Filtracja mieszanin tworzących osady ściśliwe

Tadeusz Piecuch, Jacek Piekarski, Grażyna Malatyńska
Politechnika Koszalińska

Streszczenie
W niniejszej publikacji, rozpatrzono od strony teoretycznej proces filtracji mieszaniny cieczy i ciała stałego napływającej na siatkę filtracyjną. Ten rodzaj procesu filtracji jest charakterystyczny dla urządzeń filtracyjnych takich jak: filtry próżniowe, prasy filtracyjne oraz filtry ciśnieniowe w mniejszym stopniu wirówki filtracyjne. Bazą rozważań był ogólny zapis według równania (10) przedstawiony dla procesu filtracji z tworzeniem osadu ściśliwego na siatce filtracyjnej przy uproszczonym założeniu, że cała objętość zawiesiny (V_N) nadana do procesu filtracji, przykładowo próżniowej lub ciśnieniowej zostanie zatrzymana na siatce filtracyjnej, a więc zagęszczenie filtratu będzie równe zero. Z przeprowadzonej analizy teoretycznej wynikają pewne ogólne wnioski dla badaczy procesu filtracji – w tym przypadku procesu filtracji przez siatkę filtracyjną z tworzeniem osadu ściśliwego w trakcie trwania procesu na tej siatce.
Nie można ustalić jednakowej formuły ogólnego równania filtracji takiego, w którym wystąpi parametr ściśliwości osadu w ogólnym zapisie fizykalnym (tu B=s_O), do którego to równania będzie można podstawiać wprost dowolne wartości współczynnika ściśliwości s_O, w granicach pomiędzy wartością zero oraz jeden i określać przepływ medium przez taką przegrodę porowatą (siatkę filtracyjną).
W przypadku procesu filtracji z tworzeniem osadów ściśliwych na siatce filtracyjnej – chcąc korzystać z ogólnego zapisu równania różniczkowego filtracji, należy je każdorazowo najpierw rozwiązać poprzez całkowanie podstawiając najpierw do tego równania, konkretną wartość współczynnika ściśliwości (s_O=B). Końcowe fizykalne zapisy tych rozwiązań, dla wybranych współczynników ściśliwości s_O przedstawiono w tablicy 1.
Przed ewentualnym wykorzystaniem ogólnego równania różniczkowego filtracji, jako równania wyjściowego, na podstawie którego chcemy wyliczyć przepływ (wydatek objętościowy) należy najpierw ustalić wartość stałej b₀ z zapisu empirycznego (5) dla określenia wartości parametru przepuszczalności K; a więc parametru przepuszczalności, który musi być znany.
Wyznaczenie wartości współczynników stałych, które występują w zapisie ogólnego równania filtracji (11) (a więc t’, b₀) będzie przedmiotem badań Autorów publikacji dla konkretnych, typowych mieszanin, które można spotkać w bieżącej praktyce inżynierskiej i będzie przedmiotem kolejnych publikacji Autorów jako dalszy ciąg badań podstawowych nad procesem filtracji.
Przeprowadzona powyżej analiza teoretyczna procesu filtracji osadów ściśliwych wskazuje jednoznacznie, że wykorzystywanie w praktyce ogólnego równania różniczkowego procesu filtracji poprzez jego rozwiązanie, tj. całkowanie, przy założonej (a więc w praktyce znanej wartości współczynnika ściśliwości s_O=B) jest jednak bardzo trudne i skomplikowane, a tym samym nie rokuje pozytywnych perspektyw bieżącego wykorzystywania przez projektantów tego równania.