UNIVERZITA TOMÁŠE BATI VE ZLÍNĚ AULTA APLIOVANÉ INORMATIY PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ cvičení iltrace část 1 Hana Charvátová, Dagmar Janáčová Zlín 013 Tento studijní materiál vznikl za finanční podpory Evropského sociálního fondu (ES) a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu: MODERNIZACE VÝUOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDATICÝCH METOD
iltrace Obsah iltrace... 3 Řešené příklady... 3 Příklady k procvičení... 6 Použitá literatura... 7 Seznam symbolů... 7 MODERNIZACE VÝUOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDATICÝCH METOD
3 iltrace iltrace STRUČNÝ OBSAH CVIČENÍ: Bilance filančního zařízení. Výpočet doby trvání filtračního cyklu. MOTIVACE: V tomto cvičení se seznámíme s výpočty týkajícími se separační operace filtrace. Bez znalosti tohoto procesu může být separace heterogenní směsi v závislosti na jejich velmi obtížná Tato problematika je v technické praxi velmi důležitá pro správné zvládnutí. CÍL: Studenti se naučí provádět bilance filtračního zařízení a provádět výpočty doby trvání filtračního cyklu při periodické filtraci. Řešené příklady Příklad 1 Vypočítejte dobu potřebnou pro zpracování 1,tun vodné suspenze obsahující 8 hm. % tuhých částic na provozním filtru s filtrační plochou 6,5 m. iltrační koláč obsahuje 75 hm. % tuhé fáze. Pokusnou filtrací bylo zjištěno, že odpor přepážky je 0,00 m a odpor filtračního koláče je 3.10-6 m.s -1. iltrace probíhá za konstantní rychlosti při teplotě 0 C. Řešení: Ze zadání příkladu je dáno: Množství přiváděné suspenze ms 1, t ; hmotnostní zlomek tuhých částic v přiváděné suspenzi wst 0,8 ; hmotnostní zlomek tuhých částic ve filtračním koláči 6 1 w 0,75 konstanta odporu filtračního koláče 3 10 m s ; odpor filtrační přepážky T q 0,00 m ; plocha filtru ekv A 6,5 m ů teplota zpracovávané suspenze t 0 C. Vlastnosti vody při 0 C: -3 6-1 Hustota vody 998, kg.m, kinematická viskozita vody 1,007 10 m.s. susp MODERNIZACE VÝUOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDATICÝCH METOD
4 iltrace Provedeme bilanci filtračního zařízení a vypočítáme objem filtrátu: Celková bilance: Obr. 1 Bilanční schéma filtračního zařízení ms m m (1) Bilance tuhé fáze: ms wst m wt m wt () Dosazením rovnice (1) do rovnice () a matematickou úpravou obdržíme: m mw w S ST (3) T m 100 0,8 448 kg (4) 0,75 Dosazením vypočítané hodnoty m do rovnice (1) vypočítáme hmotnost filtrátu m : m 100 448 75 kg (5) Objem filtrátu: V m (6) 75 3 V 0,753 m (7) 998, Dobu filtrace vypočítáme podle rovnice (8): q q qekv, (8) MODERNIZACE VÝUOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDATICÝCH METOD
5 iltrace kde V q (9) A 0,753 0,753 0, 00 6,5 6,5 9101 s 6 310 (10) Příklad Vypočítejte dobu trvání jednoho filtračního cyklu na periodicky pracujícící filtrační núči, na níž se při konstantním přetlaku zpracovává vodná suspenze při 0 C. Objem získaného filtrátu je 180 l. promývání filtru se použilo 50 litrů vody o teplotě 30 C. Přetlak při promývání je stejný jako přetlak při filtraci. Odpor filtračního koláče je 1,9.10-5 m.s -1. Odpor filtrační přepážky je zanedbatelný. Plocha filru je 1m. Rozebírání a znovusestavení filtru trvá 5 minut. Řešení: Ze zadání příkladu je dáno: Teplota zpracovávané suspenze tsusp 0 C ; teplota promývací vody tp 30 C ; objem filtrátu V 180 l ; objem promývací vody V 50 l ; konstanta odporu filtračního 5 1 koláče 1,9 10 m s ; odpor filtrační přepážky qekv 0 m ; plocha filtru rozebírání a znovusestavení filtru 5 min. R Vlastnosti vody při 0 C: -3 6-1 Hustota vody 998, kg.m, kinematická viskozita vody 1,007 10 m.s. P A 1 m ; doba Vlastnosti vody při 30 C: -3 6-1 Hustota vody 995,6 kg.m, kinematická viskozita vody 0,804 10 m.s. Pro dobu trvání jednoho filtračního cyklu C platí: C P R, (11) kde je doba filtrace, P je doba promývání filtračního koláče, znovusestavení filtru. R je doba rozebírání a Doba filtrace: q q qekv (1) 0,180 1,9 10 5 1705 s (13) MODERNIZACE VÝUOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDATICÝCH METOD
6 iltrace Doba promývání koláče: V q q qekv P P, (14) kde V je podíl objemu promývací vody k objemu filtrátu: V V V P (15) 0,05 V 0,78 (16) 0,18 Protože se teplota filtrátu liší od teploty promývací vody, vypočítáme konstantu konstanty filtračního koláče při filtraci podle vztahu (17): P přepočtem P P (17) P 6 5 998, 1,007 10 5-1 6 1,9 10,39 10 m s 995,6 0,804 10 (18) Doba promývání koláče podle (14): P 0,78 0,18 5,39 10 754 s (19) Celková doba filtračního cyklu podle (11): 1705 754 1500 3959 s. (0) C Příklady k procvičení Příklad 3 Do periodicky pracujícího filtračního zařízení se přivádí 0,8 m 3 vodné suspenze obsahující 18 hm. % tuhých částic. Získaný filtrační koláč obsahuje 66 hm. %. Hustota tuhých částic je 300 kg.m -3. tuhé fáze. Pokusnou filtrací bylo zjištěno, že odpor přepážky je 0,00 m a odpor filtračního koláče je 3.10-6 m.s -1. iltrace probíhá za konstantního přetlaku. Teplota suspenze je 0 C. olik filtrátu (v m 3 ) se získá za dobu jednoho filtračního cyklu? [Výsledek: 0,648 m 3 ] MODERNIZACE VÝUOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDATICÝCH METOD
7 iltrace Úlohy se vztahují k této otázce: Princip filtrace, technický význam procesu. Suspenze, filtrační koláč, filtrát. Hmotnostní bilance filtrace. Rychlost filtrace a rovnice filtrace. Použití rovnice filtrace pro případ konstantní rychlosti filtrace a konstantního tlaku. Promývání filtračního koláče. Stanovení filtračních konstant. Specifický odpor filtračního koláče. Použitá literatura [1] Míka, V. a kol: Chemickoinženýrské výpočty I, II, VŠCHT Praha, III. vydání, 1996 [] olomazník,.: Teorie technologických procesů II, VUT Brno, T Zlín, 1975 [3] Jahoda, M.: iltrace, VŠCHT Praha, UCHI, 003 [4] Jahoda, M.: Chemická technologie Stroje a zařízení. část, VŠCHT Praha, UCHI, 003 Seznam symbolů A - plocha filtru, [m ] m - hmotnost, [kg] q ekv - konstanta odporu filtrační přepážky, [m] m - hmotnostní průtok, [kg.s -1 ] V - objemový průtok, [m 3.s -1 ] t - teplota, [ C] v - rychlost, [m.s -1 ] V - objem, [m 3 ] V - objem filtrátu [m 3 ] V P - objem promývací kapaliny [m 3 ] w - hmotnostní zlomek, [1] - objemový zlomek, [1] - dynamická viskozita, [Pa.s] - hustota, [kg.m -3 ] - čas, [s] - doba filtrace, [s] - doba promývání filtračního koláče, [s] P - doba rozebírání a znovusestavení filtru, [s] R C - celková doba filtračního cyklu, [s] - kinematická viskozita, [m.s -1 ] MODERNIZACE VÝUOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDATICÝCH METOD
8 iltrace Význam indexů: S T L - suspenze - filtrační koláč - filtrát - tuhá fáze - tekutina MODERNIZACE VÝUOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDATICÝCH METOD