Elżbieta Wach III CC-DI, AC, L-3, 2011/2012			Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej
FILTRACJA POD STAŁYM CIŚNIENIEM
Data wykonania ćwiczenia	18.01.2012 r.	Ocena	Data	Podpis
Data oddania sprawozdania	30.01.2012 r.

1. 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.

2. Część doświadczalna

• sporządzono zawiesinę kredy w wodzie;

• dobrze wymieszano zawiesinę;

• rozkręcono filtr i obrócono otworem do góry;

• uruchomiono sprężarkę i wyregulowano ciśnienie;

• otworzono zawór przy zbiorniku zawiesiny i wlano zawiesinę do środka;

• założono uprzednio wypłukaną tkaninę filtracyjną;

• całość skręcono śrubami;

• zamieszano zawiesinę w filtrze i postawiono lejem do dołu;

• otworzono zawór i odczytywano ciśnienie na manometrze;

• włączono sekundomierz, gdy ukazała się pierwsza kropla filtratu i notowano czas;

• po 225 cm3 filtratu zakończono filtrację;

• rozkręcono i umyto aparat;

• wyniki pomiarów umieszczono w tabelce.

3. Opracowanie wyników

• Wyniki pomiarów

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]	Czas τ [s]		Objętość przesączu V [cm3	Czas τ [s]
1.	100	130	100	207		100	89
2.	150	253	150	392		150	179
3.	200	427	200	653		200	333
4.	250	683	250	982		225	225
5.	255	771	260	1208		-	-

• Obliczamy szybkość filtracji korzystając ze wzoru:



• dla Δp₁ = 1 kG/cm²

1) [s/cm³];

2) [s/cm³];

3) [s/cm³];

4) [s/cm³];

5) [s/cm³];

• 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]	V [m^3]	[s/m^3]	V [m^3]
1.	1300000	0,0001	2070000	0,0001	890000	0,0001
2.	2460000	0,00015	3700000	0,00015	1800000	0,00015
3.	3480000	0,0002	5220000	0,0002	3080000	0,0002
4.	5120000	0,00025	6580000	0,00025	5800000	0,000225
5.	17600000	0,000255	22600000	0,000260	-	-

• 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

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

4. 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.