Výpočtový ýp ý seminář z Procesního inženýrství ý
podzim 2008 p 2008
Filtrace
18.9.2008
1
Tématické okruhy
¾ principy a instrumentace ¾ bilance filtru ¾ kalolis ¾ filtrace za konstantní rychlosti y ¾ filtrace za konstantního tlaku ¾ promývání filtračního koláče
18.9.2008
2
Filtrace
¾ technické důvody filtrace • získání pevných částic • získání kapaliny
¾ realizace li filt filtrace • diskontinuální (periodické) filtry •kontinuální kontinuální (nepřetržité) filtry
18.9.2008
3
Periodická filtrace - základní pojmy ¾ princip i i činnosti či ti
18.9.2008
4
Periodická filtrace - základní pojmy ¾ filtrační filt č í přepážky ř ážk • zrnité materiály (písky, štěrky) • vláknité materiály (azbest, sklo, celulóza) • papírové materiály (laboratorní filtrace) • porézní kompaktní materiály (frity, keramika, kovy) • tkaniny (textilie, uhlíková, grafitová vlákna – filtr. plachetka) • perforované desky nebo síta (velikost, struktura a morfologie) • speciální iál í makroporézní k é í filtrační filt č í membrány b á (polymery, ( l specifické použití v potravinářství, farmacii, atd.)
18.9.2008
5
Periodická filtrace - základní pojmy ¾ technologické kroky při filtraci •p příprava p filtru – sestavení, čištění, … • filtrace – tvorba filtračního koláče a filtrátu • promývání filtračního koláče • částečné čá č é nebo b úplné ú l é sušení š í koláče k láč • odstranění filtračního koláče z filtru • regenerace filtrační přepážky
¾ celková doba filtrace
18.9.2008
6
Typy filtrace • koláčová filtrace
• filtrační koláč
18.9.2008
• hloubková filtrace
• zachycení částic uvnitř porézní filtrační přepážky
7
Typy filtrů ¾ diskontinuální di k ti ál í filt filtry
• tlakový filtr
18.9.2008
• filtrační nuč
8
Typy filtrů ¾ diskontinuální di k ti ál í filt filtry
• listový filtr
18.9.2008
• svíčkový filtr
• filtrační odstředivka
9
Typy filtrů ¾ diskontinuální di k ti ál í filt filtry • kalolis
18.9.2008
10
Typy filtrů ¾k ti ál í filt ¾kontinuální filtry
• bubnový filtr
18.9.2008
• pásový filtr
11
Hmotnostní bilance filtru
mS = m K + m F wS mS = wK mK + wF mF pro l wF=0 pro s wF=1 ¾ aditivita objemů
ϕS VS = ϕK VK + ϕF VF
18.9.2008
VS = VF + Vk
ρS, ρF, T - konstantní
objemové zlomky pevných částic
12
H t t suspenze a koláče Hustota k láč
¾ suspenze
¾ koláč
¾ viskozita
η S = η F (1 + 2.5ϕ S + 7.35ϕ S2 ) 18.9.2008
13
R Rovnice i rychlosti hl ti filt filtrace ¾ tok vrstvou zrnitého materiálu ¾ Bernouliho rce (potrubí se zařazeným čerpadlem)
¾ příklad laminárního proudění
18.9.2008
14
R Rovnice i rychlosti hl ti filt filtrace
¾ Předpoklady • vk ~ v rychlost proudění uvnitř kanálků je úměrná mimovrstvové rychlosti • lk ~ h délka kanálků jje úměrná tloušťce vrstvy y • gh ~ zanedbatelný hydrostatický tlak vrstvy •
18.9.2008
15
R Rovnice i rychlosti hl ti filt filtrace tok vrstvou p2 = ? R – odpor d fil filtrační č í přepážky ř ážk R = α η h’ rovnice filtrace
p1 − p3 = (αηh + R )v
rychlost filtrace
V&F 1 dV&F = v= S S dτ F
výška filtračního koláče
VK h= S 18.9.2008
16
R Rovnice i rychlosti hl ti filt filtrace z bilance bl
18.9.2008
17
R Rovnice i rychlosti hl ti filt filtrace
18.9.2008
18
R Rovnice i rychlosti hl ti filt filtrace
FILTRACE
za konstantního rozdílu tlaku ¾ rychlost hl t filtrace filt klesá kl á
18.9.2008
za konstantní rychlosti ¾ tlakový tl k ý rozdíl díl roste t
19
Filt Filtrace za konstantního k t t íh rozdílu díl tlaků tl ků
18.9.2008
20
Filt Filtrace za konstantní k t t í rychlosti hl ti
18.9.2008
21
P Promývání ý á í koláče k láč ¾ rychlost hl t promývání ý á í je j stejná t j á jako j k konečná k č á rychlost hl t filtrace filt
18.9.2008
22
Úl h U5 Úloha U5-3 3 ¾Zadání: V kalolisu s osmi rámy o rozměrech 700 x 700x 25 mm se filtruje suspenze obsahující 15 obj% pevné látky. Filtrace probíhá za konstantní rychlosti a v jednom cyklu trvá 3 hodiny 36 minut. Potom se koláč promývá po dobu 54 minut. Filtrát má přibližně stejnou viskozitu jako promývací voda. Na pokusném kalolisu byly ze stejných podmínek konstanty KF=3,125x10-4m2/h a qM=3,125x10-5m. Zjistěte množství filtrátu a promývací vody, množství zpracované suspenze a objemovou vlhkost koláče v jednom cyklu.
¾Výsledek: V jednom j d filt filtračním č í cyklu kl vznikne ik 0 0,263m 263 3 filtrátu, filt át spotřeba tř b promývací ý í vody d činí či í 0,0165m 0 0165 3, zpracuje se 0,361m3 suspenze a koláč obsahuje 44,8 obj.% vody.
18.9.2008
23
Úl h U5 Úloha U5-5 5 ¾Zadání: Vodná suspenze pevné látky se filtruje v tlakovém nuči 1 hodinu při konstantním rozdílu tlaků a teplotě 7 7,5 5°C C. Filtrační koláč se promývá při teplotě 20 20°C C za jinak stejných podmínek jako při filtraci. Promývá se vodou v množství 20 obj% z množství filtrátu. Příprava nuče pro novou filtraci trvá 20 minut. Při pokusné filtraci bylo získáno za 8 minut 30 litrů a za 18 minut 50 litrů filtrátu (podmínky stejné jako při filtraci na nuči) Zjistěte kolik m3 filtrátu se produkuje za den.
¾Výsledek: Denní produkce filtrátu činí 1,5m3
18.9.2008
24
