Вы здесь

Геометричне та комп'ютерне моделювання динаміки процесів зміни об'єктів під впливом заданих чинників (на прикладі фільтрування)

Автор: 
Черніков Олександр Вікторович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2008
Артикул:
0508U000221
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ФІЛЬТРУВАННЯ
У розділі розглянуто основні проблеми моделювання процесів фільтрування з
застосуванням різних наукових підходів та методів. Наведено основні поняття та
властивості (класифікацію) процесів фільтрування, проаналізовано закономірності
їх протікання, вимоги до обладнання, складові елементи, що забезпечують
ефективність процесу.
Головні труднощі при цьому пов'язані з коректністю постановки задачі
дослідження та адекватністю розроблених моделей відповідним технологічним
процесам. Проаналізовано основні параметри технологічного процесу: параметри
стану, управління, спостереження. Виконано постановку задачі оптимізації та
визначено можливі критерії оптимальності технологічних процесів.
Досліджено особливості технологічного процесу фільтрування суспензій у камерних
фільтр-пресах з вертикальним розташуванням плит. Виконано огляд існуючих
конструкцій фільтр-пресів та аналіз геометрії фільтрувальних поверхонь.
Сформульовано основні технологічні, експлуатаційні, конструктивні та інші
вимоги до фільтрувального обладнання. Зроблено висновок, що підвищення
ефективності фільтрувального обладнання потребує удосконалення як конструкцій
фільтрувального обладнання, так і оптимізації режимів його експлуатації з метою
забезпечення оптимальних режимів та умови протікання технологічного процесу
фільтрування, зменшення ресурсо- та енергоспоживання, ефективного вирішення
природоохоронних завдань.
Досягти цієї мети пропонується шляхом геометричного моделювання процесу
фільтрування, фільтрувальних елементів тощо. Адекватна геометрична модель
процесу має бути побудована, враховуючи основні фізичні закономірності, умови
протікання процесу, забезпечувати відповідність результатів моделювання
експериментальним даним.
В розділі розглядаються теоретичні та експериментальні основи моделювання
процесів фільтрування.
Для розв’язання багатьох промислових задач необхідний ретельний розподіл фаз: і
фільтрат, і осадок прямують на подальшу переробку, інколи рідинна фаза вміщує
дорогоцінні компоненти і їх втрати з осадком сильно впливають на економічні
показники виробництва, або навпаки, рідинна фаза забруднює цінну тверду фазу та
слід знизити її вміст до припустимої величини. В таких випадках застосовують ще
один процес, пов'язаний з фільтруванням – промивання відфільтрованого осадку з
метою витиснення порової вологи іншою рідиною, яку називають промивною. При
цьому також виникає геометрична задача моделювання процесу переміщення межі
витискання однією рідиною іншої.
2.1. Теоретичні та експериментальні основи моделювання процесів фільтрування
Для здійснення фільтрування необхідно створити різницю тисків по обидва боки
від перегородки, що відіграє роль початкового опору для протікання процесу.
Завдяки цьому швидкість процесу фільтрування прямо пропорційна різниці тисків й
обернено пропорційна опору пористої перегородки й осадку [75, 90]. Додатковий
опір на фільтруючій перегородці зростає при збільшенні товщини осадку або
закупорюванні її частками твердої фази, а також внаслідок одночасної дії всіх
перелічених факторів. Наявність тиску також призводить до збільшення опору за
рахунок стискання осадку й пористої перегородки, внаслідок зменшення в них пор
для проходження фільтрату й зміни їхньої форми (через стиск і зрушення).
Пориста перегородка створює при фільтруванні первісний опір, обумовлений
в'язкістю рідкої фази (фільтрату), діаметром, формою поперечного перерізу й
звивистістю каналів пор. Цей опір може змінюватися через набрякання матеріалу
перегородки, зміни поверхневого натягу системи рідина – тверда перегородка,
адсорбції рідини на стінках, виникнення нерухомого шару рідини в порах,
електроосмотичних явищ, а також від часткового або повного перекривання пор
твердими частками суспензій.
Осадок зазвичай створює основний опір протіканню процесу. Цей опір значною
мірою залежить від структури і товщини осадку, на опір впливають також
фізико-хімічні фактори системи рідина – тверде тіло.
Структура осадку за розміром часток змінюється, починаючи від фільтруючої
перегородки, де осаджуються найдрібніші частки, що проникають у її пори. Потім
осаджуються більші частки, але між ними розташовуються й дрібніші, що
закупорюють простір між великими частками та зменшують проникність пор [60, 61,
75, 90, 126, 283, 338, 350, 353].
На протікання процесу фільтрування впливають дві групи факторів: мікрофактори й
макрофактори [75, 90, 126]. До макрофакторів відносять структуру й геометрію
фільтрувальної перегородки та шару осадку, в'язкість фільтрату, різницю тисків
по сторонах фільтру; до мікрофакторів – розміри й форму пор, по яких рухається
рідина всередині осадку до фільтрувальної перегородки.
Фільтрування суспензій зазвичай закінчується промиванням і просушкою осадку
[60, 61, 75, 84, 90]. Ці процеси характеризуються гідродинамічними, а також
масообмінними й дифузійними явищами.
Сучасна теорія фільтрування ґрунтується на законах капілярної гідравліки, що
описуються законами Дарсі й Нав’є-Стокса. Для їх застосування процес
фільтрування підрозділяють на наступні види [75]:
1) процес фільтрування з утворенням осадку;
2) процес фільтрування закупорюванням пор осадку, що утвориться;
3) процес фільтрування проміжного виду;
4) процес фільтрування з поступовим закупорюванням пор фільтруючої
перегородки;
5) процес фільтрування з повним закупорюванням пор фільтруючої перегородки й
зменшенням їх кількості.
Незважаючи на розбіжності між цими видами процесів фільтрування, їх
гідродинаміку можна описати загальним рівнянням для гідравлічного опору R руху
рідини через фільт