Anna Woźniak L3 III CCDI AC 2012/2013	Zakład Inżynierii Chemicznej i Procesowej
FILTRACJA POD STAŁYM CIŚNIENIEM
Data wykonania:	18.01.2012
Data oddania:	27.01.2012

CZĘŚĆ TEORETYCZNA:

Filtracja jest procesem technologicznym polegającym na rozdzielaniu składników mieszaniny cieczy lub gazu z zawieszonymi cząstkami ciał stałych za pomocą urządzeń mających przegrodę przepuszczalną dla cieczy lub gazu, a nieprzepuszczalną dla cząstek ciała stałego. Stosowanie filtracji w przemyśle chemicznym, spożywczym i pokrewnych jest szczególnie częste.

Choć rozdzielanie ciała stałego od cieczy następować może różnymi metodami (np. za pomocą sedymentacji), to jednak filtracja jest operacją wygodną, ponieważ rozdzielenie zawiesin może następować i w tych przypadkach, gdy prędkość sedymentacji jest mała oraz gdy zależy nam na otrzymaniu cieczy możliwie dokładnie pozbawionej cząstek ciała stałego, bądź gdy osad powinien charakteryzować się małą zawartością wilgoci.

Filtracja zawiesin polega na zatrzymywaniu przez przegrodę filtracyjną cząstek ciała stałego, a przepuszczaniu przez tę przegrodę cieczy, którą nazywamy przesączem lub filtratem. Przegroda filtracyjna może mieć strukturę ziarnistą lub włóknistą. Często sama ma zdolność filtrowania, szczególnie podczas filtracji zawiesin o małych cząstkach ciała stałego, zbliżonych do wymiarów cząstek koloidalnych. Warstwa osadu utworzona podczas filtrowania jest w tym przypadku wykorzystywana jako warstwa filtrująca, podnosząca zdolność rozdzielczą filtru. Ciecz przepływająca przez warstwę osadu i przez przegrodę filtracyjną napotyka na opór, który musi pokonać. W zależności od wielkości tego oporu stosujemy różnego typu filtry i stwarzamy różne warunku filtracji. Jeżeli opór jest niewielki, wtedy wykorzystujemy zwykle ciśnienie hydrostatyczne słupa cieczy nad warstwą osadu. W przeciwnym razie, gdy opory są większe wtedy stosujemy filtry próżniowe albo filtry ciśnieniowe (jak prasa filtracyjna, ciśnieniowe filtry świecowe itd.). Specjalnym typem filtru, w którym oddzielanie cieczy od cząstek ciała stałego odbywa się pod działaniem siły odśrodkowej, jako siły napędowej, jest wirówka albo hydrocyklon.

Filtracja należy do operacji technologicznych które stanowią przedmiot badań, ze względu na dużą złożoność tego procesu i bardzo różną strukturę osadów. Ta różnorodność struktury osadów oraz możliwa zmiana własności osadów z upływem czasu są czynnikami poważnie komplikującymi opracowanie uogólnionej teorii filtracji.

Ogólne równanie filtracji pod stałym ciśnieniem opisuje równanie:

gdzie: C i K to stałe filtracji, odpowiednio równe:

i

s – współczynnik ściśliwości osadu

CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z przebiegiem procesu filtracji pod stałym ciśnieniem, wyznaczenie stałych C i K w równaniu  V² + 2VC = Kτ przy co najmniej trzech różnych ustalonych ciśnieniach i określenie współczynnika ściśliwości osadu s.

WYNIKI DOŚWIADCZENIA:

Lp.	Δp1 = 0,6 [kG/cm^2]	Δp2 = 1 [kG/cm^2]	Δp3 = 1,5 [kG/cm^2]
	Objętość przesączu V [cm3]	Czas τ [s]	Objętość przesączu V [cm3]
1.	100	130	100
2.	150	253	150
3.	200	427	200
4.	250	683	250
5.	255	771	260

OBLICZENIA:

• Obliczamy szybkość filtracji korzystając ze wzoru:

1. dla Δp₁ = 1 kG/cm²

1) [s/cm³]

2) [s/cm³]

3)[s/cm³]

4) [s/cm³]

5) [s/cm³]

1. dla Δp₂ = 0,6 kG/cm²

1)[s/cm³]

2) [s/cm³]

3) [s/cm³]

4)[s/cm³]

5) [s/cm³]

• Na podstawie otrzymanych wyników dla dwóch Dp wykreślamy krzywe zależności od V.

Lp.	Δp1 = 1 kG/cm^2	Δp2 = 0,6 kG/cm^2	Δp3 = 1,5 kG/cm^2
	[s/m^3]	V [m^3]	[s/m^3]
1.	1300000	0,0001	2070000
2.	2460000	0,00015	3700000
3.	3480000	0,0002	5220000
4.	5120000	0,00025	6580000
5.	17600000	0,000255	22600000

• Za pomocą tej krzywej oraz poniższych równań obliczmy stałe K i C ( Na podstawie równań krzywych postaci y = ax + b wyznaczono wartości stałych K i C, oraz obliczono wartości logarytmów K, C i Δp)

:

i

• Znając wartość tg α, obliczamy stałą K, następnie znając stała K, stałą C możemy wyznaczyć z wykresu.

- dla Δp₁ = 1 kg/cm² wartość tgα odczytuje z wykresu.

1 at = 98066 Pa

Δp [at]	Δp [Pa]	K	C	log(K)	log(C)	log(Δp) [Pa]
1,0	98066	1,00E-10	0,00005	-10	-4,30	4,99
0,6	58839,6	6,67E-11	0,0000292	-10,18	-4,53	4,76
1,5	147099	5,00E-11	0,00015	-10,30	-3,82	5,16

• Wykreślono krzywe postaci log(C) = f(log(Δp) ) i log(K) = f(log(Δp) ) na podstawie których wyznaczono wartości współczynnika ściśliwości s.

s = 1 − tgαs = 1 − 0, 35 = 0, 65

s = −tgαs = 0, 81

WNIOSKI:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie stałych C i K z równania filtracji a także określenie wartości współczynnika ściśliwości. Na podstawie analizowanych wyników można stwierdzać , że otrzymane wartości współczynnika „s” są inne wobec stałej K oraz wobec stałej C. Przyczyną tego może być niedokładność pomiarów lub fakt, że pomiary dla różnych ciśnień były wykonywane w różnych dniach, przez co warunki pomiaru były inne np. temperatura (stałe K i C zależą również od temperatury zatem ich wartości były obarczone pewnym błędem co z pewnością rzutowało na kolejne wyniki). Na podstawie wartości średniego współczynnika ściśliwości wnioskować można, że osad kredy jest słabo ściśliwy.