FILTRACJA CIŚNIENIOWA

Transkrypt

1 KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW INSTRUKCJA DO LABORATORIUM INŻYNIERIA PORCESOWA FILTRACJA CIŚNIENIOWA BADANIE WPŁYWU CIŚNIENIA NA STOPIEŃ ODWODNIENIA PLACKA FILTRACYJNEGO KOSZALIN 2014

2 OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESU Filtracja jest procesem rozdziału fazy stałej od ciekłej. W procesie tym faza stała jest zatrzymywana na przegrodzie porowatej (np. tkanina filtracyjna) natomiast ciecz przechodzi przez tę przegrodę. W celu zwiększenia skuteczności procesu zawiesinę podaje się pod nadciśnieniem, mówimy wtedy o filtracji ciśnieniowej lub, gdy stosujemy podciśnienie filtracji próżniowej. Urządzenia, w których realizowany jest proces filtracji ciśnieniowej możemy podzielić na dwie grupy: prasy filtracyjne urządzenia o działaniu okresowym, filtry ciśnieniowe urządzenia o działaniu ciągłym. Prasy filtracyjne stosowane są do odwadniania zawiesin drobnoziarnistych o charakterze mineralnym i organicznym, często o zmiennym przepływie masowym. Za parametry wynikowe, tj. charakteryzujące pracę prasy, należy przyjąć zagęszczenie odsączu β [g/dm 3 ] i procentową zawartość wilgoci odwadnianego osadu W [%]. Natomiast parametrami badanymi, tj. mającymi wpływy na proces są m.in.: czas trwania procesu t [s] i ciśnienie filtracji p [at]. Masa całkowita zawiesiny jest sumą masy fazy ciekłej i stałej: gdzie: Q masa całkowita, [g], Q c masa fazy ciekłej, [g], Q s masa fazy stałej, [g]. [ g] Q = Q Q /1/ c + Procentową zawartość wilgoci obliczymy ze wzoru: s W Qc Q Qs = 100 [%] = 100 [%] /2/ Q Q gdzie: Q masa całkowita, [g], Q c masa fazy ciekłej, [g], Q s masa fazy stałej, [g]. ĆWICZENIA LABORATORYJNE Cel i zakres ćwiczeń Celem badań jest przeprowadzenie oceny wpływu wybranych parametrów technologicznych na proces odwadniania zawiesiny przemysłowej w laboratoryjnym filtrze ciśnieniowym. KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 2

3 Opis stanowiska badawczego Roboczym elementem laboratoryjnej prasy filtracyjnej - rysunek 1 jest korpus (1), w którym umieszczane jest naczynie (2) w kształcie walca z porowatym dnem (3), na którym układa się krążek wycięty z płótna filtracyjnego BT-16. Do naczynia (2) wlewa się daną zawiesinę, następnie korpus zamyka się szeroką pokrywą (4). Ze sprężarki (10) kieruje się do prasy sprężone powietrze, którego wypływ reguluje się reduktorem (8), a wartość ciśnienia w prasie kontroluje się manometrem (9). Rys. 1. Schemat laboratoryjnej prasy filtracyjnej do badania procesu filtracji ciśnieniowej: 1 - korpus, 2 - naczynie filtracyjne, 3 element mocujący tkaninę filtracyjną, 4 pokrywa, 5 - zawór, 6 naczynie na filtrat, 7 przewód doprowadzający sprężone powietrze, 8 reduktor, 9 manometr kontrolny, 10 sprężarka Badanie wpływu ciśnienia na stopień odwodnienia Wykonać kolejno filtrację przy stałym czasie t = const = 30 s dla następujących wartości ciśnienia: p 1 = 0,06 MPa, p 2 = 0,12 MPa, p 3 = 0,20 MPa. KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 3

4 Sposób przeprowadzenia ćwiczenia 1. przygotować z danego materiału sypkiego zawiesinę o zagęszczeniu β = 100 g/dm 3 (V c = 40 cm 3, Q s = 4 g) w 3 zlewkach o pojemności V = 100 cm 3 (materiał ważyć na wadze szalkowej), 2. oznaczyć szalki (w sposób unikalny dla danej grupy i ćwiczenia), 3. zważyć puste szalki (Q szt1, Q szt2, Q szt3 [g]) wyniki zapisać w tabeli pomiarowej, 4. mieszać za pomocą mieszadła mechanicznego przez 5 minut (rysunek 2), 5. umieścić płótno filtracyjne w dolnej części (rysunek 1 poz. 3) naczynia (rysunek 1 poz. 2) i obie części razem skręcić, naczynie filtracyjne umieścić w korpusie prasy (rysunek 3 poz. 1), Rys każdą próbę odwadniać w prasie, przyjmując stałe ciśnienie filtracji równe t = const = 30 s i zmienne czasy: p 1 = 0,06 MPa, p 2 = 0,12 MPa, p 3 = 0,20 MPa. 13. po danym czasie wyłączyć sprężarkę (rysunek 4 poz. 10) a pokrętło reduktora (rysunek 4 poz. 8) ruchem przeciwnym do kierunku wskazówek zegara ustawić na minimum. 14. odkręcić pokrywę (rysunek 3 poz. 4) po wcześniejszym odłączeniu przewodu (rysunek 1 poz. 7), rozkręcić naczynie filtracyjne (rysunek 1 poz. 2,3) przenieść otrzymany placek filtracyjny na szalkę, Rys przygotowaną próbę przenieść do naczynia filtracyjnego (rysunek 1 poz. 2), 7. przykręcić pokrywę (rysunek 3 poz. 4) (nie dokręcać mocno!) po wcześniejszym odłączeniu przewodu (rysunek 1 poz. 7), 8. zamknąć zawór doprowadzający sprężone powietrze do prasy filtracyjnej (rysunek 1 poz. 5) i podłączyć przewód (rysunek 1 poz. 7), 9. włączyć sprężarkę (rysunek 4 poz. 10), 10. pokrętłem reduktora (rysunek 4 poz. 8) ruchem zgodnym z kierunkiem wskazówek zegara ustawić wartość ciśnienia na manometrze (rysunek 4 poz. 9) p = const = 0,1 MPa, 11. otworzyć dopływ powietrza do prasy filtracyjnej (rysunek 1 poz. 5), Rys. 4. KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 4

5 Rys zważyć szalkę z plackiem filtracyjnym (Q It1, Q It2, Q It3 [g]), 16. umieścić w suszarce (rysunek 5), 17. następnego dnia zważyć wysuszone i ostudzone szalki (Q IIt1, Q IIt2, Q IIt3 [g]) (szalki będą przechowywane tylko jeden dzień potem będą usuwane!), 18. Wysuszonego materiału nie wyrzucać do śmieci! 19. na podstawie otrzymanych wyników uzupełnić tabelkę pomiarową (obliczyć Q [g], Q s [g], Q c [g] i W [%]). SPOSÓB OPRACOWANIA ĆWICZENIA 1. Otrzymane wyniki z badań należy przenieść z tabeli pomiarowej do tabeli Na podstawie tabeli 1 wykonać wykres rysunek Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników i podać wnioski końcowe. Rys. 6. Wpływ ciśnienia p [MPa] przy stałym czasie odwadniania t = 30 s na procentową zawartość wilgoci w placku filtracyjnym W t [%] KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 5

6 Tabela 1. Wpływ ciśnienia p [MPa] przy stałym czasie odwadniania t = 30 s na procentową zawartość wilgoci w placku filtracyjnym W t [%] Ciśnienie Masa próby Masa fazy ciekłej w próbie Procentowa zawartość wilgoci p Q Q c W [MPa] [g] [g] [%] 0,06 Q t1 Q ct1 W t1 0,12 Q t2 Q ct1 W t2 0,20 Q t3 Q ct1 W t3 LITERATURA [1]. Piecuch T.: Technika wodno-mułowa. Urządzenia i procesy. WNT, [2]. Battaglia A.: Odwadnianie produktów wzbogacania i obiegi wodno-ściekowe płuczek. WGH Katowice, [3]. Blaschke Z.: Odwadnianie produktów wzbogacania i utylizacja odpadów przeróbki surowców mineralnych. Skrypty uczelniane Nr 590 AGH Kraków, [4]. Ciborowski J.: Podstawy inżynierii chemicznej PWT, Wydanie III Warszawa, [5]. Leszczyński S.: Filtracja w przemyśle chemicznym. Inżynieria Chemiczna. PWT Warszawa, [6]. Machej I.: Opór właściwy osadów ściśliwych definicje i sposoby wyznaczania na drodze eksperymentalnej. Inżynieria Chemiczna z. 3, [7]. Pawłow K.F., Romankow G.Z., Noskow A.A.: Przykłady i zadania z zakresu aparatury i inżynierii chemicznej. WNT Warszawa, [8]. Piecuch T.: Badania efektywności procesu filtracji mułów węgli surowych w świetle doświadczeń. Praca doktorska. Politechnika Śląska. Gliwice, [9]. Piecuch T., Opiełka A.: Kontrola prasy filtracyjnej typu ROW. ZN AGH Górnictwo z. 86. Kraków, XI Krakowska Konf. Przeróbki Kopalin, [10]. Piecuch T., Opiełka A.: Stan techniki w zakresie konstrukcji ciśnieniowych maszyn filtracyjnych. Rudy Metale, R-21 Nr 8, , [11]. Pikoń J.: Aparatura chemiczna. PWN Warszawa, [12]. Wroński S.: Kinetyka i termodynamika procesów inżynierii chemicznej. WNT, Warszawa, [13]. Wroński S., Mróz A.: Dynamiczna klasyfikacja zawiesin ciał stałych w cieczy. Praca Instytutu Inżynierii Chemicznej Politechniki Warszawskiej Z. 3 T. IX. Warszawa, [14]. Wroński S., Mróz A.: Zasady projektowania wielostopniowych filtrów dynamicznych. I Ogólnopolskie Seminarium pt.: Rozdzielanie zawiesin ciał stałych w cieczach SIT. P. Ch., Warszawa, KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 6