Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 [ 124 ] 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Существуют суспензии, содержащие очень мелкие илистые частицы, которые при прохождении через фильтрующую перегородку образуют на ней непроницаемый для жидкости осадок. Чтобы сделать возможным фильтрование для таких суспензий, в них добавляют мелкие частицы другого материала (например, песок, кварц и др.), которые придают осадку жесткую пространственную структуру с мелкими порами, и в этом случае осадок становится проницаемым. Осадки, структура которых различна в отдельных частях их объема, называются неоднородными.

Для оценки различных осадков при фильтровании вводится понятие об удельном сопротивлении осадка г , которое определяется экспериментально. Для каждого несжимаемого осадка г = const.

Для сжимаемых осадков принимают зависимость проницаемости от давления в виде

г = ГоЛр"", (XIII.1)

где т - показатель сжимаемости, лежащий в пределах О < тп < 1; Гд - удельное сопротивление осадка при Лр = 1 Па.

Для несжимаемых осадков т = 0. Удельное сопротивление неоднородных осадков зависит от многих факторов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЛЬТРОВАНИЯ

Движение жидкости (фильтрата) через каналы неправильной формы, образующиеся между частицами осадка и элементами фильтрующей перегородки, подчиняется общим закономерностям гидравлики и, как отмечалось ранее, связано с преодолением сопротивления как слоя осадка, так и фильтровальной перегородки (рис. XIII-1). В связи с малыми размерами каналов и небольшой скоростью движения жидкости процесс фильтрования обычно протекает в ламинарном режиме и перепад давления линейно зависит от вязкости среды. Одним из основных показателей процесса является скорость фильтрования С, определяемая как объем фильтрата dV, проходящий через поверхность фильтра F за промежуток времени dx, т.е.

dV Fd-c

Скорость фильтрования пропорциональна перепаду давления Лр в слое осадка и фильтрующей перегородке и обратно пропорциональна их сопротивлению R, т.е.

- Суспензия -

Рис. ХШ-1. Схема прохождения жидкости через слой осадка и фильтрующую перегородку

Фильтрат

Осадок

Фильтрующая перегородка

С = .Ё11=ДР, (XIII.2)

Fdx R

где перепад давления Лр измеряется в Па, а сопротивление R - ъ (Пас)/м.

Сопротивление R - величина переменная, так как фильтрование идет с постоянным увеличением высоты слоя осадка, а следовательно, и его сопротивления. В уравнении (XIII.2) общее сопротивление R целесообразно представить в виде суммы меняющегося сопротивления осадка Rc и практически постоянного сопротивления фильтрующей перегородки Rф•.

R = R + Лф.

В свою очередь Rc пропорционально толщине осадка Л, т.е. R = rh.

Обозначим отношение объема образующегося осадка к объему фильтрата через х = V/V; тогда для любого момента фильтрования получим

= Ух.

В то же время из геометрии следует, что Voc = Ph, откуда

Fh = Ух; Л = ; R = 1.

F ос р

После подстановки полученного в уравнение (XIII.2) основное дифференциальное уравнение фильтрования принимает вид

С = = -- = --. (XIII.3)

Удельное сопротивление г = Rc/h измеряется в (Па • с)/м.

В промышленной практике наибольшее распространение получили два режима фильтрования.

Режим при постоянном перепаде давления Лр (вакуумное фильтрование, гидростатическое фильтрование с постоянным столбом жидкости над фильтрующей перегородкой, подача суспензии центробежным насосом при постоянном избыточном давлении на выкиде насоса). При этом режиме скорость фильтрования в связи с постоянным увеличением высоты слоя осадка и ростом его сопротивления с течением времени уменьшается.

Режим при постоянной скорости С (подача суспензии на фильтр поршневым или плунжерным насосом постоянной производительности). При режиме с постоянной скоростью фильтрования слой осадка и его сопротивление постоянно увеличиваются, вследствие чего должно непрерывно расти давление поступающей суспензии, а следовательно, и перепад давления Лр.

ФИЛЬТРОВАНИЕ ПРИ ПОСТОЯННОМ ПЕРЕПАДЕ ДАВЛЕНИЯ

При этом режиме фильтрования уравнение (ХШ.З) можно интегрировать. Разделив переменные dV и dx и учитывая, что Лр = const, получаем

rxVdV + RфFdV = iapPdx.

Так как при г = О и V = 0, то постоянная интегрирования тоже равна нулю и

та-y + ЛфFV = ЛpFт.

(XIII.4)

Из этого уравнения можно при известной площади поверхности фильтра определить либо производительность фильтра за одну операцию длительностью т

V = F

TApz

(ХШ.З)

либо площадь поверхности фильтра при заданном объеме фильтрата за одну операцию

(XIII.6)

2Арт

либо продолжительность фильтрования при заданной толщине осадка Л.

Разделив все члены уравнения (XIII.4) на f* и умножив и разделив члены левой части уравнения на х, получим

2х /72 x F

Заменив в последнем уравнении Vx/F на h и решив его относительно т, получим

т =

(ХП1.7)

Для расчетов с использованием уравнений (XIII.4) - (XIII.7) предварительно экспериментально должны быть найдены величины г, Лф и х. При экспериментальном определении этих величин проводятся как минимум три опыта, в которых при известных F и Ар фиксируются объем фильтрата V и высота осадка h, получаемого за время т.

Подстановкой в уравнение (XIII.4) найденных для каждого опыта величин получим три уравнения, при совместном решении которых вычисляют искомые параметры фильтрования г. Лф и x.

В тех случаях, когда сопротивление осадка значительно больше сопротивления фильтрующей перегородки, им можно пренебречь, т.е. принять Лф= 0. Тогда из уравнения (XIII.5) получим

V = F,. \ гх

(ХП1.8)