VDI 2762 Blatt 3-2017 Mechanical solid-liquid separation by cake filtration - Mechanical deliquoring of incompressible filter cakes by undersaturation using a gas pressure differen.pdf

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1、ICS 71.040.40 VDI-RICHTLINIEN Mrz 2017 March 2017 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Mechanische Fest-Flssig-Trennung durch Kuchenfiltration Mechanische Entfeuchtung von inkompressiblen Filterkuchen durch Gasdifferenzdruck Mechanical solid-liquid separation by cake filtration Mechanical deliquoring of inco

2、mpressible filter cakes by undersaturation using a gas pressure difference VDI 2762 Blatt 3 / Part 3 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given wit

3、h respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC) Fachbereich Verfahrenstechnische Prozesse VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 5: Spezielle Verfahrenstechniken Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestatt

4、et /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:08.15 Entwurf,deutschFormeredition:08/15Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2017Inhalt Seite Contents Page Vor

5、bemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen . 3 5 Physikalische Grundlagen wesentlicher Begriffe 5 5.1 Sttigungsgrad S. 5 5.2 Restfeuchte RF . 6 5.3 Trockensubstanz TS . 6 5.4 Volumenbeladung BV. 7 6 Grundlagen des Verfahrens . 7 6.1 Prinz

6、ip des Messverfahrens . 7 6.2 Grenzen der mechanischen Entfeuchtung von Filterkuchen mit Gasdifferenzdruck 9 6.3 Kinetik der mechanischen Entfeuchtung von Filterkuchen mit Gasdifferenz- druck 12 7 Experimentelle Ermittlung des Entfeuchtungsverhaltens von gesttigten Filterkuchen mittels Gasdifferenzd

7、ruck 14 7.1 Versuchsapparatur 14 7.2 Versuchsdurchfhrung . 20 7.3 Versuchsauswertung 24 7.4 Abweichungen vom idealen Entfeuchtungsverhalten 27 8 Zusammenfassende Hinweise . 30 Schrifttum 30 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 3 4 Symbols

8、 . 3 5 Physical principles of key terms 5 5.1 Saturation S 5 5.2 Residual moisture RF 6 5.3 Total solids TS . 6 5.4 Liquid load BV. 7 6 Basic principles of the method 7 6.1 Principle of the measurement method 7 6.2 Limitations to the mechanical deliquoring of filter cakes by means of gas pressure di

9、fference . 9 6.3 Kinetics of mechanical deliquoring of filter cakes by means of gas differential pressure 12 7 Experimental determination of the deliquoring behaviour of saturated filter cakes by means of gas differential pressure 14 7.1 Test equipment 14 7.2 Test procedure . 20 7.3 Test evaluation

10、. 24 7.4 Deviations from the ideal deliquoring behaviour . 27 8 Summary . 30 Bibliography 30 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04 2 VDI 2762 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher

11、Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vol

12、lstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei geda

13、nkt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2762. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, in

14、cluding 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 of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien)

15、specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/2762. Einleitung Die mechanische Entfeuchtung durch Gasdifferenz-druck wird bei V

16、akuum- und Druckfiltern nach der Kuchenbildung (oder Kuchenwsche) mit haupt-schlich folgenden Zielsetzungen angewendet: Reduzierung der Restfeuchte im Filterkuchen Reduzierung des Energieaufwands fr eine nachfolgende thermische Trocknung Erhhung der Reinheit eines Feststoffs durch Verringerung der i

17、m Filterkuchen verbleiben-den Flssigkeitsmenge, die Verunreinigungen in gelster Form enthalten kann Erhhung der Produktausbeute, wenn die Sus-pensionsflssigkeit oder in ihr gelste Stoffe das Wertprodukt darstellen Einstellen eines Schttgutverhaltens, das fr nachfolgende Prozessschritte wie Frdern, D

18、o-sieren, Zerkleinern und Trocknen vorteilhaft ist Introduction Mechanical deliquoring by gas differential pressure is used in vacuum and pressure filters after cake formation (or cake washing) mainly for the follow-ing purposes: to reduce residual moisture in the filter cake to reduce energy consum

19、ption during subse-quent thermal drying to increase the purity of a solid by reducing the amount of liquid remaining in the filter cake which can contain impurities in soluble form to increase the product yield if the suspension liquid or substances dissolved in it are valuable products to obtain a

20、bulk material behaviour which is beneficial for subsequent process steps such as conveying, dosing, grinding or drying 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie beschreibt ein Messverfahren zur Bestimmung der Entfeuchtungskinetik und der Grenzen der mechanischen Entfeuchtung (Entfeuch-tungsgleichgewicht)

21、 durch Gasdifferenzdruck eines Filterkuchens. Sie dient als Grundlage fr quantita-tive Aussagen ber die mechanische Entfeuchtbar-keit weitgehend inkompressibler Filterkuchen mit-tels Gasdifferenzdruck. Sie setzt die Richtlinie VDI 2762 Blatt 2 fort, in der die Bildung derartiger Filterkuchen aus ein

22、er Suspension beschrieben wird. Entsprechend dem Bereich typischer technischer Anwendungen wird die Gasdruckdifferenz nach oben auf ca. 0,6 MPa (6 bar) begrenzt. 1 Scope This standard describes a measurement procedure to determine the deliquoring kinetics and limits of mechanical deliquoring (deliqu

23、oring equilibrium) of a filter cake by a gas pressure difference. It pro-vides the basis for quantitative statements about the mechanical deliquorability of largely incompressi-ble filter cakes by means of gas differential pres-sure. It is a continuation of Standard VDI 2762 Part 2, which describes

24、the formation of these types of filter cake from a suspension. The maximum gas pressure difference is limited to approximately 0,6 MPa (6 bar) for the typical range of technical applications. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStanda

25、rdsCollection - Stand 2017-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 2762 Blatt 3 / Part 3 3 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 2762 Blatt 1:2006-09 Mechanische Fest-Flssig-Trennung durch K

26、uchenfiltration; ber-sicht VDI 2762 Blatt 2:2010-12 Filtrierbarkeit von Sus-pensionen; Bestimmung des Filterkuchenwider-stands 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: VDI 2762 Part 1:2006-09 Mechanical solid-liquid-separation

27、 by cake filtration; Overview VDI 2762 Part 2:2010-12 Mechanical solid-liquid separation by cake filtration; Determination of filter cake resistance 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Begriffe nach VDI 2762 Blatt 1 und Blatt 2 sowie die folgenden Begriffe: Porositt (Porositt de

28、s Filterkuchens, Kuchenporositt, ) Hohlraumvolumenanteil des Filterkuchens Restfeuchte (RF) Verhltnis der im Filterkuchen verbliebenen Fls-sigkeitsmasse zur gesamten Masse des feuchten Kuchens Sttigungsgrad (S) Verhltnis des mit Flssigkeit gefllten Poren-raums VLzum insgesamt durch die Poren im Fil-

29、terkuchen gegebenen Hohlraumvolumen VHTrockensubstanz (TS) Verhltnis der im Filterkuchen verbliebenen Tro-ckenmasse zur gesamten Masse des feuchten Ku-chens Volumenbeladung (BV) Verhltnis des im feuchten Filterkuchen verbliebe-nen Flssigkeitsvolumens zum Feststoffvolumen des Kuchens 3 Terms and defi

30、nitions For the purposes of this standard, the terms and definitions as per VDI 2762 Part 1 and Part 2 and the following terms and definitions apply: porosity (porosity of the filter cake, cake porosity, ) volume of pores in the filter cake residual moisture (RF) ratio of mass of liquid remaining in

31、 the filter cake to total mass of the moist cake saturation (S) ratio of liquid-filled pores VLto total void volume VH in the filter cake total solids (TS) ratio of dry mass remaining in the filter cake to total mass of the moist cake liquid load (BV) ratio of volume of liquid remaining in the moist

32、 filter cake to volume of solids 4 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Bezeichnung Einheit A Filterflche m2 a, b Anpassungsparameter BV Volumenbeladung cEEindampfrckstand g/g hSt kapillare Steighhe m He Kuchenhhe am Ende der

33、Filtra-tion m K Entfeuchtungskennzahl ML Masse der Flssigkeit im Filter-kuchen kg 4 Symbols The following symbols are used throughout this standard: Symbol Designation Unit A filter area m2 a, b fitting parameters BV liquid load ratio by volume cEtotal dissolved solids g/g hSt capillary height m He

34、cake thickness at the end of the filtration process m K characteristic deliquoring number ML liquid mass remaining in the fil-ter cake kg B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04 4 VDI 2762 Blatt 3 / Par

35、t 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 Formelzeichen Bezeichnung Einheit ML,e Masse der Flssigkeit im Filter-kuchen am Ende der Entfeuch-tungszeit kg ML,t Masse des im Zeitintervall t angefallenen Filtrats kg Ms,f Masse des feuchten Filterkuchens kg Ms,tr Masse

36、des trockenen Filterku-chens, Trockenmasse kg R Kapillarradius m R Krmmungsradius m RF Restfeuchte RF0 Restfeuchte am Beginn der Ent-feuchtungszeit RFe Restfeuchte am Ende der Ent-feuchtungszeit RF Gleichgewichtsrestfeuchte RFrremanente Restfeuchte pg Gasdruck Pa pk Kapillardruck Pa pke kapillarer E

37、intrittsdruck Pa pL Flssigkeitsdruck Pa p Druckdifferenz Pa S Sttigungsgrad Se Sttigung am Ende der Entfeuch-tung S Gleichgewichtssttigung Sr remanente Sttigung TS Trockensubstanz T Zeit s t Zeitintervall s t0 Startzeit der Entfeuchtung s te Ende der Entfeuchtungszeit s gVGasdurchsatz m3/(m2h) VH Ho

38、hlraumvolumen im Filterku-chen m3VL Flssigkeitsvolumen im Filterku-chen m3 Vs,tr Feststoffvolumen im Filterkuchen m3VK Volumen des Filterkuchens m3H auf die Kuchenhhe bezogener Filterkuchenwiderstand 1/m2 L,g Grenzflchenspannung der Fls-sigkeit N/m Benetzungsrandwinkel Porositt L dynamische Viskosit

39、t der Fls-sigkeit Pa s = N s/m2Symbol Designation Unit ML,e liquid mass remaining in the filter cake at the end of deliq-uoring time kg ML,t filtrate mass being produced in the time interval t kg Ms,f moist mass of the filter cake kg Ms,tr dry mass of the filter cakekg R cylindrical capillary radius

40、 m R radius of curvature m RF residual moisture RF0 residual moisture at the begin-ning of the deliquoring process RFe residual moisture at the end of the deliquoring process RF residual moisture at equilibrium RFrremanent residual moisture pg gas pressure Pa pk capillary pressure Pa pke capillary e

41、ntry pressure Pa pL liquid pressure Pa p pressure difference Pa S degree of saturation Se saturation at the end of deliq-uoring S equilibrium saturation Sr remanent saturation TS dry substance T time s t time interval s t0 starting time of deliquoring s te end of deliquoring time s gVgas throughput/

42、gas flow rate m3/(m2h) VH void volume in the filter cake m3VL liquid volume in the filter cake m3 Vs,tr solid volume in the filter cake m3VK volume of the filter cake m3H specific filter cake resistance related to cake thickness 1/m2 L,g surface tension of the liquid N/m contact angle porosity L dyn

43、amic viscosity of the liquid Pa s = N s/m2B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 2762 Blatt 3 / Part 3 5 Formel-zeichen Bezeichnu

44、ng Einheit s spezifische Feststoffdichte kg/m3 L spezifische Flssigkeitsdichte kg/m3 Symbol Designation Unit s specific solids density kg/m3 L specific liquid density kg/m3 5 Physikalische Grundlagen wesentlicher Begriffe Im Folgenden werden die physikalischen Grundla-gen wesentlicher Begriffe aus A

45、bschnitt 3 erlutert, die den Flssigkeitsgehalt in Filterkuchen charak-terisieren und damit insbesondere fr die hier vor-liegende Richtlinie von Belang sind. Zur Kennzeichnung des Flssigkeitsgehalts in ei-nem Filterkuchen sind unterschiedlich definierte Kenngren in Gebrauch, die dimensionslos sind. E

46、ine Angabe der jeweils verwendeten Berech-nungsmethode ist daher zu empfehlen, um Eindeu-tigkeit herzustellen und um gravierende Irrtmer auszuschlieen. Im Folgenden werden einige der gebruchlichsten Gren definiert und erlutert. Die Gren lassen sich rechnerisch ineinander berfhren. Die nach der Entfe

47、uchtung im Kuchen verbliebene Flssigkeit wird in aller Regel gravi-metrisch bestimmt. Zunchst wird der feuchte Fil-terkuchen gewogen, dann thermisch getrocknet und schlielich wird die Trockenmasse ermittelt. 5 Physical principles of key terms The physical principles of key terms from Sec-tion 3 whic

48、h characterise the liquid content of filter cakes and are therefore particularly relevant to this standard are explained below. Various different dimensionless parameters are used to determine the liquid content of a filter cake. Thus it is advisable to indicate the calculation method used in the in

49、terests of clarity and so as to avoid serious errors. Some of the most widely used variables are defined and explained below. The variables can be converted from one to another mathematically. The liquid remaining in the cake after deliquoring is normally determined by gravi-metric analysis. The moist filter cake is initially weighed, then thermally