Гидромеханические процессы химической и пищевой технологии (стр. 3 из 4)
Ly=Re3/Ar=w3ρ2г / μг(ρч-ρг)g (3)
(4)Верхняя граница псевдоожиженного состояния (ε ≈1) соответствует скорости свободного витания одиночных частиц.
Очевидно, что при скорости потока большей, чем скорость витания начнется унос частиц из слоя.
В инженерной практике важно определить обе критические скорости. Для этого можно, в частности, воспользоваться формулами Тодеса:
(5) 
(6)Значение Wпо и Wун находят из критических значений критерия Рейнольдса.
Описание установки
Схема установки представлена на рис. 1. Она включает в себя две прозрачные колонки 3 и 8 диаметром 5см. В колонках установлены сетки, на некоторых из них помещен зернистый материал.
В нижние части колонок из общего коллектора поступает сжатый воздух, расход которого измеряется ротаметрами 4 и 7 и регулируется вентилями 5 и 6.
К каждой из колонок присоединено по два дифманометра, заполненные водой. Дифманометры 2 и 9 измеряют гидравлическое сопротивление сеток, а манометры 1 и 10 гидравлические сопротивления сеток и слоев зернистого материала
Порядок выполнения работы, обработка результатов измерения и содержание отчета
Работу проводят на одной из двух колонок.
9. Осторожно открывают вентиль 5 (6), увеличивают расход воздуха в колонке через 2 – 5 делений ротаметра 4 (7), наблюдают при этом за состоянием слоя, одновременно записывая показания дифманометров.
10. Определяют расход газа соответствующий скорости начала псевдоожижения.
11. Полученные данные заносят в табл. 1 и строят график зависимости гидравлического сопротивления слоя от скорости W.
12. Зная скорость псевдоожижения рассчитывают критическое значение критерия Лященко Lyпо и из графика [1].. определяют значение критерия Архимеда при ε = 0,4. Из критерия Ar находят диаметр частиц.
13. Режимы псевдоожижения и начало уноса устанавливают визуально, повторяя опыт 3 – 4 раза и одновременно измеряя перепад давления в слое и расход воздуха.
14. После усреднения расхода воздуха, соответствующего началу уноса частиц, по уравнению расхода определяют экспериментальное значение скорости уноса. Полученное таким образом значение (Wун)э сравнивают с рассчитанным из критерия Рейнольдса по уравнению (6). Полученные данные заносят в табл. 2.
Таблица 1.
| Показание ротаметра | Расход воздухаV, м3/с | СкоростьвоздухаW, м/с | Сопротивление слоя | Сопротивление сетки | Примечание | ||
| мм. водян. столба | Па | мм. водян. столба | Па | ||||
В графе «Примечание» записываются визуальные наблюдения.
Таблица 2.
| Расход воздуха V, м3/с | Скоростьпсевдоожижения Wпо, м/с | Скорость уноса Wун, м/с | Примечание | |
| Эксперимент. | Рассчитан. | |||
Отчет о работе должен содержать цель и задачи работы, схему установки, пример расчета скоростей Wпо, Wун, таблицы и графики экспериментальных и рассчитанных величин.
ИСПЫТАНИЕ РАМНОГО ФИЛЬТР-ПРЕССА
Цель работы: Определить константы в уравнении фильтрования и производительность рамного фильтр-пресса.
Основные определения и теория процесса
Фильтрованием называют процесс разделения суспензий при помощи пористой перегородки, пропускающей жидкость (фильтрат) и задерживающей твердую фазу. В начальный момент фильтрования твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки, затем накапливаются на ней и образуют слой осадка, который играет роль основной фильтрующей среды. Движущей силой процесса является разность давлений над слоем осадка и под фильтровальной перегородкой. По способу создания движущей силы фильтры делятся на вакуум-фильтры и фильтры, работающие под избыточным давлением, а по режиму работы – на фильтры периодического и непрерывного действия. Устройство фильтров и принцип их работы описаны в [ 2].
Интенсивность данного процесса и производительность фильтрующей аппаратуры определяются скоростью фильтрования, т.е. количеством фильтрата, прошедшего через 1м поверхности фильтрующей перегородки за единицу времени. Для несжимаемых осадков ее можно определить по уравнению:
( 1 )где W - скорость фильтрования, м3 /(м 2с);
dV - объем фильтрата, м3;
F - поверхность фильтрования, м2;
∆Р - перепад давлений, Па;
μ - вязкость фильтрата, Па·с;
Roc , Rфп - сопротивление слоя осадка и фильтровальной перегород- ки, соответственно, м-1;
dτ - время фильтрования, с.
В процессе фильтрования изменяется сопротивление слоя осадка, если предположить, что структура осадка однородна, то сопротивление слоя осадка можно выразить следующей зависимостью [ 2 ].
( 2 )где ro- удельное сопротивление осадка, м-2;
xo- относительная объемная доля твердой фазы в суспензии,
м3 осадка / м3 жидкости.
Удельное сопротивление осадка зависит от структуры осадка, формы и размера частиц и определяется экспериментально. Для несжимаемых осадков оно постоянно. Сопротивление фильтровальной перегородки Rфп принимается постоянным.
Подставив значение Roc в уравнение (1) , получим уравнение фильтрования в дифференциальной форме
( 3 )Если фильтрование происходит при постоянной разности давлений (∆P=const), то интегрирование уравнения ( 3 ) в пределах от 0 до V и от 0 до τ дает:
( 4 )Разделив правую и левую части уравнения ( 4 ) на F2 будем иметь
( 5 )и введя обозначения
; 
; 
( 6 )получим уравнение, которое выражает зависимость объема фильтрата, проходящего через единицу поверхности фильтровальной перегородки от продолжительности фильтрования
( 7 )Чтобы определить константы С и К графическим способом уравнение ( 7 ) следует представить в виде: (после дифференцирования уравнения 7):
( 8 ) 
Рисунок 1. – Схема установки
1 – бак для суспензии
6 – рамный фильтр-пресс
9, 13, 14 – манометры
2 – пневматическая мешалка
7 – зажимное устройство
16 – мерный сосуд
3 – насос
5, 8, 10, 11,12, 15 – вентили запорные
4 – ванна
В координатах
это уравнение выражается прямой линией, наклоненной к горизонтальной оси под углом α , тангенс которого равен 2/К, а отрезок, отсекаемый на оси ординат С/К (рис. 1) Найденные значения К и С позволяют определить константы фильтрации ro и Rфп на основе соотношений ( 6 ).Описание установки
Основным элементом установки является плиточно-рамный фильтр пресс, который состоит из чередующихся рам и плит рис. 1 Размеры рам в свете 315х315. Плиты и рамы опираются ручками на брусья. Между плитами и рамами помещаются тканиевые фильтровальные перегородки. Общая поверхность фильтрования зависит от числа фильтровальных перегородок и может быть изменена от опыта к опыту. Плиты и рамы прижимаются к неподвижной плите при помощи прижимного устройства.
Суспензия готовится в баке емкостью 0,75 м3 с пневматическим перемешиванием. Сжатый воздух для перемешивания подается из воздухопровода.
Суспензия в фильтр – пресс подается диафрагменным насосом. Она поступает в нижний канал фильтр – пресса и из него через отверстия в нижних стенках рам в камеры, образованные плитами и рамами. Фильтрат проходит через ткань, поднимается по желобам плит в верхний сборный канал и удаляется наружу. Осадок остается на перегородках внутри камер. Его промывают водой, сушат воздухом и выгружают.
Порядок выполнения работы и обработка результатов измерения
1. Приготовить суспензию из полистирола и воды.
2. Подать сжатый воздух в бак (1) для перемешивания суспензии.
3. Подготовить фильтр – пресс к работе:
- покрыть плиты с двух сторон фильтровальной тканью так, чтобы отверстия в рамах и плитах совпадали с отверстиями в ткани;
- плиты и рамы сдвинуть к опорной плите и зажать зажимным устройством.
4. Открыть вентиль (8) на трубопроводе подачи суспензии в фильтр-пресс и закрыть вентиль на трубопроводе подачи суспензии к барабанному вакуум-фильтру.
5. Включить электродвигатель диафрагмового насоса на подачи суспензии и момент получения фильтрата считать началом опыта.
6. С помощью мерника (16) отмечается несколько значений объема фильтрата V1, V2, V3, и по секундомеру – время τ 1, τ 2, τ 3….., за которое указанные объемы фильтрата собираются в мерный сосуд (16).