Устройство и принцип действия фильтр-пресса.

Фильтрование-процесс разделения суспензий или пылей с помощью пористой перегородки-фильтра, способной задерживать взвешенные частицы, находящиеся в жидкости или газе. По технологическому признаку фильтрующую аппаратуру подразделяют на газовые фильтры (для очистки газов), жидкостные (для разделения суспензий) и фильтрующие центрифуги (для разделения суспензий). Фильтр-пресс относится к жидкостным фильтрам периодического действия и является многокамерным. Рассмотрим камерный фильтр-пресс.

Он представляет собой блок, состоящий из нескольких прижатых одна к другой плит 1. На поверхности плит имеется ряд каналов 6, выходящих в сборный канал 7, сообщающийся с отводным каналом 8. Фильтрующаяся суспензия вводится в блок плит через центральный канал 4 и распределяется по камерам, образованным каждой смежной парой плит. В камерах жидкость проходит через фильтрующую ткань в каналы 6,7 и по отводным каналам 8 выводится из фильтра

Форма плит и заправка фильтрующей ткани в камерном фильтр-прессе довольно сложны.

Видоизменением камерного фильтр-пресса является рамный фильтр-пресс. Он значительно проще и дешевле камерных. Благодаря этому рамные получили широкое распространение в промышленности. Рамные имеют высокоразвитую фильтрующую поверхность, но изготовление их проще и дешевле, чем батарейные намывные фильтры. Недостаток камерных и рамных фильтр-прессов – неудобство выгрузки осадка. Для выгрузки осадка блок плит и рам разбирают, каждую раму отдельно вынимают из блока и разгружают вручную.

Максимальная производительность фильтра достигается при условии равенства продолжительности фильтрования и проведения вспомогательных операций.

 

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

Способы перемешивания в жидких средах. Схемы установок.

Цели: 1) создание однородной системы из дисперсных фаз; 2) интенсификация процессов теплообмена и массообмена. Три способа перемешивания в хим. промышленности:

1) механическое перемешивание - за счет ввода механической энергии в объем (с помощью мешалок). Этот вид перемешивания имеет преимущественное значение в химических и нефтехимических производствах.

2) пневматическое перемешивание-осуществляется путем пропускания газа через слой перемешиваемой жидкости. Сжатый газ поступает в аппарат, наполненный жидкостью. Газ распределяется барометром. Газ, выходящий через отверстия в трубах, перемешивает жидкость.

Интенсивность перемешивания: [a]=[м³/(м²*мин)] – кол-во воздуха, подаваемое через сечение аппарата в единицу времени. Режим 0,4-слабая интенсивность перемешивания; 0,8-средняя; 1,2 – интенсивное перемешивание. Пневматическое перемешивание имеет ограниченные области применения-когда допускается контакт с газом перемешиваемой жидкости и перемешивание осуществляется кратковременными периодами.

3) циркуляционное перемешивание-производится многократным прокачиванием жидкости через систему аппарат-циркуляционный насос-аппарат. Применяется: при перемешивании вредных веществ; для перемешивания веществ, для которых контакт с кислородом воздуха недопустим.

Интенсивность циркуляционного перемешивания определяется кратностью циркуляции: n=Q/Vр-отношение секундной производительности циркуляционного насоса к рабочему объему перемешиваемой среды. В соответствии с n обеспечивается та или иная интенсивность перемешивания. n – сколько раз обновится в секунду объем жидкости, находящийся в емкости.

Эффективность перемешивания – определяется двумя способами в зависимости от целей.

Для 1-ой цели: 1) определяются концентрации дисперсных частиц в разных точках объема. 2) определяем среднеарифметическое значение концентрации. 3) определяем среднее отклонение от среднего значения: х= ±∆х

Для разных аппаратов сравниваем ∆х. Чем оно меньше, тем эффективность выше. Процесс длительный.

Для 2-ой цели: К_Т1/К_Т2 – коэффициенты пропорциональности в уравнении кинетических законов или К_М1/К_М2 – коэффициенты массы.

К_Т1/К_Т2 >1 – эффективнее 1 аппарат.

Основные типы мешалок.

Механическое перемешивание в жидкой среде осуществляется с помощью мешалок различного типа. Мешалка чаще всего представляет собой комбинацию лопастей, насаженных на вращающийся вал. Лопасти мешалок могут иметь разнообразную геометрическую форму, в соответствии с которой различают основные типы мешалок: лопастные, пропеллерные, турбинные.

Рис.1:а-лопастная, б-пропеллерная

в-турбинная.

Рис.2: характер токов жидкости, возникающих в аппарате с лопастной мешалкой.

 

 

Лопастные мешалки. Рабочий орган-лопасти различной конфигурации. Для перемешивания суспензий, содержащих твердые частицы, скорость осаждения которых невелика, применяют лопастные мешалки с наклонными лопастями (при их работе усиливаются вертикальные токи жидкости, что способствует подъему твердых частиц со дна аппарата). При перемешивании лопастными мешалками густых жидкостей основная масса жидкости вращается в месте с лопастями, при этом эффективность перемешивания очень низкая. Для устранения этого явления в корпусе аппарата устанавливают режущие неподвижные перегородки. Для равномерной интенсивности перемешивания применяют рамные мешалки-комбинация вертикальных, горизонтальных и наклонных лопастей. Их недостаток-большой расход энергии.

Применение: для интенсификации тепловых, диффузионных и химических процессов; при растворении различных веществ и приготовлении эмульсий и суспензий.

Достоинства лопастных мешалок: простота устройства, низкая стоимость изготовления, хорошее перемешивание жидкостей. Недостатки: их применение малоэффективно для приготовления эмульсий из жидкостей, значительно отличающихся по удельному весу.

Пропеллерные мешалки. Перемешивающий орган-пропеллер двух-, трех- или четырехлопастный. Во время работы мешалки при обычных окружных скоростях конца лопастей пропеллера возникают интенсивные вертикальные токи жидкости. Один пропеллер обеспечивает интенсивное перемешивание жидкости в зоне высоты, равной диаметру аппарата. Если H>D, то устанавливают несколько пропеллеров. Применение: в процессах получения суспензий, при перемешивании вязких жидкостей. Достоинства: по сравнению с лопастными работают с большими скоростями вращения. Недостатки: сложное изготовление и стоимость выше, чем у лопастных.

Турбинные мешалки. Перемешиваемое устройство-турбинки (с прямыми, наклонными или криволинейными лопатками). Применяются для перемешивания вязких жидкостей, для получения суспензий с крупными твердыми частицами. Достоинства: скорость вращения лопаток больше, чем у пропеллерных мешалок. Недостатки: сложность изготовления и высокая стоимость.

ЦИКЛОНИРОВАНИЕ

Циклонная аппаратура

Циклонный процесс-создание центробежной силы за счет завихрения потока, а аппарат неподвижен. Два вида циклонов: 1) газовый-для разделения газ+ТВ, дымов и газокапельных систем; 2) гидроциклоны – для разделения ж+тв, ж+газ, ж+ж, эмульсий (ж в ж).

Сущность процесса: поток со взвешенными частицами вводят в аппарат тангенциально через входную трубу. Благодаря тангенциальному вводу и наличию центральной выводной трубы поток начинает вращаться вокруг трубы, совершая при прохождении через аппарат несколько оборотов.

Под действием возникающих центробежных сил взвешенные частицы отбрасываются к периферии, оседают на внутренней поверхности корпуса 1, а затем опускаются в коническое днище 2 и удаляются из аппарата через патрубок. Освобожденный от взвешенных частиц поток выводится из циклона через выводную трубу.

Единичный циклон:

1-корпус; 2-коническое днище; I-запыленный газ; II-очищенный газ; III-пыль.

 

Батарейные циклоны.

Поскольку при данной окружной скорости величина центробежной силы обратно пропорциональна радиусу вращения F_ц=mv²/r, оказалось целесообразным выполнять циклоны с корпусом малого диаметра. Аппарат заданной производительности выполняют в виде батареи из несколько параллельно работающих циклонов малого диаметра.

Запыленный газ вводится в среднюю часть аппарата I и распределяется по элементам 2, вмонтированным в перегородке 1. Очищенный газ удаляется из верхней части аппарата II, а осевшая пыль – из нижней III.

Аналогично циклонам устроены гидроциклоны для разделения суспензий.

 

 

G, A – очень малы в центробежном поле.

Fц=ρ_ч*(πd³/6)*w²*r

B= ρ_с*(πd³/6)*w²*r- центростремительная сила

- сопротивление движению частицы

(πd³/6)*(ρ_ч- ρ_с)*w²*r- =m*a=0

 

 

Центробежный фактор разделения показывает во сколько раз скорость осаждения частицы в центробежном поле больше скорости осаждения той же частицы в гравитационном поле.

η=(С_исх-С_В)/С_исх*100%-эффективность разделения

 

∆Р=ξ*(w²_вх*ρ_с/2)-сопротивление

Вывод: скорость подачи среды в циклоны ограничена.

w=ω*R, К_ц=(ω²*R)/g=w²_вх/Rg

К_ц ↑ → R↓

Единичный циклон.

Циклонный процесс-создание центробежной силы за счет завихрения потока, а аппарат неподвижен. Два вида циклонов: 1) газовый-для разделения газ+ТВ, дымов и газокапельных систем; 2) гидроциклоны – для разделения ж+тв, ж+газ, ж+ж, эмульсий (ж в ж).

Сущность процесса: поток со взвешенными частицами вводят в аппарат тангенциально через входную трубу. Благодаря тангенциальному вводу и наличию центральной выводной трубы поток начинает вращаться вокруг трубы, совершая при прохождении через аппарат несколько оборотов.

Под действием возникающих центробежных сил взвешенные частицы отбрасываются к периферии, оседают на внутренней поверхности корпуса 1, а затем опускаются в коническое днище 2 и удаляются из аппарата через патрубок. Освобожденный от взвешенных частиц поток выводится из циклона через выводную трубу.

Единичный циклон:

1-корпус; 2-коническое днище; I-запыленный газ; II-очищенный газ; III-пыль.

 

Работа простейшего единичного циклона улучшается, если достигается более рациональное движение потока в аппарате, обеспечивающего возникновение большой центробежной силы.

онструктивно этого можно добиться выполнением верхней крышки с винтовой поверхностью и размещением между корпусом аппарата и выводной трубой винтовых лопастей.

 

G, A – очень малы в центробежном поле.

Fц=ρ_ч*(πd³/6)*w²*r

B= ρ_с*(πd³/6)*w²*r- центростремительная сила

- сопротивление движению частицы

(πd³/6)*(ρ_ч- ρ_с)*w²*r- =m*a=0

 

 

Центробежный фактор разделения показывает во сколько раз скорость осаждения частицы в центробежном поле больше скорости осаждения той же частицы в гравитационном поле.

η=(С_исх-С_В)/С_исх*100%-эффективность разделения

 

∆Р=ξ*(w²_вх*ρ_с/2)-сопротивление

Вывод: скорость подачи среды в циклоны ограничена.

w=ω*R, К_ц=(ω²*R)/g=w²_вх/Rg

К_ц ↑ → R↓

 

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ