Separacje i oczyszczanie bioproduktów – filtracja

Separacje i oczyszczanie bioproduktów – filtracja
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest monitorowanie procesu filtracji zawiesiny drożdży w filtracji próżniowej.
Wyznaczenie czasu trwania jednego cyklu, stopnia oczyszczenia zawiesiny, współczynnika ściśliwości
osadu oraz oporu wytwarzanego przez placek filtracyjny.
Sprzęt użyty w ćwiczeniu:
1. Zestaw do filtracji próżniowej
2. Cylinder (500 ml lub 1000ml), zlewka (2000ml)
3. Bibuła filtracyjna, kalcyt
4. Spektrofotometr (pomiar stężenia zawiesiny względem wody przy długości fali 550[nm])
Przebieg doświadczenia:
1. Do odfiltrowania zawiesiny drożdży należy użyć filtra próżniowego podłączonego do pompki
wodnej wytwarzającej próżnię. Należy wyciąć odpowiedniej wielkości filtr z bibuły filtracyjnej
(zmierzyć jego średnicę) i umieścić pod warstwą kalcytu (30g.), stanowiącego dodatkową
przegrodę filtracyjną. Przed rozpoczęciem procesu filtracji należy określić stężenie zawiesiny
przy pomocy spektrofotometru, przy długości fali 550[nm] względem wody.
2. W momencie wlania zawiesiny do zbiornika nad filtrem i podłączenia próżni, należy
rozpocząć pomiar czasu i monitorować zmianę objętości filtratu w czasie.
3. Po zakończeniu filtracji zmierzyć stężenie ciała stałego w filtracie oraz jego objętość
całkowitą. Ćwiczenie należy przeprowadzić dla dwóch różnych ciśnień podanych przez
prowadzącego.
Opracowanie wyników:
1. Wyznaczenie krotności oczyszczenia zawiesiny.
2. Wyznaczenie współczynnika ściśliwości:
Sporządzenie tabeli dla każdego z zastosowanych ciśnień:
t[s]
Vfiltratu[l](t)
t/Vfiltratu
[s/l]
Graficzne wyznaczenie stałej filtracji izobarycznej:
Gdzie równanie:
t
2
2C
 V
jest zlinearyzowanym równaniem opisującym przebieg
V K
K
filtracji z wydzieleniem osadu ściśliwego przy założeniu, iż różnica ciśnień jest stała.
Wyznaczenie współczynnika ściśliwości osadu ze wzoru:
 log( K1 / K 2 ) 
 , gdzie:
s  1  
 log( p1  p2 ) 
K -stała filtracji (odczytana z równania prostej, odpowiednio K1 przy p1…..)
3. Wyznaczenie przepustowości jednostkowej filtra
Objętościowe natężenie przepływu filtratu wyraża się za pomocą wzoru:

VF 
A * p
, gdzie:
R
A-powierzchnia filtracji
Δp-ciśnienie podczas filtracji
R-opór wytwarzany przez przegrodę filtracyjną w skład której wchodzi opór samego filtra i
placka filtracyjnego (zmienny w czasie)

VF
Przepustowość filtra jest odwrotnością oporu, czyli:  
.
A * p
Strumień filtratu jest jednak zmienny w czasie, tak więc zmienna jest przepustowość.
Sporządzić wykres jak zmienia się ona podczas procesu filtracji oraz wyznaczyć
przepustowość całkowitą po ustaleniu czasu trwania jednego cyklu. Porównać wartości
uzyskane dla dwóch różnych p.
4. Wyznaczenie zależność oporu placka filtracyjnego od przyłożonego ciśnienia.
Do obliczeń niezbędna jest zależność średniego natężenia strumienia filtratu od
wytwarzanego podciśnienia, ponieważ na opór przegrody filtracyjnej składa się opór
wytwarzany przez przegrodę filtracyjną i opór placka filtracyjnego.
Opór przegrody należy obliczyć wykorzystując wykres zależności strumienia od wielkości siły
napędowej.
Strumień średni[ml/s]
2,5
2
y = 2,3293x + 0,118
1,5
1
0,5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Ciśnienie [bar]
Wyk. Zależność natężenia przepływu filtratu od zastosowanego ciśnienia, bez dodatkowej warstwy filtracyjnej i z użyciem wody.
Rcałk=R0+Rplacka filtr.
R
A * p

VF
Opór placka filtracyjnego zmienia się w czasie na skutek zmiany jego grubości. Sporządzić
wykres takiej zmiany w czasie dla pomiarów wykonanych w trakcie ćwiczenia (dla dwóch
różnych p).
Zagadnienia z zakresu filtracji:
1. Definicja filtracji, podział z uwagi na siłę napędową.
2. Opór w procesie filtracji. Rodzaje osadów, współczynnik ściśliwości.
3. Szybkość procesu filtracji.
4. Filtracja powierzchniowa i wgłębna. Porowatość filtra.
5. Rodzaje filtrów i zasada ich działania (prasa filtracyjna ramowo-płytowa, filtry ciśnieniowe
ramowe i tarczowe, prasa płytowa, prasa filtracyjna cylindryczna, prasa taśmowawyżymająca, filtr próżniowy, filtr bębnowy ciśnieniowy, filtr tarczowy, filtr taśmowy, filtr
talerzowy, filtry dynamiczne).
Literatura:
1. Aparatura chemiczna i procesowa –J.Warych
2. Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej – R.Koch, A.Noworyta
3. Inżynieria procesowa i aparatura przemysłu spożywczego – praca zbiorowa pod red. prof. dra
hab. Piotra P. Lewickiego