Разделение суспензий в химической промышленности - Малиновская Т.А.
Скачать (прямая ссылка):
1.3. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СУСПЕНЗИЙ
Фильтрационными; свойствами суспензий мы называем большую группу свойств суспензий и осадков, от которых зависят скорость фильтрования и осаждения, скорость и полнота отмывки, обезвоживания и полнота удаления осадка с перегородки. Поскольку чистая фильтрующая перегородка обычно оказывает сопротивление потоку жидкости при фильтровании во много раз меньше, чем слои осадка, отложившийся на ней, то скорость фильтрования, а следовательно, и производительность фильтра определяются главным образом проницаемостью осадка или обратной величиной — сопротивлением, увеличивающимся по мере роста слоя осадка. Сопротивление осадка обычно характеризуют величиной объемного или массового удельного сопротивления. Удельным объемным сопротивлением'осадка av называется гидравлическое сопротивление единицы объема осадка высотой, равной единице с равномерной пористостью, 1 отнесенное к единице вязкости. Размерность ay — м~2. Удельным массовым сопротивлением осадка а называется гидравлическое сопротивление осадка с равномерной пористостью и
14
-массой твердой фазы, равной единице, приходящейся на единицу поверхности фильтрующей перегородки, отнесенное к единице вязкости. Размерность а — м/кг. Пористость осадка в большинстве случаев изменяется по его высоте. Поэтому обыч-*но принимают величину среднего удельного сопротивления, определяемую средней пористостью и размером пор осадка.
Средней пористостью е назйрается доля свободного объема осадка \N
Упор , \, тт ;
®- Кос рТКос (]Л)
где Упор — ббъем пор; У0с — объем ос.адка; тт — масса твердой фазы; рт — плотность твердой фазы
Пористость осадка, размер пор или радиус капилляров г, по которым движется жидкость, зависят от размера частиц твердой фазы d. Для сферических частиц при упорядоченной их укладке существует математическая зависимость между размером частиц, пористостью осадка и размером пор [16, с. 23]. Для осадка, состоящего из частиц неправильной формы, можно лишь сказать, что г сопоставим с d. Для суспензий, состоящих из частиц различного размера (полидисперсных частиц и частиц неправильной формы), очень сложно оценить средний размер частиц. В этом случае вместо размера частиц иногда используют величину удельной поверхности.
Удельная поверхность 5УД — есть поверхность частиц твердой фазы, отнесенная к единице объема твердой фазы. Для сферических частиц Sye = 6/d, для частиц неправильной формы SyR = 6/\pd, где ф—-коэффициент формы.
В процессе фильтрования суспензий, содержащих частицы размером менее 10 мкм, последние обычно, под действием поверхностных сил (сил Ван-дер-Ваальса) собираются в агрегат. Такой агрегат, в зависимости от его прочности, ведет себя в! процессе фильтрования либо как отдельная частица, либо как хлопьевидное непрочное образование, деформирующееся под действием перепада давлений. Даже при фильтровании сравнительно грубодисперсных суспензий присутствующие в них мелкие частицы обычно прилипают к более крупным. Отделившись от крупных частиц, мелкие частицы сформированного осадка могут двигаться с потоком жидкости по сравнительно крупным; капиллярам по направлению к перегородке. Это явление называют суффозией.
Для общего случая монодисперсной суспензии известна зависимость между удельным сопротивлением осадк,а, пористостью и размером частиц [5, 15, 17] либо удельной поверхностью осадка [18, 19], которую обычно называют уравнением Козени — Кармана
„ Л'У ~~Е)2 A"Sy**( i-E>* П91
V-V— — Ез \1-*)
15
где А', А" — постоянные коэффициенты; т|) —(коэффициент, зависящий от
формы частиц; SyA — величина удельной поверхности частиц, независимая от давления.
Уравнение (1.2) дает общее проставление о характере влияния структурных характеристик^йа> удельное сопротивление несжимаемого осадка. Практическое использование этого уравнения затруднено в связи со сложностью определения истинных значений 5УД, end. у •.
Для сжимаемых осадков, состоящих из мелких частиц неправильной формы, собранных в агрегаты, удельная поверхность изменяется при изменении давления [20]. В этом случае в уравнение Козени — Кармана! вместо 5уд ^ледует подставлять фиктивную удельную поверхность агрегатов, обтекаемую жидкостью при ее течении 5ф=5уд(1—е)..
Таким образом, удельные сопротивления осадков, полученных из одной и той же суспензии, при различных давлениях, относятся между собой как соответствующие этим давлениям
' функции пористостей
Известны три типа эмпирических уравнений, связывающих величины av и Р [5, 21, 22] .
av — ay’Ps , (1.3)
1 ! av = av" + BPSl (1.4)
av = щ" exp stP (1.5)
В этих уравнениях av', av",. a/" — постоянные, определяемые опытным путем. Показатели степени s, su s2 называются показателями сжимаемости. Следует обратить внимание на то, что термин «показатель сжимаемости» характеризует не сжимае-, мость осадка, а интенсивность снижения проницаемости или роста удельного сопротивления осадка при увеличении давления фильтрования. Способность осадка сжиматься характеризуется относительным сжатием ¦
где Аб = б 1-—бг — разность между толщинами несжатого 6i и сжатого бг осадков. : j
