Шпоры(процессы и аппараты) -3. 57. Назначение процесса фильтрации. Методы создания движущей силы, виды, характеристика осадков и фильтрующих перегородок

• Название: 57. Назначение процесса фильтрации. Методы создания движущей силы, виды, характеристика осадков и фильтрующих перегородок
• Анкор: Шпоры(процессы и аппараты) -3.docx
• Дата: 29.12.2017
• Размер: 74.36 Kb.
• Имя файла: Шпоры(процессы и аппараты) -3.docx
• Тип: Документы; #13443
• страница: 1 из 3

57.Назначение процесса фильтрации. Методы создания движущей силы, виды, характеристика осадков и фильтрующих перегородок. Фильтрованием называют процесс разделения суспензий с использованием пористых перегородок, которые задерживают твердую фазу суспензии и пропускают ее жидкую фазу. Разделение суспензии, состоящей из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц, производят при помощи фильтра, который в простейшем виде является сосудом, разделенным на две части фильтровальной перегородкой. Суспензию помещают в одну часть этого сосуда так, чтобы она соприкасалась с фильтровальной перегородкой. В разделенных частях сосуда создают разность давлений, под действием которой жидкость проходит через поры фильтровальной перегородки, причем твердые частицы задерживаются на ее поверхности. Таким образом, суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок. Разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки создают разными способами, в результате чего осуществляют различные процессы фильтрования. Если пространство над суспензией сообщают с источником сжатого газа (обычно воздуха) или пространство под фильтровальной перегородкой присоединяет к источнику вакуума, то происходит процесс фильтрования при постоянной разности давлений, поскольку давление в ресиверах поддерживается постоянным. При этом скорость процесса уменьшается в связи с увеличением сопротивления слоя осадка возрастающей толщины. Аналогичный процесс фильтрования, встречающийся в производственных условиях относительно редко, происходит под действием разности давлений, обусловленной гидростатическим давлением слоя суспензии постоянной высоты, находящейся над фильтровальной перегородкой. Если суспензию подают на фильтр поршневым насосом, производительность которого при данном числе оборотов электродвигателя постоянна, то осуществляется процесс фильтрования при постоянной скорости; при этом разность давлений увеличивается вследствие уже упоминавшегося увеличения сопротивления слоя осадка возрастающей толщины. Если суспензию транспортируют на фильтр центробежным насосом, производительность которого при данном числе оборотов электродвигателя уменьшается при возрастании сопротивления осадка, что обусловливает повышена разности давлений, то производится процесс фильтрования при переменных разности давлений и скорости. Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке при разделении суспензий, подразделяют на несжимаемые и сжимаемые. Под несжимаемыми понимают такие осадки, в которых пористость, т. е. отношение объема пор к объему осадка, не уменьшается при увеличении разности давлений. Пористость сжимаемых осадков уменьшается, а их гидравлическое сопротивление потоку жидкой фазы возрастает с увеличением разности давлений. К числу практически несжимаемых можно отнести осадки, состоящие из частиц неорганических веществ размером более 100 мкм, например из частиц песка, кристаллов карбоната кальция и бикарбоната натрия, К сильно сжимаемым относятся осадки гидратов окисей металлов, например алюминия, железа, меди, а также осадки, состоящие из легко деформируемых агрегатов, которые образуются из первичных мелких кристаллов. Фильтровальная перегородка представляет собой существенную часть фильтра и от правильного выбора ее во многом зависят производительность фильтровального оборудования и чистота получаемого фильтрата По принципу действия различают поверхностные и глубинные фильтровальные перегородки. Поверхностные перегородки отличаются тем, что твердые частицы суспензии при ее разделении в основном задерживаются на их поверхности, не проникая в поры. Глубинные перегородки, которые используются преимущественно для осветления жидкостей, содержащих твердые частицы в небольшой концентрации, характеризуются тем, что частицы суспензии в процессе ее разделения проникают в их поры и задерживаются там. Фильтровальные перегородки могут быть классифицированы по материалам, из которых они изготовлены. По структуре фильтровальные перегородки подразделяются на гибкие и негибкие. Гибкие перегородки могут быть металлическими или неметаллическими, негибкие перегородки — жесткими, состоящими из связанных твердых частиц, или нежесткими, состоящими из несвязанных твердых частиц.	58. Основное дифферинциальное уравнение фильтрации. Режимы фильтрации. Основное дифферинциальное уравнение фильтрования: Для фильтрования при постоянной разности давлений: Для постоянной скорости процесса: Для постоянных разности давлений и скорости: Для преодоления гидравлич. сопротивления необходимо создание перепада давления (вакуума под ФП или избыточного давления над ней). На практике встречаются следующей режимы фильтрования: 1) при = const (разделение под вакуумом, под давлением, при подаче суспензии центробежным насосом, производительность которого значительно превышает производительность фильтра); 2) при v = const (подача суспензии объемным насосом); 3) при непрерывно изменяющихся и v (подача центробежным насосом).	59. Назначение и механизм электрообезвоживания и обезвоживания нефти. О б е з в о ж и в а н и е нефти проводят путем разрушения (расслоения) водно-нефтяной эмульсии с применением деэмуль-гаторов-разл. ПАВ, которые, адсорбируясь на границе раздела фаз, способствуют разрушению капель (глобул) диспергированной в нефти воды. Однако даже при глубоком обезвоживании нефти до содержания пластовой воды 0,1-0,3% (что технологически затруднительно) из-за ее высокой минерализации остаточное содержание хлоридов довольно велико: 100-300 мг/л (в пересчете на NaCl), а при наличии в нефти кристаллич. солей-еще выше. Поэтому одного только обезвоживания для подготовки к переработке нефтей большинства месторождений недостаточно. Оставшиеся в нефти соли и воду удаляют с помощью принципиально мало отличающейся от обезвоживания операции, наз. о б е с с о л и-в а н и е м. Последнее заключается в смешении нефти со свежей пресной водой, разрушении образовавшейся эмульсии и послед. отделении от нефти промывной воды с перешедшими в нее солями и мех. примесями. Электродегидраторы (ЭДГ) предназначены для очистки углеводородного сырья от солей, хлоридов, аммиака, аминов, кислородо- и серосодержащих соединений, воды и водных эмульсий. Электродегидратор проводит очистку в 2 этапа, сначала углеводородное сырье промывается водой используя способ экстракции жидкость-жидкость, когда два жидких потока протекают друг через друга с последующим расслаиванием. Таким способом отмываются водой водорастворимые соли, аммиак, амины, кислород- и серосодержащие соединения. На втором этапе углеводородное сырье подвергается очистке от воды и водных эмульсий. Так как водорастворимые соли находящиеся в углеводородном сырье соединяясь с водой образуют соляную кислоту HCI, которая вызывает химическую коррозию оборудования, резко снижает качество нефтепродуктов, сокращает срок их годности, вызывает цветовое потемнение. Поэтому любое углеводородное сырье необходимо перед переработкой в товарный продукт очистить от солей и воды, чтобы снизить процесс образования кислот до минимума. При длительном нахождении воды в углеводородном сырье, за счет присутствия в последнем поверхностно-активных веществ образуются стойкие водомасляные эмульсии. Эти эмульсии не отстаиваются и не расслаиваются без затрат энергии и добавления деэмульгаторов. Механизм обезвоживания и обессоливания углеводородного сырья происходит благодаря полярным свойствам молекулы воды, которая имеет собственные полюса «плюс» и «минус». Молекула воды попадая в переменное электрическое поле большой напряженности начинают вибрировать с частотой поля 50Гц и сталкиваясь между собой объединяются в крупные капли и осаждаются вниз увлекая за собой водорастворимые соли и хлориды. Обезвоженное и обессоленное сырье вытесняется вверх электродегидратора. Для качественной глубокой очистки рекомендуется этот процесс проводить многократно при повышенных температурах, используя несколько ступеней очистки.	60. Устройство, принцип действия и особенности конструкций отстойников периодического действия. Периодически действующие отстойники представляют собой низкие бассейны без перемешивающих устройств. Такой отстойник заполняется суспензией, которая остается в состоянии покоя в течение определенного времени, необходимого для оседания твердых частиц на дно аппарата. После этого слой осветленной жидкости декантируют, т. е. сливают через сифонную трубку или краны, расположенные выше уровня осевшего осадка. Последний, обычно представляющий собой подвижную текучую густую жидкую массу — шлам, выгружают вручную через верх аппарата или удаляют через нижний спусковой кран. Размеры и форма аппаратов периодического действия зависят от концентрации диспергированной фазы и размеров ее частиц. Чем крупнее частицы и чем больше их плотность, тем меньший диаметр может иметь аппарат. Скорость отстаивания существенно зависит от температуры, с изменением которой изменяется вязкость жидкости, причем скорость осаждения обратно пропорциональна вязкости, а последняя уменьшается с увеличением температуры. Для отстаивания небольших количеств жидкости применяют отстойники в виде цилиндрических вертикально установленных резервуаров с коническим днищем, имеющим кран или люк для разгрузки осадка и несколько кранов для слива жидкости, установленных "на корпусе на разной высоте. Для отстаивания значительных количеств жидкости, например для очистки сточных вод, используют бетонные бассейны больших размеров или несколько последовательно соединенных резервуаров, работающих полунепрерывным способом: жидкость поступает и удаляется непрерывно, а осадок выгружается из аппарата периодически. На рис. У-3 показан отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками. Исходная суспанзия подается через штуцер 1в корпус 2аппарата, внутри которого расположены наклонные перегородки 3, направляющие поток попеременно вверх и вниз. Наличие перегородок увеличивает время пребывания жидкости и поверхность осаждения в аппарате. Осадок собирается в конических днищах (бункерах) 4, откуда периодически удаляется, а осветленная жидкость непрерывно отводится из отстойника через штуцер 5. В промышленности наиболее распространены отстойники непрерывного действия. Рис. У-3. Отстойник с наклонными перегородками: 1- штуцер для ввода исходной суспензии: 2-корпус; 3-наклонные перегородки; 4-бункера для осадка; 5- штуцер для отвода осветленной жидкости.	62. Устройство, принцип действия и особенности конструкций отстойников непрерывного действия для разделения эмульсий. На рис показан непрерывно действующий отстойник для разделения эмульсий. Он представляет собой горизонтальный резервуар, внутри которого против входного штуцера 1установлена перфорированная отбойная перегородка 2. Она служит для предотвращения возмущений жидкости струей поступающей эмульсии. Поперечное сечение отстойника выбирают таким, чтобы движение жидкости в корпусе аппарата было ламинарным или близким к нему (скорость—несколько мм/сек), что способствует ускорению отстаивания. Легкая жидкая фаза удаляется из аппарата по трубопроводу 3, тяжелая — по трубопроводу 4.На последнем имеется устройство 5 для разрыва сифона, предупреждающее полное опорожнение резервуара. Рис. Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий: 1 -штуцер для подвода эмульсий; 2-перфорированная перегородка; 3-трубопровод для отвода легкой фазы; 4- трубопровод для отвода тяжелой фазы; 5 - устройство для разрыва сифона.
63. Устройство, принцип действия и особенности конструкций отстойников для разделения пылей. Очистку газов от пыли под действием сил тяжести производят в пылеосадительных камерах (рис.). Запыленный газ поступает в камеру 1, внутри которой установлены горизонтальные перегородки (полки) 2. Частицы пыли оседают из газа при его движении между полками, расстояние между которыми обычно составляет 0,1—0,4 м. При такой небольшой высоте каналов между полками уменьшается путь осаждающихся частиц пыли. Вместе с тем наличие полок позволяет увеличить эффективную поверхность осаждения частиц. Уменьшение пути частиц и увеличение поверхности осаждения способствуют уменьшению времени осаждения и, следовательно, повышению степени очистки газа и производительности камеры. Однако скорость потока газа в камере ограничена тем, что частицы пыли должны успеть осесть до того, как они будут вынесены потоком газа из камеры. Газ, пройдя полки, огибает вертикальную отражательную перегородку 3(при этом из него осаждается под действием сил инерции дополнительно некоторое количество пыли) и удаляется из камеры. Одновременно отражательная перегородка способствует более равномерному распределению газа между горизонтальными полками камеры, так как в этом случае гидравлическое сопротивление каналов между ними одинаково. Пыль, осевшая на полках, периодически удаляется с них вручную специальными скребками через дверцы 4в боковой стенке или смывается водой. Для непрерывной очистки газа от пыли камеру делят на два самостоятельных отделения или устанавливают две параллельно работающие камеры. В одном отделении (или в одной камере) производится очистка газа, в это же время другое отделение (камера) очищается от осевшей в нем пыли. Рис. Пылеосадительная камера: 1-камера; 2-горизонтальные перегородки (полки) 3-отражательная перегородка; 4- дверцы.	64. Устройство, принцип действия и особенности конструкций электродегидраторов. Электродегидратор предназначен для глубокого обезвоживания и обессоливания нефти как на промысловых установках нефти (УПН) и центральных пунктах сбора нефти (ЦПС), так и в составе нефтезаводских ЭЛОУ. Повышение глубины обезвоживания и обессоливания нефти достигается за счёт интенсификации процесса укрупнения капель дисперсной водной фазы предварительно дестабилизированной деэмульгаторами нефтяной эмульсии под воздействием электрического поля высокой напряженности и ускорением в результате этого их гравитационного отстоя. Механизм обезвоживания и обессоливания углеводородного сырья происходит благодаря полярным свойствам молекулы воды, которая имеет собственные полюса «плюс» и «минус». Молекула воды попадая в переменное электрическое поле большой напряженности начинают вибрировать с частотой поля 50Гц и сталкиваясь между собой объединяются в крупные капли и осаждаются вниз увлекая за собой водорастворимые соли и хлориды. Обезвоженное и обессоленное сырье вытесняется вверх электродегидратора. Для качественной глубокой очистки рекомендуется этот процесс проводить многократно при повышенных температурах, используя несколько ступеней очистки. Внутреннее устройство электродегидраторов включает в себя коллекторы ввода водонефтяной эмульсии, промывочной воды, вывода очищенной нефти, отстоявшейся воды и систему электродов. Аппараты комплектуются высоковольтными источниками питания. Основные параметры: Производительность, степень очистки, диаметр аппарата, вместимость, максимальная и минимальная температуры, мощность источника питания, группа аппарата согласно ОСТ 26-291-94. Рис. Горизонтальный электродегидратор ЭГ200-10: 1 - корпус; 2 - изолятор; 3 - верхний электрод; 4 - нижний электрод; 5 - сборник обессоленной нефти; 6 - трансформатор; 7 - ввод высокого напряжения; 8 - сборник соленой воды; 9 - промывочный коллектор; 10 - распределитель нефти. Потоки: I - выход обессоленной нефти; II - вход нефти; III - удаление шлама; IV - ввод воды на промывку аппарата; V - выход дренажной воды	65.Устройство, принцип действия и особенности конструкций электрофильтров. Трубчатый электрофильтр (рис.) представляет собой камеру 1, в которой расположены осадительные электроды 2,выполненные из труб диаметром 150—300 мм и длиной 3—4 м. По оси труб натянуты Коронирующие электроды 3из проволоки диаметром 1,5-2 мм, которые подвешены к раме 4,опирающейся на изоляторы 5. Для предотвращения колебаний все электроды соединены снизу рамой 6. Загрязненный газ через газоход 7 попадает под решетку 8и равномерно распределяется по трубам. Пройдя электрическое поле, газ очищается и выходит через газоход 9. Взвешенные частицы осаждаются на внутренней поверхности труб и периодически удаляются. Рис. . Схема трубчатого электрофильтра: 1-камера; 2- осадительиый электрод; 3- коронирующий электрод; 4-рама; 5-изолятор; 6-рама; 7 -входной газоход; 8-распределительная решетка; 9-выходной газоход	66. Устройство, принцип действия и особенности конструкций мокрых пылеуловителей. Рис. Барботажный (пенный) пылеуловитель: 1- камера; 2- тарелка; 3- штуцер для подачи воды; 4- патрубок для ввода запыленного газа; 5- порог; 6- сливной штуцер. Барботажные (пенные) пылеуловители. Для очистки сильно запыленных газов, например технологических, выхлопных и дымовых, вентиляционного воздуха содового производства и др., используют барботажные пылеуловители. В этих аппаратах жидкость, взаимодействующая с газом, приводится в состояние подвижной пены, что обеспечивает большую поверхность контакта между жидкостью и газом и соответственно высокую степень очистки газа от пыли. Барботажный пылеуловитель (рис.) представляет собой камеру 1круглого или прямоугольного сечения, внутри которой находится перфорированная тарелка 2. Вода или другая промывная жидкость через штуцер 3поступает на тарелку, а загрязненный газ подается в аппарат через патрубок 4. Проходя через отверстия тарелки 2, газ барботирует сквозь жидкость и превращает всю ее в слой подвижной пены. В слое пены пыль поглощается жидкостью, основная часть которой (80%) удаляется вместе с пеной через регулируемый порог 5. Оставшаяся часть жидкости (-—20%) сливается через отверстия в тарелке и улавливает в подтарелочном пространстве более крупные частицы. Образующаяся при этом суспензия удаляется через сливной штуцер 6. В таких аппаратах применяют также несколько перфорированных тарелок, причем число их зависит от требуемой степени очистки газа. Степень улавливания пыли в барботажных аппартах часто превышает 95—99% при относительно низких капитальных затратах и эксплуатационных расходах.	67. Устройство, принцип действия и особенности конструкций фильтров периодического действия(фильтр-прессы). Фильтром периодического действия, работающим под давлением, является фильтрпресс с вертикальными рамами- (плиточно-рамный фильтрпресс), в котором направления силы тяжести и движения фильтрата перпендикулярны. Этот фильтр можно рассматривать как ряд путчей небольшой высоты и особой конструкции, размещенных вертикально вплотную один к другому, в результате чего достигается большая поверхность Фильтрования, отнесенная к единице производственной площади, занимаемой фильтром. Рис. Фильтрпресс с вертикальными рамами (плиточно-рамный фильтр-пресс) 1- плиты; 2 — рамы; 3-опорный брус; 4-неподвижная плита; 5-подвижнаяплита; 6-гидравлическая система; 7- штуцер для подачи суспензии; 8-штуцердля подачи промывной жидкости; 9-кран, для удаления фильтрата. Фильтрпресс с вертикальными рамами (рис) состоит из чередующихся плит 1и рам 2одинаковых размеров. Плиты и рамы опираются боковыми ручками на два параллельных бруса 3. Между соприкасающимися поверхностями плит и рам имеются тканевые фильтровальные перегородки. Намы и плиты, уплотненные по периметру краями этих перегородок, прижимаются к неподвижной плите 4при помощи перемещающейся на роликах подвижной плиты 5, на которую действует давление жидкости, развиваемое гидравлической системой 6. Суспензия поступает по штуцеру 7, а промывная жидкость — по штуцерам 8. Штуцера 7 и 8расположены на неподвижной плите и сообщаются с каналами, которые образованы совпадающими отверстиями в плитах и рамах. Фильтрат и промывная жидкость удаляются через краны 9.