Upload
mihaela-mihai
View
196
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Filtrarea este operaţia ce consta in separarea unui solid dintr-o suspensie solid-lichid utilizând un mediu poros care retine faza solida lăsând sa treacă lichidul
Fluidul poate fi lichid sau gaz
Particulele solide suspendate pot fi foarte fine (cu dimensiuni in domeniul micrometrilor) sau mult mai mari, pot fi rigide sau plastice, sferice sau de forme neregulate, particule individuale sau agregate de particule individuale
Produsul valoros poate fi lichidul (filtratul) sau solidul separat (precipitatul)
FILTRAREA
Separarea prin filtrare este, de obicei, foarte înaintată in privinţa purităţii filtratului. Precipitatul rămâne îmbibat cu lichidul din care a fost separat. Când lichidul este o soluţie ce conţine o substanţa valoroasă dizolvata, precipitatul se spală cu apa pentru a îndepărta soluţia din precipitat purificând astfel precipitatul si recuperând substanţa dizolvată.
Gradul de separare al solidului de lichid
Filtrele lucrează eficient numai după o anumita perioada de funcţionare, când se formează un depozit de substanţă solida captat in mediul de filtrare
In functie de directia curgerii suspensiei se pot defini doua moduri de filtrare: normala (axila) sau tangentila In continuare se prezinta teoria filtrarii axiale (mai des utilizata).
Cand se filtrează cantităţi mari de suspensie, se formnează un strat gros de precipitat. In acest caz trebuie asigurată o diferenţă de presiune mai mare care sa invinga rezistenţa precipitatului şi a suportului.
1
23
45
1 – suspensie2 – precipitat3 – suport (material filtrant)
4 – gratar
5 – evacuare filtrat
In laborator, filtrarea se realizează pâlnie Bűchner sau pe o pâlnie obisnuita pe care se montează hârtia de filtru.
Filtrarea industriala
Grad avansat de separare
Umiditate scăzuta a precipitatului
Productivitate ridicata
Cantitate redusa de lichid de spălare
Regenerare uşoara a mediului de filtrare
Consum scăzut de energie
Conditii pentru operaţia de filtrare
1. Perioada initiala: particulele sunt depozitate in stratul de la suprafata a materialului filtrant
2. Perioada principala: particulele sunt reţinute in special in stratul de precipitat
3. Spalarea precipitatului
4. Descarcarea preciputatului
Etapele filtrariiFiltrarea este, in general, o operatie discontinua
1. Factori ce depind de suspensie: natura lichidului si a solidului ca si granulometrie, concentraţie, vârstă, cantitatea de supensie
2. Factori ce depind de mediul de filtrare: porozitate, permeabilitate, rezistenţa fata de curgere
3. Factori ce depind de precipitat: rezistenţa faţă de curgerea lichidului, compresibilitatea
4. Factori ce depind de operaţie: temperatura, presiunea
Factori care influenteazăn operatia de filtrare
Condiţii importante:
• Abilitatea de a capta a solidul la suprafata
• Capacitate redusa de a capta solidul in interstiţii
• Rezistenta mica fata de curgerea lichidului
• Rezistent la diferenţa de presiune necesara filtrării
• Rezistenta mecanica
Mediul filtrant
1. Textile: bumbac, celuloză, polimeri, fibre de carbon. 2. Medii metalice poroase3. Alte tipuri de medii poroase: silice, porţelan4. Hârtie5. Starturi granulare (nisip - la purificare ape)
Tipuri de medii filtrante
Filtrarea se desfăşoară in regim nestaţionar si este influenţată de o multitudine de factori.Teorii simple utilizabile practic nu sunt disponibileSe utilizează teoriile simplificate însoţite de măsurători experimentale
TEORIA FILTRARII
Se vor discuta următoarele teorii:
Filtrarea prin stratul de precipitat Filtrarea prin stratul de precipitat si prin mediul de filtrare
(suport)
Teoria filtrarii prin stratul de precipitat
In aceasta teorie, reţinerea fazei solide din suspensie se considera sa fie datorata numai stratului de precipitat.
Precipitatul este format din particule de diferite dimensiuni.
Curgerea se considera analoaga celei printr-un strat granular.
Grosimea stratului de precipitat creşte in timp datorita acumulării de faza solida.
Gv - debitul volumetric de filtrat, definit ca variatie a volumului de filtrat in timp
V - Volumul de filtratτ - timpulp – diferenţa de presiune aplicata pe filtruR(τ) – rezistenta hidraulica a precipitatului, variabila in timp
Debitul de filtrat se calculează cu relaţia generala:
Forţa motrice a filtrării este diferenţa de presiune aplicata pe filtru
)( Rp
ddVGv
2 2
3
5(1 )( ) lRA
2 2
3
5(1 )
termenul reprezintă rezistenţa specifică, şi se notează cu r
Grosimea precipitatului, l la momentul , poate fi exprimată funcţie de volumul de filtrat şi aria filtrului.
se defineşte la timpul :V
VppV este volumul de filtrat la un moment , iar Vpp este volumul de precipitat pe filtru la acel moment.
unde este suprafaţa specifica si este fracţia de goluri iar A este aria filtrului
Deducerea ecuaţiei filtrării
AV
AV
l pp Obs: V creste in timp, grosimea “l” a precipitatului creste in timp
Rezistenta specifica la presiunea de lucru se exprima de regula sub forma (relaţie empirica):
1 ( )sr r p Unde r1 si s sunt specifice materialului (precipitatului) şi sunt determinate experimental. Constanta r1 reprezintă specifica la un p=1, iar s este indicele de compresibilitate (precipitate compresibile)Precipitatele compresibile devin mai dense cu creşterea presiunii şi astfel dispun de mai puţine “cai” pentru curgerea fluidului. Materialele moi sau flacoanele sunt de regula precipitate compresibile in timp ce materialele dure (zahar, sare) nu conduc la precipitate compresibile.
Constantele r1 si s se determina din experimente de filtrare efectuate la diverse presiuni
Utilizând toate consideraţiile menţionate ecuaţia diferenţiala a filtrării devine:
12
1
( )( )
sdV p pAd R r V
Forma integrala a ecuaţiei filtrarii se poate obține in doua moduri:
considerand filtrarea la diferenta de presiune constanta (diferenta de presiune nu variază in timp)
filtrare la debit constant - greu de realizat practic
Rezistenta precipitatului este atunci:
211)(A
VprAlpr
AlrR ss
Plecând de la ecuaţia diferentiala a filtrarii
12
1
( ) sdV pAd r V
d
rpdV
AV s
1
1
2
)(
Integrând cu conditia intială: =0, V=02 1
21
( )2sV p
A r
12
KAV
1
11
( )2spK
r
(2)
(1)
Integrarea ecuatiei filtrarii in ipoteza diferentei de presiune constanta
unde
11
V KKA
1V KDv A
Debitul de filtrare scade in timp.
Filtrarea la diferenta de presiune constanta poate fi aplicata pana cand debitul de filtrat scade sub o valoare minima admisa din punct de vedere economic.
Debitul de filtrat scade cu cresterea timpului
Debitul mediu de filtrat pe durata :
12
KAV
Diferenta de presiune se imparte in doua componente: o diferenta de presiune ce corespunde precipitatului si o diferenta de presiune ce corespunde suportului (p’)
'tp p p
Rezistenta specifica ced corespunde suportului este notata cu V’, care repreyinta un volum de filtrat care ar crea un precipitat cu aceeasi reyistenta ca si suportul (mediul de filtrare).
12
1
( )( ')
stpdV A
d r V V
Teoria filtrarii cu considerarea suportului
La diferenta de presiune constanta, p =ct
2 1
10 0
( )( ')V sA pV V dV d
r
2 2 1
1
( )'2
sV A pV Vr
2aV bV 1
2 (1 )2 ( ) s
raA p
12 1 ' 2 '( ) s
rb V aVA p
Constanta filtrarii corespunzatoare precipitatului, s/m6
Constanta de filtrare corespunzatoare suportului (mediul filtrant), s/ m3
V – volumul de filtrat, m3
Raportarea volumului de filtrat la aria de filtrare
2aV bV
0(1 )2( ) s
rap
01( ) s
Rbp
a –constanta de filtrare referitoare la precipitat, s/m2
b – constanta de filtrare referitoare la suport, s/m
V – volumul de filtrat pe 1m2 de suprafata, m3/m2, V=Vol filtrat / Aria filtrului
r0 – rezistenta specifica a precipitatului m-2
R0 – rezistenta specifica a suportului, m-1
Constantele a si b se determina din experimente de filtrare
Rezistenta precipitatului nu creste in timpul spalarii (nu mai creste staratul de precipitat). Viteza de spalare, ws , va fi egala cu viteza de filtrare la sfârsitul filtrarii, cand V=Vf Vf – volumul de filtrat obtinut la sfarsitul
operatiei de filtrarea si b sunt constantele filtrarii
Volumul de apa de spalare:
τs – timp de spalareVs – volumul de apa de spalare
Spalarea precipitatuluiViteza de filtrare:
bVaww
ffinalfs
2
1,
sss wV
ddVw f
Diferentiind ecuatia filtrarii: VbVa 2 dVbdVVad 2
bVaw
dVbdVVadVw
f
f
21
2
Tipuri de filtreFiltre gravitaţionaleFiltre presăFiltre rotative
Filtre gravitaţionaleSunt recomandate pentru relativa uşurinţă în operare când nu sunt necesare debite mari de filtrat
Avantaje: cost scăzut, flexibilitate mare
Dezavantaje: Nu lucrează la presiuni ridicate
Filtrul NuceEste un vas cu fundul perforat sau confecţionat dintr-un material poros care poate susţine un mediu de filtrare
Este varianta industrială a pâlniei Buchner, dar este proiectat să lucreze prin crearea vidului pe evacuarea filtratului sau a presiunii deasupra filtrului
Spălarea se face prin uşoara amestecarea precipitatului
Filtru nuce industrial
Filtru presă Plăci şi rame succesive ce se montează pe o pereche de
ghidaje Plăcile au suprafaţa striată ca sa permită scurgerea filtratului Ramele goale sunt separate de plăci prin pânza de filtru Filtrul presă este închis etanş hidraulic sau cu şuruburi Se formează un spaţiu de filtrare între două plăci Grosimea maximă a stratului de precipitat este jumătate din
distanţa dintre plăciFiltrarea sucurilor de fructe, băuturi răcoritoare, uleiuri, oţet, miere
Filtru presă-schemaFiltru cu plăci şi rame: plăci cu striaţii alternând cu rame
1. Placă2. Ramă3. Intrare suspensie4. Găuri în ramă pentru
scurgerea filtratului5. Pânza de filtrare6. Evacuarea filtratului7. Canal de colectare a
filtratului (poate fi înlocuit de un canal deschis)
Filtre presă industriale
Filtru presă: avantaje-dezavantajeAvantaje: •Construcţie simplă, versatil (poate fi utilizat pentru diverse tipuri de suspensii, presiuni ridicate)•Cost scăzut de întreţinere•Arie mare de filtrare pe un spaţiu de amplasare mic•Legăturile între canale sunt exterioare şi se depistează uşor •Se poate folosi şi pentru cazul în care lichidul este produsul dorit şi în cazul în care precipitatul este produsul util
Dezavantaje:•Operare discontinuă (încărcare, descărcare, remontare) şi pânza filtrantă se deteriorează uşor•Manipularea cere efort relativ mare
Filtru rotativ cu tambur• Filtre în care diferenţa de presiune se
creează prin vacuum.• Filtrarea, spălarea, uscarea şi
îndepărtarea precipitatului se fac pe diferite zone ale unui tambur, în mod automat. Operarea este transformatăîntr-una continuă.
• Efortul în operare este scăzut.• Devine economic la suspensii ce conţin o
cantitate mai mare de solid
Filtru rotativ cu tambur1 tambur 2 celule 3 pânză filtrantă 4 tuburi conectoare între
canale şi capul de distribuţie
5 arbore 6 roată dinţată 7 cap distribuţie 8 cuţit9 cuvă 10 agitator11 apă spălare 12 alimentare suspensie
Filtru cu tambur industrial
Filtru pentru separarea drojdiei