым железом, а затем может обрабатываться флокулянтами).

Скорость фильтрования во многом зависит от пористости фильтрующей перегородки, ее способности к закупориванию. Размер пор фильтра должен быть настолько большим, насколько это возможно для уменьшения быстрого закупоривания, и настолько мал, насколько это необходимо для предотвращения прохождения через фильтр тонкодисперсных твердых частиц. Толстые жесткие фильтры склонны к закупориванию в большей степени, чем тонкие гибкие.

Полученные кинетические закономерности процесса фильтрования справедливы для несжимающихся осадков. При расчете процессов фильтрования с образованием сжимаемого осадка используют уравнения, описывающие кинетику процессов фильтрования с образованием несжимаемых осадков, и средние значения удельного сопротивления осадка и сопротивления фильтрующей перегородки.

11.3. Уравнения фильтрования для различных режимов процесса

Постоянная разность давлений.  При Δp = const интегрирование  уравнения (11.5) в пределах от 0 до V и от 0 до τ приводит к выражению:

,

.

Разделив обе части на получим:

                            .                              (11.8)

Согласно полученному уравнению при постоянном перепаде давления продолжительность фильтрования пропорциональна квадрату объема получаемого фильтрата.

При Δp = const для фильтра данной конструкции и данной фильтровальной перегородки все входящие в уравнение (11.8) величины, кроме V и τ, постоянны, поэтому его можно представить в виде

                                                                                 (11.9)

где , а  – константы фильтрования, характеризующие свойства фильтровальной перегородки и осадка, соответственно.

Постоянная скорость процесса.  При (dV/dτ = const) уравнение фильтрования (11.5) решается следующим путем. Отношение dV/dτ  можно заменить равным ему V/τ  и решить относительно :

                                                      (11.10)

Умножив и разделив первое слагаемое правой части этого уравнения на , получим

                                                              (11.11)

Уравнение (11.11) показывает, что при w=dV/dτ = const разность давлений возрастает с течением времени.

Постоянная скорость и постоянная разность давлений.  Такой вид фильтрования реализуется, если чистая жидкость фильтруется через слой осадка, иными словами, производится промывка осадка методом вытеснения при постоянной разности давлений. Если  и , уравнение (11.5) переписывается в виде:

.

Заменив в последнем выражении  эквивалентной величиной толщины осадка h₀, получим:

                                                                        (11.12)

На большинство фильтров, работающих под давлением, суспензия на фильтрование подается центробежным насосом. Центробежные насосы не поддерживают постоянную скорость или постоянное давление, а имеют, как известно, определенную характеристику вида  или , где – напор, а  давление, создаваемое насосом. Фильтрование в этом случае протекает при возрастающем давлении и уменьшающейся скорости (,). В этом случае для интегрирования уравнения (11.5) в него можно подставить , выраженное аналитической зависимостью, а решение будет проще всего, получить численными методами с использованием ЭВМ.

11.4. Определение констант в уравнениях фильтрования

Полученное для условий постоянного перепада давлений уравнение (11.9) позволяет переносить результаты лабораторных исследований процесса фильтрования на промышленные масштабы процесса.

В самом деле, входящие в константы фильтрования величины зависят