Курс лекций для студентов дневной формы обучения Энгельс 2009 введение
Скачать 2.29 Mb.
|
Если задана производительность отстойника, то из уравнения (3Ѓ|15) можно определить площадь поверхности отстаивания: µ § (3Ѓ|16) Уравнение (3Ѓ|15) показывает, что производительность отстойника зависит только от скорости и поверхности осаждения, а не от его высоты. Поэтому отстойники имеют значительную площадь при небольшой высоте, которая обычно не превышает 1,8Ѓ|4,5 м, а для отстойников очень больших диаметров не более 7 м. Это условие реализовано, например, в конструкциях многоярусных отстойников. Конструкции отстойников. Отстойники бывают периодического, непрерывного и полунепрерывного действия. Самостоятельно изучить следующие конструкции: Отстойник периодического действия. Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками. Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой. Многоярусный отстойник. Отстойник для непрерывного разделения эмульсий. Контрольные вопросы Какие Вы знаете неоднородные (гетерогенные) системы? Назовите методы разделения неоднородных систем. Какие критерии гидродинамического подобия используются для описания процесса осаждения? 4. Какие уравнения описывают процесс осаждения при ламинарном и турбулентном режимах? Методы интенсификации процесса осаждения. Какие неоднородные системы разделяют методом отстаивания? В чем заключается расчет отстойников? Какой размер частиц является определяющим? Отстойники каких конструкций используются для разделения суспензий? 3.3. Фильтрование Фильтрованием называется процесс разделения неоднородных систем с твердой дисперсной фазой, основанный на задержании твердых частиц пористыми перегородками, которые пропускают дисперсионную среду. В пищевой промышленности эти процессы получили большое распространение (в пивоварении для отделения дробины от сусла и для осветления готового продукта Ѓ| пива и т.д.). Типы фильтрационных процессов. Процессы промышленного фильтрования могут быть разделены на две группы, отличающиеся своеобразием механизма. К первой относятся процессы фильтрования с образованием осадка. Обычно это маловязкие жидкости, содержащие значительное количество твердой фазы. Хотя диаметры отверстий фильтрующей перегородки больше размера взвешенных частиц, только первые порции фильтрата уносят с собой небольшую часть твердой фазы, прошедшую через фильтр. В дальнейшем отверстия перекрываются сводами из частиц. Образуется осадок, толщина которого увеличивается по мере продолжения процесса фильтрования. И он начинает играть основную роль при задержании последующих частиц, размеры которых больше размеров капилляров осадка. По мере роста толщины слоя осадка увеличивается сопротивление фильтрованию и уменьшается его скорость, которая определяется перепадом давления перед и после фильтрующей перегородки, т. к. только при выполнении этого условия будет осуществляться процесс фильтрования. Вторая группа фильтрования Ѓ| закупорочное фильтрование. Этот процесс имеет место, когда размеры частиц малы и количество их невелико, а также при фильтровании весьма вязких суспензий. Осаждение в таких суспензиях протекает медленно и своды над отверстиями фильтрующего материала не образуются. Твердые частицы проникают в капилляры фильтра и застревают там, задерживаясь за счет прилипания или на поворотах. Частицы осадка, накапливаясь в порах фильтра, закупоривают их. При этом живое сечение фильтра уменьшается, и сопротивление растет. К этому типу приближается процесс фильтрования пива. Кроме описанных двух случаев фильтрования имеется промежуточный, при котором имеет место как проникновение осадка в капилляры и их закупоривание, так и образование слоя осадка. Таким образом, тип фильтрования зависит от свойств суспензии, фильтрующей перегородки, давления фильтрования. Поэтому одна и та же суспензия может фильтроваться при соответствующих условиях различно. Основные закономерности фильтрования. Ввиду небольшого размера отверстий в слое осадка и фильтровальной перегородке, а также малой скорости движения жидкой фазы в них можно считать, что фильтрование протекает в ламинарной области. При этом условии скорость фильтрования в каждый данный момент прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна вязкости жидкости фазы и общему гидравлическому сопротивлению слоя осадка и фильтровальной перегородки. В связи с тем, что в общем случае в процессе фильтрования значения разности давлений и гидравлического сопротивления слоя осадка с течением времени изменяются, то переменную скорость фильтрования w (м/сек) выражают в дифференциальной форме, а основное уравнение фильтрования имеет вид: µ § (3Ѓ|17) где V Ѓ| объем фильтрата, м3; S Ѓ| поверхность фильтрования, м2; µ § Ѓ| продолжительность фильтрования, сек; µ § Ѓ| разность давлений, Н/м2; µ § Ѓ| вязкость жидкой фазы суспензии, НЃ|сек/м2; Rос Ѓ| сопротивление слоя осадка, ѓЭЃ|1; Rф.п.Ѓ| сопротивление фильтровальной перегородки (его можно считать приблизительно постоянным). Величина Roc по мере увеличения толщины слоя осадка изменяется от нуля в начале фильтрования до максимального значения в конце процесса. Для интегрирования уравнения (3Ѓ|17) необходимо установить зависимость между Roc и объемом полученного фильтрата. Учитывая пропорциональность объемов осадка и фильтрата, обозначим отношение объема осадка Voc к объему фильтрата V через X0. Тогда объем осадка µ §. Вместе с тем объем осадка может быть выражен как µ § где hoc Ѓ| высота слоя осадка. Следовательно: µ § Отсюда толщина равномерного слоя осадка на фильтровальной перегородке составит: µ § (3Ѓ|18) а его сопротивление µ § (3Ѓ|19) где r0 Ѓ| удельное сопротивление слоя осадка, ѓЭЃ|2. Подставив значение Roc из выражения (3Ѓ|19) в уравнение (3Ѓ|17) получим: µ § (3Ѓ|20) Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений. При µ §P= const и неизменной температуре для фильтра данной конструкции и выбранной фильтровальной перегородки все входящие в уравнение (3Ѓ|20) величины, за исключением V и µ §, постоянны. Проинтегрируем это уравнение в пределах от 0 до V и от 0 до µ § . µ § (3Ѓ|21) или µ § Разделив обе части на µ §, окончательно получим: µ § (3Ѓ|22) Уравнение (3Ѓ|22) применимо к несжимаемым и сжимаемым осадкам, поскольку при µ §P=const величины r0 и x0 также постоянны. Из уравнения (3Ѓ|20) следует, что при µ §P=const, по мере увеличения объема фильтрата, а следовательно, и продолжительности процесса, скорость фильтрования уменьшается. Уравнение фильтрования при постоянной скорости процесса. Для получения уравнения процесса для данного случая производную dV/dµ § заменяем равным отношением конечных величин V/µ §. После такой замены, решая уравнение (3Ѓ|20) относительно µ §Р, находим µ § (3Ѓ|23) Умножив и разделив первое слагаемое правой части этого уравнения на µ § и приняв во внимание, что постоянная скорость фильтрования µ § получим: µ § (3Ѓ|24) Уравнение (3Ѓ|24) показывает, что при w=const разность давлений возрастает по мере увеличения продолжительности фильтрования. Это уравнение применимо к несжимаемым осадкам; при использовании его для сжимаемых осадков следует иметь ввиду зависимость удельного сопротивления от разности давлений. Основные типы фильтрационных аппаратов. Фильтровальное оборудование бывает периодического и непрерывного действия. По принципу действия оно делится на две группы: оборудование, работающее при постоянном перепаде давления; оборудование, работающее при постоянной скорости фильтрования. Самостоятельно изучить следующие конструкции: НутчЃ|фильтр. Рамный фильтрЃ|пресс. ФильтрЃ|пресс автоматизированный камерный с механической сушкой осадка. Барабанный вакуумЃ|фильтр. Дисковый фильтр. Ленточный фильтр. Интенсификация работы фильтров. Значительное увеличение масштабов пищевых производств и наличие большого числа осадков с повышенным гидравлическим сопротивлением обусловливает необходимость повышения производительности фильтров. Это может быть достигнуто за счет увеличения поверхности фильтрования отдельных фильтров и повышения скорости процесса путем нахождения оптимальных условий разделения суспензий. Последнее можно обеспечить с помощью трех групп способов: конструкционных, технологических и физикоЃ|химических. К первой группе относятся автоматизация процессов фильтрования, реверсивное (при малой толщине осадка), динамическое (при непрерывном смывании осадка), неодномерное (при образовании осадка на цилиндрической поверхности с малым радиусом кривизны) и вибрационное фильтрование. Способы второй группы заключаются в выборе оптимальных значений толщины осадка, разности давлений, концентрации суспензии. При этом важно провести предварительную классификацию твердых частиц суспензии на тонкоЃ| и грубодисперсные. Сущность способов третьей группы сводится к таким физикоЃ|химическим воздействиям на суспензию, которые обуславливают значительное уменьшение удельного сопротивления осадка. Эти воздействия могут производится во время или после получения суспензии. 3. Разделение неоднородных систем В первом случае в результате выбора надлежащих условий образования суспензии (температура, концентрация и т.д.) можно увеличить размер твердых частиц, получить кристаллические частицы вместо аморфных, предотвратить образование смолистых и коллоидных примесей; при этом удельное сопротивление осадка или отдельных суспензий может быть уменьшено в десятки раз. Во втором случае после прибавления к суспензии агрегирующих или вспомогательных веществ удельное сопротивление осадка также заметно уменьшается. Фильтровальное вспомогательное вещество, добавляемое в исходную суспензию, состоит из относительно крупных несжимаемых частиц. Такие вещества используются, например, при разделении суспензий, содержащих тонкодисперсные твердые или легкосжимаемые частицы. Вспомогательное вещество должно обладать небольшой насыпной плотностью, быть пористым и химически инертным. Наиболее употребим диатомит (фильтрование фруктовых соков, напитков, сахарных сиропов и т.д.) и целлюлоза (бумажная масса) Ѓ| пиво, вино. Часто вспомогательное вещество наносят тонким слоем на фильтровальную перегородку, что предохраняет ее отверстия от закупоривания. Контрольные вопросы Какие типы фильтрационных процессов Вы знаете? Запишите основное уравнение для определения скорости фильтрования. Что является движущей силой процесса фильтрования? Какие параметры влияют на скорость фильтрования? Какие основные конструкции фильтров Вы знаете? Методы интенсификации скорости процесса фильтрования. 3.4. Центрифугирование Под центрифугированием понимают процесс разделения неоднородных систем в поле центробежных сил с использованием сплошных или проницаемых для жидкости перегородок. Процесс центрифугирования проводят в машинах, называемых центрифугами. Центрифуга в простейшем случае представляет собой вертикальный цилиндрический ротор со сплошными или перфорированными боковыми стенками. Ротор, закрепленный на валу, помещают в соосный цилиндрический неподвижный кожух, закрываемый съемной крышкой. Если ротор перфорированный, то на его внутренней стенке размещается фильтровальная ткань. Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а фугат удаляется из него. В отстойных центрифугах со сплошными стенками производится разделение эмульсий и суспензий по принципу отстаивания, причем сила тяжести заменяется на центробежную силу. В фильтрующих центрифугах с проницаемыми стенками осуществляется процесс разделения суспензий по принципу фильтрования, причем вместо разности давлений используется действие центробежных сил. Таким образом, общие закономерности центрифугирования, фильтрации и отстаивания имеют сходство. Однако эти процессы в центрифугах протекают гораздо сложнее, т.к. вместо силы тяжести и разности давлений здесь действует центробежная сила, достигающая значительной величины. Кроме того, плоские слои жидкости и осадка заменяются в этом случае слоями с цилиндрическими граничными поверхностями, усложняющими зависимость процесса от геометрических факторов. Разделение эмульсий в отстойных центрифугах обычно называется сепарацией, а устройства в которых осуществляется этот процесс Ѓ|сепараторами. При разделении суспензий в отстойных центрифугах различают процессы центробежного осветления и центробежного отстаивания. В первом случае из жидкости удаляются твердые примеси, содержащиеся в незначительном количестве (< 5%). Фактор разделения. Отношение центробежного ускорения w /г к ускорению силы тяжести называется фактором разделения или центробежным критерием Фруда µ § (3Ѓ|25) где w Ѓ| окружная скорость вращения ротора, м/сек; r Ѓ| внутренний радиус ротора м; ѓзЃ| угловая скорость вращения ротора, рад/сек; n Ѓ| число оборотов ротора за минуту. Фактор разделения является важной характеристикой центрифуг, т.к. их разделяющая способность при прочих равных условиях зависит от его величины. Он показывает во сколько раз скорость осаждения частиц твердой фазы при центрифугировании больше скорости подобного процесса в отстойниках. Анализ выражения (3Ѓ|25) показывает, что увеличение числа оборотов ротора значительно больше влияет на величину фактора разделения, чем увеличение радиуса. Все центрифуги по величине фактора разделения подразделяются на 2 группы: Нормальные центрифуги, Фр < 3000. Сверхцентрифуги, Фр > 3000. Основные закономерности осаждения в центробежном поле. Рассмотрим простой проточный сепаратор с одним ходом жидкости через барабан (Рис.3.3). Если жидкость в кольцевом пространстве движется вверх со скоростью W1, то твердые частицы одновременно перемещаются и в радиальном направлении под действием центробежной силы С со скоростью Wц. Поскольку величина центробежной силы увеличивается, по мере удаления от оси вращения, скорость Wц является величиной переменной и зависит от положения частицы в кольцевом пространстве барабана. Каждая частица должна успеть достигнуть стенки барабана прежде, чем она будет вынесена из него потоком жидкости. Следовательно, скорость протекания жидкости через барабан W1 должна быть такой, чтобы самые мелкие частицы успели пройти через всю толщу жидкости RЃ|Ro=S Рассмотрим движение частицы, диаметр которой лежит в пределах применения закона Стокса (ламинарный режим). Такая частица тонет в жидкости под действием силы тяжести со скоростью µ § м/сек Центробежная сила больше силы тяжести в µ § раз, где rЃ|текущий радиус. Значит, во столько же раз больше будет скорость передвижения частицы под ее действием µ § (3Ѓ|26) Подставим в выражение (3Ѓ|26) вместо скорости первую производную от пути по времени µ § Теперь разделяя переменные и интегрируя в пределах от Ro до R, получаем время осаждения частицы на стенку ротора: µ § сек (3Ѓ|27) Это время µ § должно быть меньше времени прохождения частицы через барабан ѓд1 или в пределе равно ему µ §где: µ §, сек (3Ѓ|28) Отсюда находим максимально допустимую скорость прохождения частицы через барабан: µ § м/сек (3Ѓ|29) Тогда пропускная способность сепаротора будет: µ § м3/час (3Ѓ|30) Выражения (3Ѓ|27) и (3Ѓ|30) являются приближенными, т.к. не учитывают уменьшения сечения барабана и увеличения скорости жидкости вследствие отложения осадка, в результате чего частица проходит путь, меньший расчетного. Для турбулентного и переходного режимов: µ § (3Ѓ|31) Отстойная центрифуга (рис. 3.4 а) состоит из сплошного барабана 1, в который с помощью трубы 2 подводится суспензия. а) б) Рис.3.4. а) Ротор отстойной центрифуги б) Ротор фильтрующей центрифуги |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс для специальности 080504 − Государственное... Общепрофессиональный курс «Информатизация муниципальных органов» предназначен для студентов четвертого курса дневной, вечерней и... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по курсу «Технология автоматизированного машиностроения» для... |
| Учебно методический комплекс Для студентов специальности 1 24 01... Для студентов специальности 1 – 24 01 02 Правоведение юридического факультета дневной формы обучения | | Рабочая программа Наименование дисциплины Учебная практика (ознакомительная) По профилям подготовки Информационно-аналитическая деятельность (для студентов дневной формы обучения) и Технология автоматизированных... |
 | Выполнили: Воспитатель мдоу №45, г. Энгельс, Егорова Е. А. Воспитатель... История развития географической науки и роль выдающих ученых в формировании системы географических знаний | | Чрезвычайные ситуации на химически опасных объектах с выбросом аварийно... Чрезвычайные ситуации на химически опасных объектах с выбросом аварийно химически опасных веществ (ахов) в окружающую природную среду:... |
| Московский государственный университет технологий и управления Учебно-практическое пособие предназначено для студентов 3 курса сокращенной и 5 курса полной форм обучения, а также 3 и 4 курсов... | | Программа курса для специальности 020400 Психология Курс “Зоо- и сравнительная психология” является общепрофессиональной дисциплиной и предназначен для студентов 1 курса Института психологии... |
| Тематический план для студентов дневной формы обучения 4 тематический... Предприятия питания в индустрии туризма и гостеприимства: учебно-методический комплекс для студентов специальности 080507 «Менеджмент... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Конспект лекций по курсу «Делопроизводство» составлен на основе базовой программы «Делопроизводство и документационное обеспечение... |
| Учебное пособие к курсу лекций «Введение в современную литературу» Предлагаемое издание является учебным пособием к вузовскому курсу «Введение в современную литературу», который читается для студентов... | | Методическое пособие для студентов Составил: Андраковский Максим... ... |
| Экзаменационные вопросы по математике для студентов 2 курса гф дистанционно-заочной... Курс высшей математики. Введение в математический анализ. Дифференциальное исчисление. Лекции и практикум: Учебное пособие / Под... | | Тематика рефератов по отечественной истории для студентов 1 курса... |
| Планы семинарских занятий для студентов дневной формы обучения Планы... «Административное право» и предназначен для студентов мгюа и пмюи всех форм обучения | | Чрезвычайные ситуации мирного и военного времени. Характеристика... Чрезвычайные ситуации мирного и военного времени. Характеристика зон чрезвычайных ситуаций: метод, разработка для студентов всех... |
