Ертханалық жұмыс № 12

Қысымдағы жазық бетті сүзгіні сынау

Жұмыстың мақсаты: табақша сүзгіштегі қысым дәрежесін жоғарғы өндіріс мерзімінде және сүзу процесіндегі тұрақтыларды табу.

еориялық бөлім.

Сүзу процесі дегеніміз біртекті емес жүйелерді (суспензия және газды заттар) елгезерден біркелкі фазалы және бөгеліп қалған бөлшектерді өткізуді айтады. Сүзу процесі елгезердің екі жағына берілген қысымдар айырмасынын ∆P күшімен жүреді. ∆P мөлшері суспензияларды сүзуде ортадан тепкіш насостар (қысым сүзгіштері) арқылы немесе елгезердің сыртында вакуум пайда болуын қамтамасыз (вакуум-сүзгіш) ету арқылы беріледі.

Сүзу кезінде суспензия сұйық – таза сүзінді және ылғалды тұнбаға ажыратылады. Кейбір кезде қатты бөлшектер сүзу бөгетінің кеуектерінде ұсталынып, тұнба пайда болмайды. Осы қасиеттерге байланысты сүзу процесі екі түрге бөлінеді:

1) Тұнба пайда болу жолымен сүзу;

2) Сүзу бөгетінің кеуектерін толтыру (бітеу) арқылы сүзу.

Сүзу процесінің қаншалықты жүргендігі елгезер торларында қалған тұнбалардан байқалады. Сүзу материалдарына маталар, тесік торлы металл табақтары, торлар, керамикалық торлар жатады.

Сүзгіштердің әркезде пайдаланатын түрлеріне материалдық сүзгіштер, сүзгіш пресстер, табақша сүзгіштер үздіксіз пайдаланатын сүзгіштер барабандық, ленталы, айналмалы және т.б. жатады.

Сүзгіштерді таңдау өндірістің масштабына, суспензиялардың түрлі қатынастарына байланысты. Сүзгіштегі бөлінудің әсерлілігі тұнба бөлшектерінің сүзгішіне түскен суспензияның массасына қатынасымен анықталады:

(12.1)

мұнда: m_кат.т. және m_кат.с. - тұнба мен суспензиядағы сәйкес масса бөліктері.

Сүзу бөгетінің өнімділігі және алынатын сүзіндінің тазалығы, көбінесе, сүзу бөгеттерінің қасиеттеріне және олардың дұрыс таңдалуына байланысты.

Белгілі уақыт сүзгіш бетінің бірлігі алынған. Сүзіндінің көлемі қозғаушы күшке тура пропорционал және сүзіндінің тұтқырлығына, тұнбаның және сүзгіш торлардың жалпы үйкеліс күшіне кері пропорционал. Сондықтан:

(12.2)

мұндағы V – сүзіндінің көлемі, м³;

S – сүзудің жоғарғы беті, м²;

τ – уақыт, с;

∆Р – сүзу бөгетінің қысымдар айырмасы, Па;

μ - суспензиядағы тегіс фаза кезіндегі тұтқырлық, Нс/м²;

R_т – тұнба қалдығының кедергісі, м^-1;

Rс.б – сүзу бөгетінің кедергісі, м^-1.

Бұл шама

(12.3)

сүзу жылдамдығын көрсетеді, м/с өлшенеді.

Сүзгіштегі тұнба массасы m_т сүзгіштен өткен сүзіндінің көлеміне байланысты. Бұл байланыс мына түрде болады:

(12.4)

немесе

(12.5)

Мұнда х = т_кат.т. /V - суспензияның салыстырмалы тығыздығы;

g= m _кат.т../S – қатты бөлшектердің массасы, тұнбаның тепе-тең қабаттарын құрайтын 1 м² сүзге бетінде пайда болған.

Тұнба қабатының кедергісі

(12.6)

мұнда: r_т – тұнба қабатының көлемдік меншікті кедергісі, м^-2

(Қалыңдығы 1м тұнба қабатының сүзінді ағынына кедергісін сипаттайтын шама)

(12.6) теңдігін (12.2) теңдігіне қойғанда төмендегіше болады:

(12.7)

(12.7) теңдігі – сүзу процесінің негізгі теңдеуі деп аталады.

Осы сүзу процесінің негізгі теңдеуі интегралдағанда процестің жан-жағын талқылауға алып келеді. Егер сүзу бөгеттерінің тесіктері толып қалатын болмаса, онда тұнба құрамы сақталады (сығылмайтын тұнба). Ал егер сүзіндінің тұтқырлығы және процестің қозғаушы күші тұрақты болса, онда (12.7) теңдігін интегралдап төмендегі теңдікті аламыз:

(12.8)

немесе

(12.9)

мұндағы q =V/S – сүзгінің меншікті өнімділігі - деп аталады, бұл шама сүзгі бетінің бірлігінен ( 1 м² ) алынатын сүзінді көлемін көрсетеді.

Сүзіндіні жобалағанда берілген өнімділікте қажетті сүзу бетін анықтау керек. Оны есептегенде (12.8) немесе (12.9) теңдіктерін пайдалану қажет. Таңдап алынған сүзу конструкциясында r_т және R_с.б. мәндерін тәжірибе жолымен қайтадан анықтау керек.

(12.9) теңдеудің екі бөлігін де q-ға бөлгеннен кейін келесі формуланы алуға болады:

(12.10)

мұнда

(12.10) теңдігі t/q – q координаталарында сызықты тәуелділікте график тұрғызуға болады. Мұнда тәжірибе нәтижелерінің нүктелерін ординат осімен қиылысқанша түзу сызықпен сызады. Графиктен a және b мәндерін тауып алып, осыдан кейін сүзінді тұрақтылықтарын r_т және R_с.б. есептейді.

Сүзгішті тұнбада тазалау үшін оны жуып тұрады. Сүзгіштің бос тұрған уақыты τ₀ белгіленеді. Сондықтан сүзгіштің орташа жұмыс уақыты мынаған сәйкес:

(12.11)

Әдетте бос тұрған уақытты t₀ нөмірлейді. Онда сүзіндінің өнімділігі бірқатар процестің өнімділігінің оптималды уақытына t_опт сәйкес келеді. t_опт мәнін (сур. 12.1) графиктен табуға болады. t_опт мәнін графиктен (сур. 12.1) анықтайды. А нүктесі сүзгіні жұмысқа дайындау процесін сипаттайды. Сүзу сызығы q = f(t) АС нүктелерін жанамалатып өтеді. Бұл сызықтың көлбеу бұрышы g(t + t₀) сүзу процесінің максималды өнімділігін көрсетеді.

Сүзудің неғұрлым кіші ұзақтығы (АВ сызығы) периодтың тұрақтылығына t₀ байланысты өнімділігі төмендейді. t > t_опт кезінде(АD сызығы) сүзінді өнімділігі цикл үшін жеткіліксіз болғандықтан процестің D нүктесінде жылдамдығы төмендейді.

13.2. Қондырғының сипаттамасы

Лабораториялық қондырғы сүзгіш 1, суспензия түсетін бак 4, насос 3, өлшегіш ыдыс 5, құбырлар, бекіткіш – реттеуші арматурадан тұрады. I корпусқа табақша сүзгіштің тікбұрышты металдан жасалған 5 мкм тесікшелері бар материал бекітілген. Қысым манометр 15 арқылы өлшенеді. Бак су өлшеуіш шынымен 14 жабдықталған. Лабораториялық қондырғыны жұмысқа дайындау үшін суспензия шыққанда насос сүзгішпен бірнеше рет сүзіледі. Насос арқылы бактың төрт төменгі жағына S тәріздес насадка 17 арқылы суспензияның жақсы араласуы үшін бағытталады. Сүзгіш қалқандарын жуу үшін су жіберіледі, жуып болған соң су вентиль 12 арқылы ағып кетеді.

Сурет. 12.1. Тиімді сүзгілеу ұзақтығы

12.3. Жұмыс жүргізу тәртібі

1. Жұмыс алдында қондырғының іске жарамдылығы тексеріледі. Вентильдер 6,10,11,12,13 және пробкалы кран 9 жабық болуы қажет. Насос 3 іске қосылады, 6,7 және 16 вентильдердің көмегімен суспензияның қажетті қысымы реттеледі. Насосты жұмысқа қосқаннан кейін 5-7 мин циркуляция әсерінен суспензия бөлшектері біркелкі орналасқан соң лабораториялық тәжірибені іске асыруға болады.

2. Бірінші тәжірибе қисық сызық құру мақсаты мен сүзгіштің жоғары өнімділігін анықтау. Тәжірибе былай жасалады: 7 вентиль жабылғанда бірден 9кран сүзінді қабылдағыш 5 ашылады. 16 вентиль арқылы сүзгіштегі қысым реттеледі. 5 өлшегіш ыдысты бірінші бес тамшы пайда болғанда секундомер іске қосылып, бірден уақытында жиналған сүзінді өлшемі де белгілі болады. Өлшемдердің нәтижесі 12.1 кестеге жазылады.

Тәжірибе аяғында процесс соңының қысымын белгілеп, сонан соң вентиль 10-ны ашып бакқа 4 сүзіндіні құяды. Сонан кейін 9 кранды вентиль 10 және вентиль 7 ашады. Қондырғыда суспензияның циркуляциясынан пайда болған сүзгіш бетіндегі тұнбаны жуады.

3. Сүзудің тұрақтылығын лабораторияда анықтау үшін кемінде екі рет тәжірибе жүргізу керек. Себебі өнеркәсіптік сүзгіштердің көбіне ортадан тепкіш насос арқылы суспензия беріледі. ∆P=const процесс жүйесінде қатаң сақталмайды. Мұндағы өлшем нәтижесі 12.2 кестеге түсіріледі.

4. Тұнба массасы мен алынған сүзіндінің байланысы х=m_т/V 300-500мл суспензияны алып кетеді. Сүзінді мензуркамен өлшенеді. а m_т өлшеу әдісімен анықталады. егер сүзуші материал суспензияның х көлемін толықтай бірден бөле алса, бастапқы суспензия G, кг қатты/кг с, онда

х=ρ_с· G (12.12)

мұндағы: p_с-сүзіндінің тығыздығы, кг/м³

5. Тәжірибе аяқталғанда суспензияның 1 сүзгіштен төгеміз, 5 өлшеуіш ыдыстан тұратын сүзгіштен 4 баққа сүзіндіні құяды. 10,11 вентильдер ашылады, сүзгіш жуылады.

Сурет.12.2. Қондырғының технологиялық сызбасы

1 – сүзгілеу корпусы, 2 – сүзгілеуші элемент, 3 - насос 4 – суспензия шығатын бак, 5 - өлшеуіш ыдыс, 643, 16 – вентилдер, 15-манометр, 17 - S – пішінді насадка, 14- су өлшегіш шыны.

12.4. Тәжірибе мәліметтерін қорытындылау

№1 тәжірибе. Сүзгінің жоғары салыстырмалы өнімділігін табу

Тәжірибе жүргізу жағдайы.

1.Температура, t........................................................................⁰С

2.Сүзінді тұтқырлығы m...........................................................Н.с/м²

3.Сүзінді тығыздығы ρ.............................................................кг/м³

4.Тәжірибе алдындағы қысым ∆Р₁..........................................Па

5.Тәжірибе соңындағы қысым ∆Р₂..........................................Па

6.Суспензияның бастапқы концентрациясы, С......................кг/кг

7.Тұнба массасы және сүзінді көлемінің қатынасы, х...........кг/м

Суспензия температурасы t термометрмен өлшенеді, шамалар m және ρ_с суға арналған кестелерден табылады. Суспензия концентрациясы С және уақыт τ₀ оқытушы береді.

Қисық сүзу сызығы 12.1 кестедегі координаттар арқылы алынады.

Кесте 12.1.

t, С
V, м3
q, м3 /м2

Абцисса осі бойынша координат басының сол жағында τ₀ мәні белгіленеді, А нүктесінен сүзу қисығына жанама сызық жүргізіледі. Сүзудің жоғары өнімділігінің жалғасу процесін көрсетеді:

(12.13)

Сүзу процесінің соңында АС бұрышы байқалады

(12.14)

мұндағы М_ор-ордината осі бойынша масштаб, бірлік q/мм;

М_аб-Абцисса осі бойынша масштаб, бірлік τ/мм;

V_опт сәйкес тұнбаның мөлшері:

(12.15)

Тұнба саны v_max/m_т= v_max·х сүзіндідегі қатты фазаның бар болуының қарамай қорытылған суспензия.:

(12.16)

№2 тәжірибе.Сүзудің константын анықтау.

Алдыңда айтылғандай мұдай тәжірибе екі сатыда жүреді, бірінші ∆P₁=const, ∆P₂=const. Қалған жағдайы 1-тәжірибедегі жағдай сақталады.

Содан соң const белгілері ортақтандырады:

;

t_т.ор.және R_с.б.ор. шамалары, қысымдардың және жылдамдықтардың ауыспалы болған кездегі сүзу процесінің сараптама жасауда қолданылады.

кесте 12.2.

∆P1= const
τ, с
V,м3
q,м
τ/q, c/м
∆P2=const
τ, с
V,м3
q,м
τ/q, c/м

12.5.Бақылау сұрақтары

1. Қандай процесс сүзу процесі деп аталады?

2.Сүзу процесінің қозғаушы күші не?

3.Сүзудің қандай түрлері бар?

4.Сүзудің жалпы кедергісі неден тұрады?

5.Сүзудің негізгі теңдеуі қандай?