Separacje i oczyszczanie bioproduktów – filtracja Cel ćwiczenia

Separacje i oczyszczanie bioproduktów – filtracja
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest monitorowanie procesu filtracji zawiesiny drożdży w filtracji próżniowej.
Wyznaczenie czasu trwania jednego cyklu, stopnia oczyszczania zawiesiny, współczynnika ściśliwości
osadu oraz oporu wytwarzanego przez placek filtracyjny,
Sprzęt użyty w ćwiczeniu:
1.
2.
3.
4.
Zestaw do filtracji próżniowej i przy stałym ciśnieniu hydrostatycznym
Cylinder (500ml lub 1000 ml), zlewka (2000ml)
Bibuła filtracyjna, kalcyt
Spektrofotometr (pomiar stężenia zawiesiny względem wody przy długości fali 550nm)
Przebieg doświadczenia:
Filtracja próżniowa
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 (3g), stanowiącego dodatkową
przegrodę filtracyjną. Przed rozpoczęciem proceu filtracji należy określić stężenie zawiesiny
przy pomocy spektrofotometrum 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
Filtracja pod stałym ciśnieniem hydrostatycznym
1. Do odfiltrowania zawiesiny drożdży należy użyć układu pracującego przy stałym słupie cieczy.
Należy wyciąć sączki o średnicy równej tworzącej stożka (lejka) i użyć dwóch do filtracji przy
stałym ciśnieniu hydrostatycznym (użycie jednego sączka nie daje zadawalających efektów
filtracyjnych).
2. W czasie trwania filtracji utrzymujemy stałą wysokość słupa cieczy.
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]
t/V [s/l]
Vfiltratu[l](t)
Graficzne wyznaczenie stałej filtracji izobarycznej
Gdzie równanie:
∆𝑡
∆𝑉
2
= 𝐾𝑉 +
2𝐶
𝐾
jest zlinearyzowanym równaniem opisującym przebieg filtracji z
wydzieleniem osadu ściśliwego przy założeniu iż różnica ciśnień jest stała
Wyznaczenie współczynnika ściśliwości osadu ze wzoru:
𝐾1
𝐾2
𝑠 =1−(
)
𝑙𝑜𝑔(∆𝑝1 − ∆𝑝2 )
𝑙𝑜𝑔
K – stała filtracji (odczytana z równania prostej, odpowiednio K1 przy p1 ...)
3. Wyznaczanie przepustowości jednostkowej filtra
Objętościowe natężenie przepływu filtratu wyraża się za pomocą wzoru:
𝐴∙∆𝑝
𝑉̇𝐹 = 𝑅 ,
Gdzie: A – powierzchnia filtracji
p – ciśnienie podczas filtracji
R –opór wytwarzany przez przegrodę filtracyjną w skład której wchodzi opór samego filtra i placka
filtracyjnego (zmienny w czasie)
𝑉̇
𝐹
Przepustowość filtra jest odwrotnością oporu, czyli: 𝜀 = 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. Wyznaczanie zależności 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
Strumienń średni [m/s]
2,5
y = 2,3131x + 0,1138
2
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 = 𝑅𝑜 + 𝑅𝑝𝑙𝑎𝑐𝑘 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟
𝑅=
𝐴 ∙ ∆𝑝
𝑉̇𝐹
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.
2.
3.
4.
5.
Definicja filtracji, podział z uwagi na siłę napędową
Opór w procesie filtracji. Rodzaje osadów, współczynnik ściśliwości
Szybkość procesu filtracji
Filtracja powierzchniowa i wgłębna. Porowatość filtra
Rodzaje filtrów i zasada ich działania (prasa filtracyjna ramowo-płytowa, filtry ciśnieniowe
ramowe i tarczowe, prasa płytowa, prasa filtracyjna cylindryczna, prasa taśmowa-wyżymająca,
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. Inżyniera procesowa i aparatura przemysłu spożywczego – praca zbiorowa pod red. Prof. dr
hab. Piotra Lewickiego