Теория фильтрования с образованием осадка

Основной задачей теории фильтрования является определение скорости фильтрования в зависимости от различных факторов, влияющих на этот процесс. Скорость фильтрования Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – это объем Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru профильтрованной в единицу времени Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru жидкости, отнесенной к единице фильтрующей поверхности Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru . Очевидно:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru

Скорость фильтрования – сложная функция ряда факторов: структуры и толщины слоя осадка, формы фильтра, вязкости жидкости, перепада давлений.

Теория фильтрования основана на предположении о ламинарном характере движения жидкости в капиллярах. Это предположение вытекает из того, что диаметр пор осадка очень мал, поэтому число Рейнольдса будет меньше критического значения. Отсюда следует, что движение жидкости в капиллярах фильтра может быть описано уравнением Пуазейля:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru

где Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – скорость движения жидкости в капилляре; Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – перепад давлений ( Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru , рис. 112); Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru - динамическая вязкость жидкости; Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – диаметр капилляра; Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – длина капилляра.

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru

Рис. 112. Схема фильтрования с образованием осадка

Расход жидкости Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru через один капилляр или:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru ,

где Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru - величина, зависящая от формы капилляра (для капилляра круглого сечения Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru ).

Если площадь фильтрования Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru , а число пор на единице площади Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru , то за время Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru протечет объем жидкости:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru .

Выразим длину капилляра через толщину фильтрующего слоя:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru

где Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – коэффициент криволинейности капилляра.

Число капилляров Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru на единице поверхности зависит от размера частиц осадка:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru ,

где Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – диаметр частицы; Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru - коэффициент пропорциональности.

С величиной Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru связан также диаметр капилляра:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru ,

где Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru - коэффициент, зависящий от взаимного расположения частиц осадка.

Из уравнения , подставляя в него уравнения – получим:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru

Безразмерный комплекс Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru характеризует структуру осадка.

Величина Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru называется структурным сопротивлением фильтрованию.

То, что величина Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru является сопротивлением фильтрованию, следует из ее нахождения в знаменателе уравнения. Это сопротивление зависит от структуры осадка:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru

Величина Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru называется удельным сопротивлением (размерность Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru ).

В уравнении не учтено сопротивление фильтрующей перегородки. Обозначим его Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru . Тогда:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru

Уравнение выведено при условии, что все величины, характеризующие структуру осадка, неизменны. Следовательно, оно применимо только для несжимаемых осадков с одинаковой укладкой частиц по всей глубине.

Полное уравнение, учитывающее сжимаемость осадка (уравнение Знаменского), принимает вид:

Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru ,

где Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – модуль сжатия осадка, Па; Теория фильтрования с образованием осадка - student2.ru – структурное сопротивление и толщина слоя осадка при нормальном давлении, например, равном давлению столба суспензии высотой 1м.

Из уравнения следует, что скорость фильтрования: 1) при сжимаемых осадках не пропорциональна давлению; 2) обратно пропорциональна толщине слоя осадка; 3) уменьшается с увеличением вязкости.

Наши рекомендации