Общие сведения. Фильтрование представляет собой процесс разделения жидкой и твердой фаз пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давлений

Фильтрование представляет собой процесс разделения жидкой и твердой фаз пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давлений, создаваемой разрежением воздуха или избыточным давлением. Жидкая фаза проходит через поры перегородки и собирается в виде фильтрата, а твердая задерживается на поверхности в виде осадка.

В начале фильтрования при подаче пульпы на фильтрующую поверхность вода фильтруется только через эту перегородку, затем накапливается слой твердых частиц, и жидкость фильтруется через слой осадка и фильтрующую поверхность, при этом толщина слоя непрерывно растет, увеличивая сопротивление для прохождения фильтрующейся жидкости (рис. 8.1).

Рис. 8.1 Схема процесса фильтрации

По достижении определенной толщины слоя осадка подача пульпы на фильтрующую поверхность прекращается, а образовавшийся осадок просушивается струей воздуха, пропускаемой через него в течение определенного времени. После этого осадок (слой твердых частиц) удаляется, и процесс повторяется.

Фильтрование применяется для обезвоживания тонкозернистых и шламистых материалов. Оно нашло широкое применение на обогатительных фабриках и в химической промышленности. Продукты обезвоживания (осадки) после фильтрования содержат довольно большое количество влаги (для угольных шламов W ^p = 20 – 25 %, для руд W ^p ≈ 10 %), при этом влажность этих продуктов зависит от крупности частиц, структуры осадка, конструкции фильтра и его параметров, применения интенсифицирующих средств при фильтрации.

Различают два типа осадков – сжимаемые и несжимаемые. Сжимаемые осадки представляют собой главным образом материалы которые изменяют свою пористость под действием давления и плохо фильтруются. К ним относятся: глина, торф и др. Несжимаемые осадки имеют обычно зернистую или кристаллическую структуру и при фильтровании сохраняют ее жесткость и пористость независимо от изменения давления фильтрования. Несжимаемые осадки хорошо фильтруются и имеют небольшую конечную влажность.

Фильтрование воды через слой осадка и фильтрующую поверхность можно рассматривать как истечение её через тонкие цилиндрические трубки – капилляры в осадке.

Объём воды (V_к), прошедший через сечение капиллярной трубки, определяется законом Пуазейля (8.1):

, (8.1)

где ΔР – разность давлений по обе стороны трубки; d – диаметр трубки; µ – динамическая вязкость жидкости; l – длина трубки.

Скорость истечения воды (W) из капиллярной трубки (8.2):

, (8.2)

где F _к – площадь сечения капиллярной трубки.

Подставив значение F _к в выражение (8.1),

(8.3)

получим

(8.4)

где W – скорость фильтрования.

Выражение или в формуле (8.4) характеризует сопротивление движению воды, возникающее в капиллярной трубке.

где R – сопротивление движению воды, возникающее в капиллярной трубке.

В общем виде закон Пуазейля выразится формулой (8.5):

(8.5)

Сопротивление при фильтровании пульпы складывается из сопротивления осадка и фильтрующей поверхности (8.6):

R=r ₀ ∙h + ρ ₀ (8.6)

где r ₀ – удельное сопротивление осадка; ρ ₀ – сопротивление фильтроткани; h – высота слоя осадка на фильтроткани.

Подставляя значение R из выражение (8.6), будим иметь выражение для скорости фильтрации воды при фильтровании пульп (8.7):

(8.7)

Мгновенная скорость фильтрования определяется по формуле (8.8):

, (8.8)

Приравнивая правые части выражений (8.7) и (8.8), получим:

,

или

, (8.9)

Если принять пористость каждого последнего слоя осадка постоянной, то высоту осадка можно выразить (8.10):

, (8.10)

где С – объём осадка, получающийся на единицу объёма фильтрата.

Подставляя значение h в уравнение (8.9), получим:

, (8.11)

Интегрируя уравнение (8.11) при постоянном значении ΔР получим:

(8.12)

разделим на V_к будем иметь:

, (8.13)

Уравнение (8.13) представляет собой функцию t/V=f(V) (рис. 8.2) линейной зависимости типа:

y = ax + b, (8.14)

где - тангенс угла наклона кривой фильтрования;

- отрезок, отсекаемый кривой на оси ординат.

Рис. 8.2 График фильтрования