Výpočtový ý seminář z Procesního inženýrství podzim 2008 Filtrace 18.9.2008 1
Tématické okruhy principy a instrumentace bilance filtru kalolis filtrace za konstantní rychlosti filtrace za konstantního tlaku promývání filtračního koláče 18.9.2008 2
Filtrace technické důvody filtrace získání pevných částic získání kapaliny realizace filtrace diskontinuální (periodické) filtry kontinuální (nepřetržité) filtry 18.9.2008 3
Periodická filtrace - základní pojmy princip i činnosti 18.9.2008 4
Periodická filtrace - základní pojmy filtrační č přepážkyř 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 makroporézní filtrační č membrány (polymery, specifické použití v potravinářství, farmacii, atd.) 18.9.2008 5
Periodická filtrace - základní pojmy technologické kroky při filtraci příprava p filtru sestavení, čištění, filtrace tvorba filtračního koláče a filtrátu promývání filtračního koláče částečné č é nebo úplné sušení koláče odstranění filtračního koláče z filtru regenerace filtrační přepážky celková doba filtrace 18.9.2008 6
Typy filtrace koláčová filtrace hloubková filtrace filtrační koláč zachycení částic uvnitř porézní filtrační přepážky 18.9.2008 7
Typy filtrů diskontinuální filtry tlakový filtr filtrační nuč 18.9.2008 8
Typy filtrů diskontinuální filtry listový filtr svíčkový filtr filtrační odstředivka 18.9.2008 9
Typy filtrů diskontinuální filtry kalolis 18.9.2008 10
Typy filtrů kontinuální í filtry bubnový filtr pásový filtr 18.9.2008 11
Hmotnostní bilance filtru m = m + S S S K m w m + F = w m w m K K F F pro l w F =0 pro s w F =1 aditivita objemů V + S = V F V k ρ S, ρ F, T -konstantní ϕ V = ϕ V + ϕ V S S K K F F objemové zlomky pevných částic 18.9.2008 12
Hustota t suspenze a koláče suspenze koláč viskozita 2 η = η (1 + 2. 5ϕ + 7 35ϕ ). S F S S 18.9.2008 13
Rovnice rychlosti filtrace tok vrstvou zrnitého materiálu Bernouliho rce (potrubí se zařazeným čerpadlem) příklad laminárního proudění 18.9.2008 14
Rovnice rychlosti filtrace Předpoklady v k ~ v rychlost proudění uvnitř kanálků je úměrná mimovrstvové rychlosti l k ~ h délka kanálků je úměrná tloušťce vrstvy gh ~ zanedbatelný hydrostatický tlak vrstvy 18.9.2008 15
Rovnice rychlosti filtrace tok vrstvou p 2 =? R odpor filtrační č přepážkyř R = αηh rovnice filtrace p p = ( αη h R ) v 1 3 + rychlost filtrace v = V& S F = 1 S dv& F dτ F výška filtračního koláče VK h = S 18.9.2008 16
Rovnice rychlosti filtrace z bl bilance 18.9.2008 17
Rovnice rychlosti filtrace 18.9.2008 18
Rovnice rychlosti filtrace FILTRACE za konstantního rozdílu tlaku za konstantní rychlosti rychlost filtrace klesá tlakový rozdíl roste 18.9.2008 19
Filtrace za konstantního t rozdílu tlaků 18.9.2008 20
Filtrace za konstantní t rychlosti 18.9.2008 21
Promývání koláče rychlost promývání je stejná jako konečná č rychlost filtrace 18.9.2008 22
Úloha U5-3 Zadání: 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 K F =3,125x10-4 m 2 /h a q M =3,125x10-5 m. Zjistěte množství filtrátu a promývací vody, množství zpracované suspenze a objemovou vlhkost koláče v jednom cyklu. Výsledek: V jednom filtračním č cyklu vznikne 0,263m 3 filtrátu, spotřeba promývací vody činí í 0,0165m0165 3, zpracuje se 0,361m 3 suspenze a koláč obsahuje 44,8 obj.% vody. 18.9.2008 23
Úloha U5-55 Zadání: Vodná suspenze pevné látky se filtruje v tlakovém nuči 1 hodinu při konstantním rozdílu tlaků a teplotě 7,5 C. Filtrační koláč se promývá při teplotě 20 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 m 3 filtrátu se produkuje za den. Výsledek: Denní produkce filtrátu činí 1,5m 3 18.9.2008 24