VDI 2762 Blatt 2-2010 Mechanical solid-liquid separation by cake filtration - Determination of filter cake resistance.pdf

1、ICS 71.040.40 VDI-RICHTLINIEN Dezember 2010 December 2010 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Filtrierbarkeit von Suspensionen Bestimmung des Filterkuchenwiderstands Mechanical solid-liquid separation by cake filtration Determination of filter cake resistance VDI 2762 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deutsch/englisch

2、 Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC) Fachbereich Fluidd

3、ynamik und Trenntechnik VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 5: Spezielle Verfahrenstechniken Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:VDI2762:1997-02,deutschFormeredition:VDI2762:1997-02,in Germ

4、anonlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2010Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich 2 2 Begriffe . 2 3 Formelzeichen 3 4 Grundlagen . 4 4.1 Allgemeines 4 4

5、.2 Theorie . 4 4.3 Grenordnung des Filter- widerstands und zusammen- gefasste Stoffgren 6 5 Versuchsapparat 6 6 Versuchsablauf 8 6.1 Vorbereitungen . 8 6.2 Versuchsdurchfhrung 9 7 Auswertung 10 7.1 Auftragung der Filtratmengen und Berechnung des Filterwiderstands 10 7.2 Interpretation der Abweichung

6、en vom geraden Verlauf . 12 7.3 Betrag des Filtermittel- widerstands RT13 7.4 Vereinfachte Auswertung . 13 7.5 Auswertung eines Zahlenbeispiels 14 8 Zusammenfassende Hinweise . 16 Schrifttum . 16 Anhang Filterversuche . 17 Preliminary note 2 Introduction. 2 1 Scope 2 2 Terms and definitions . 2 3 Sy

7、mbols 3 4 Principles . 4 4.1 Background . 4 4.2 Theory . 4 4.3 Order of magnitude of the filtration resistance and combined variables of the material . 6 5 Test equipment 6 6 Test procedure . 8 6.1 Preparation 8 6.2 Test procedure 9 7 Analysis 10 7.1 Curves of quantities of filtrate and calculation

8、of the filtration resistance . 10 7.2 Interpretation of the deviations from a straight line 12 7.3 Magnitude of the resistance of the filter medium RT. 13 7.4 Simplified analysis 13 7.5 Analysis of a numerical example 14 8 Summary 16 Bibliography . 16 Annex Filtration tests 19 B55EB1B3E14C22109E918E

9、8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI 2762 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesonder

10、e das des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechtes und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-M

11、erkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2762. Preliminary note The content of this guideline has been d

12、eveloped in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use

13、 of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. A catalogue of all available parts of this series of guidelin

14、es can be accessed on the internet at www.vdi.de/2762. Einleitung Diese Richtlinie soll als Grundlage fr quantitative Aussagen ber die Filtrierbarkeit von Suspensio-nen dienen. Sie basiert auf der VDI 2762 von 1997 und ersetzt diese nun als VDI 2762 Blatt 2 der Richtlinienreihe. Als anerkannte Regel

15、 der Technik informiert diese Richtlinie ber ein Messverfahren zur Bestimmung des Filterkuchenwiderstands. Dieses dient zur ver-gleichenden Beurteilung der Filtrierbarkeit von Suspensionen, genauer gesagt zum Vergleich der Durchflusswiderstnde der bei der Filtration gebil-deten Filterkuchen. Der jew

16、eils ermittelte bezoge-ne Filterkuchenwiderstand ist eine wichtige Stoff-gre fr die Auswahl und Auslegung von Filter-apparaten. Introduction This guideline shall serve as a directive for a quan-titative evaluation of the filterability of suspen-sions. This guideline is based on VDI 2762 pub-lished i

17、n 1997 and replaces it as VDI 2762 Part 2. As an acknowledged rule of technology, this guideline, defines a procedure to measure the resis-tance of a filter cake. The following is a compara-tive evaluation of the capability to filter suspen-sions, and in particular concentrating on the flow resistan

18、ce of the filter cake built during filtration. The value of this resistance is a function of the media and it is important for the selection and de-sign of the filtration system. 1 Anwendungsbereich Das nachfolgend beschriebene Messverfahren gilt fr die Filtration von Suspensionen, die auf der Oberf

19、lche eines Filtermittels einen Kuchen bil-den. Am besten geeignet ist das Messverfahren fr Suspensionen mit einem Feststoffgehalt ber 0,5 Vol.-% und mit Teilchengren unter etwa 0,2 mm. Die Anwendbarkeit ist eingeschrnkt bei zu hohen Sinkgeschwindigkeiten der Feststoffteil-chen, weil damit eine vorze

20、itige Kuchenbildung eintritt und oft auch Entmischungen stattfinden. Die Neigung besonders der feinen Teilchen zur Agglomeration kann die Messergebnisse ebenfalls beeinflussen. 1 Scope The procedure described subsequently involves the filtration of suspensions forming a cake on a filter medium. In p

21、articular, this procedure is applicable to suspensions with more than 0,5 % by volume of solids having a size of less than about 0,2 mm. These applications become difficult when the deposition velocity of the particles is elevated, in these cases the filter cake forms prematurely and often also sepa

22、rations occur. Furthermore, the ag-glomeration tendency of the finest particles could also affect the measurements. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die in VDI 2762 Blatt 1 aufgefhrten Begriffe. 2 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the terms and definitions

23、 of VDI 2762 Part 1 apply. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e. V., Dsseldorf 2010 VDI 2762 Blatt 2 / Part 2 3 3 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: 3 Symbols

24、 The following symbols are used throughout this guideline: Formelzeichen / Symbol Einheit / Unit Deutsche Bezeichnung / German term Englische Bezeichnung / English term A m2Filterflche (z. B. 20 cm2= 0,002 m2) filter area (e.g. 20 cm2= 0,002 m2) pAkb=2H2s/m6Geradensteigung in Gleichung (5) slope of

25、the straight line of Equation (5) cEkg/kg Eindampfrckstand, Konzentration an Gelstem im Filtrat evaporation residue, concentration of solid in the filtrate H(t) m Kuchenhhe cake thickness Hem Kuchenhhe am Ende der Filtration cake thickness at the end of filtration ee/VHAk = Konzentrationskonstante,

26、gebildet mit der Kuchendicke concentration constant, calculated from the cake thickness eeM/VMk = kg/m3Konzentrationskonstante, gebildet mit der Feststoffmasse concentration constant, calculated from the solid mass M(t) kg Trockenmasse des Filterkuchens dry weight of the filter cake Mekg Trockenmass

27、e des Filterkuchens am Ende der Filtration dry weight of the filter cake at the end of filtration Ms,fkg Masse des feuchten Filterkuchens vor dem Trocknen wet weight of the filter cake before drying Ms,trkg Masse des feuchten Filterkuchens nach dem Trocknen wet weight of the filter cake after drying

28、 RT1/m Widerstand des Filtertuchs resistance of the filter medium t s Zeit time tes Filtrierzeit (bis zum Ende der Filtration) time of filtration (until the end of filtra-tion) V m3Filtratvolumen filtrate volume Vem3Filtratvolumen am Ende der Filtration filtrate volume at the end of filtration Vm3/h

29、 Filtratvolumenstrom filtrate flow rate pAR=Ts/m3Ordinatenabschnitt der Geradenglei-chungen (5) und (6) ordinate intercept of the linear equa-tions (5) and (6) p Pa bzw. / or bar Druckdifferenz whrend der Filtration pressure difference during filtration H1/m2bezogener Filterkuchenwiderstand (bezogen

30、 auf Kuchenhhe) resistance relative to the filter cake (relative to the thickness of the cake) H* 1/m2bezogener Filterkuchenwiderstand (bezogen auf Kuchenhhe), Nhe-rungswert inklusive Widerstand des Filtermediums resistance relative to the filter cake (relative to the thickness of the cake), approxi

31、mated value including the resis-tance of the filter medium Mm/kgbezogener Filterkuchenwiderstand (bezogen auf trockene Kuchenmasse) resistance relative to the filter cake (relative to the mass of the dried cake) M* m/kg bezogener Filterkuchenwiderstand (bezogen auf trockene Kuchenmasse), Nherungswer

32、t inklusive Widerstand des Filtermediums resistance relative to the filter cake (relative to the dried mass of the cake), approximated value including the resis-tance of the filter medium Pa s = Ns/m2dynamische Viskositt der Flssigkeit liquid kinematic viscosity etrs,KHAM=kg/m3Kuchendichte, trocken

33、(Trockenmasse/ Schttvolumen) cake density, dry (dry weight/bulk vol-ume) B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI 2762 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 4 Grundlagen 4.1 Allgemeines Der Widerstand eines Filterk

34、uchens hngt ab von der Teilchengrenverteilung, den Teilchenformen sowie der Packungsdichte und Ausrichtung der Teilchen. Die Packungsdichte und Teilchenaus-richtung hngen ihrerseits vom Druck und der An-strmgeschwindigkeit bei der Filtration ab sowie von den Haft- und Abstoungskrften zwischen den Te

35、ilchen im Augenblick ihrer Ablagerung. Nach dem heutigen Stand des Wissens ist es nicht mglich, den Filterkuchenwiderstand unter Be-rcksichtigung aller dieser Einflussgren vor-auszuberechnen. Er muss deshalb durch Filtrati-onsversuche beim entsprechenden Filtrationsdruck ermittelt werden. 4 Principl

36、es 4.1 Background The resistance of a filter cake depends on the size distribution of the particles, their shape, packing density and orientation. The last two parameters depend on the pressure and the flow velocity dur-ing filtration and also on the attraction and repul-sion forces between the part

37、icles while depositing. Current knowledge does not allow predeterming the resistance of a filter cake only by considering all the affecting parameters. Therefore, it is neces-sary to proceed with a filterability test performed at the specific pressure. 4.2 Theorie Eine ausfhrliche Behandlung der the

38、oretischen Zusammenhnge bei der Kuchenfiltration findet sich in der Literatur 1 bis 5. Im Folgenden wird eine vereinfachte Darstellung gegeben, wobei fol-gende Annahmen getroffen werden: Es wird ein mittlerer Widerstand des Filterku-chens betrachtet (in Wirklichkeit haben die ein-zelnen Schichten de

39、s Kuchens unterschiedliche Porositten und Durchlssigkeiten). Die Fliegeschwindigkeit der Flssigkeit wird mit der Relativgeschwindigkeit zwischen Fls-sigkeit und Feststoff gleichgesetzt, das heit, die Bewegung der Feststoffteilchen beim Ver-dichten eines kompressiblen Filterkuchens wird vernachlssigt

40、. In den meisten Fllen wird der abfiltrierte Feststoff durch eine Kuchendicke H gekennzeichnet. Dann kann der Druckabfall p beim Filtrieren nach den folgenden Gleichungen aus dem Druckabfall im Filtermittel (z. B. Tuch) und dem Druckabfall im Kuchen berechnet werden, vgl. Bild 1a: tVARtHpdd)(TH+= (1

41、) Fr konstante Feststoffkonzentration ist mit eeconst.k A H /V= )()()(eetVAktVVHtH = (2) Somit kann die Gleichung (1) auch geschrieben werden: tVARtVAkpdd)(TH+=(3) Fr den Fall konstanten Drucks p kann Glei-chung (3) integriert werden: 4.2 Theory The theoretical background of the filtration by means

42、of a filter cake could be found in the Litera-ture 1 to 5. A simplified presentation will be in-cluded here based on the following hypothesis: The filter cake resistance is an average (in real-ity, different parts of the cake may have differ-ent porosities and permeability). The flow velocity of the

43、 liquid is considered equal to the relative velocity between the liquid and the solids; as a consequence, the movement of solids during the compression of a com-pressible filter cake is neglected. In the majority of cases, the solids retained on the filter are measured by the cake thickness H. The p

44、ressure difference p during filtration can be calculated using the following equations, starting from the pressure difference through the filtering media and the pressure difference through the cake (see Figure 1a): tVARtHpdd)(TH+= (1) If the solids concentration is constant, and there-fore eeconst.

45、k A H /V= )()()(eetVAktVVHtH = (2) Therefore, Equation (1) can be written as: tVARtVAkpdd)(TH+=(3) When the pressure difference p is constant, Equa-tion (3) can be integrated to: B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e. V.

46、, Dsseldorf 2010 VDI 2762 Blatt 2 / Part 2 5 )()(2T22HtVpARtVpAkt +=(4) Gleichung (3) bzw. Gleichung (4) lassen sich als Geradengleichungen schreiben: aVbpARVpAkVt+=+=T2Hdd (5) bzw. aVbpARVpAkVt+=+=22T2H(6) Bild 1. Verwendete Gren Bisweilen wird die Menge des abfiltrierten Fest-stoffs nicht als Kuch

47、enhhe H, sondern als Fest-stoffmasse je Flcheneinheit M/A quantifiziert (vgl. Bild 1b). Dies ist zweckmig, wenn die Ku-chenhhe“ H in mm schlecht messbar oder ohne Aussage ist, z. B. bei gallertartig weichen Schlm-men, die unter Druck stark komprimiert werden. Dann werden die entsprechenden Gleichung

48、en: tVARAtMpdd)(TM+= (1M) mit M eek M /V= )()()(MeetVktVVMtM = (2M) tVARtVAkpdd)(TMM+=(3M) )()(2T22MMtVpARtVpAkt +=(4M) MMT2MMddaVbpARVpAkVt+=+=(5M) MMT2MM22aVbpARVpAkVt+=+=(6M) )()(2T22HtVpARtVpAkt +=(4) Equation (3) and Equation (4) could be written as linear equations: aVbpARVpAkVt+=+=T2Hdd (5) and aVbpARVpAkVt+=+=22T2H(6) Figure 1. Variables used Sometimes the quantity of solids filtered off is not determined by the thickness H of the filter cake but by the mass of solids per unit area M/A (see Fig-ure 1b). This is particularly use