Объемная доля жидкости в пене определяется как 2 страница

Техническая характеристика барабанных вакуум-фильтров нормального ряда

Таблица 3.4

Марка фильтра	Фильтр Fф, м2	Диаметр барабана м	Ширина барабана м	Мощность привода кВт	Частота вращения С-1
Б1 1/0,35 Б3 1,6/0,6 Б5 1,75/0,9 Б10 1,75/1,8 Б20 2,6/2,6		1,00 1,60 1,75 1,75 2,60	0,35 0,60 0,90 1,8 2,60	0,074-0,22 0,74-1,03 1,25-1,18 1,25-1,99 1,77-3,6	0,002-0,5

 

3.2. Технологический расчет

3.2.1. Определение производительности

Производительность фильтра по фильтрату рассчитывается как

, (3.2)

где - средняя скорость фильтрования за весь цикл обработки суспензии на фильтре, м/с; F - поверхность фильтра, м²; k_п – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления фильтровальной перегородки, k_п = 0,8; k_м - учитывает колебание свойств суспен­зии k_м = 0,7÷0,9.

Пересчет производительности фильтра по суспензии или по влажному осадку может быть произведен по уравнениям:

(3.3)

(3.4)

где - отношение объема отфильтрованного осадка к объёму по­лученною фильтрата, ; - масса твердой фазы, отлагающейся при прохождении единицы объема фильтрата, кг/м³, ; W - массовая влажность осадка после просушки;

(3.5)

(3.6)

и - объем осадка и фильтрата, м³; - масса твердого осадка, кг; - массовая концентрация твердой фазы в суспензии, кг/м³; и - плотность жидкости и влажного осадка, кг/м³.

Плотность влажного осадка

(3.7)

Средняя скорость фильтрования

(3.8)

где - объем фильтрата, полученный с I м² фильтра за вре­мя фильтрования , м³/м²; - время полного цикла обра­ботки, с.

Расчет средней скорости фильтрования в случае протекания процесса с образованием осадка базируется на уравнении Рутса-Кармана

, (3.9)

где - время фильтрования, с; - динамическая вязкость фильтрата, Па с; - среднее объемное удельное сопротивление осадка, отнесенное к единице вязкости фильтрата, l/м²; - со­противление фильтрующей перегородки, отнесенное к единице вяз­кости, 1/м; - толщина слоя осадка на фильтрующей перего­родке, м; - перепад давления в фильтрате, Па.

Переменную во времени толщину слоя осадка можно выразить как

(3.10)

и преобразовать уравнение (3.9) к более удобному для последую­щего использования виду:

(3.11)

На практике при проведении технологических расчетов обычно пользуются не , а величиной среднего массового удельного сопротивления осадка (м/кг), которые связаны между собой соотношением

.

Вследствие сжимаемости большинства промышленных осадков их удельное сопротивление зависит от перепада давления в слое осадка . Для инженерных методов расчета, полагая , эту зависимость можно представить в виде степенно­го одночлена

.

Параметры и этого уравнения определяются экспериментально.

Методика расчета фильтра зависит от его конструктивных осо­бенностей, характера заданной и определяемой величины (производи­тельность, поверхность, режим максимальной производительности,
толщина осадка) и режима работы фильтра.
Фильтр может работать в следующих режимах:
- фильтр присоединен к линии вакуума или сжатого газа; |
- обеспечивается подачей суспензии насосами объемного типа (шестеренчатые, поршневые);
и - центробежного типа.

3.3. Определение мощности привода фильтра

Мощность привода барабанного вакуум-фильтра равна

,

где - суммарный момент сопротивления вращения барабана;

- к.п.д. привода фильтра (определяется конструкцией привода).

Значения отдельных моментов сопротивления: - момент сопротивления, создающийся вследствие неуравновешенности осадка при вращении барабана. Осадок покрывает 3/4 по­верхности барабана, поэтому неуравновешенность создается за счет отсутствия осадка на 1/4 фильтрующей поверхности

,

, если осадок покрывает 3/4 поверхности барабана, и - диаметр и длина барабана.

- момент сопротивления срезу осадка

,

где коэффициент трения при срезании осадка;

удельное сопротивление срезу осадка;

- ширина ножа, м.

- момент сопротивления трения барабана о суспензию

.

- момент сопротивления трению вала фильтра о распределительную головку

,

где - число распредголовок, - коэффициент трения; - сила прижатия головки к торцу вала фильтра; (Па) – удельное давление между трущимися поверхностями; - поверхность трения (см²).

,

где , - наружный и внутренний диаметр вала; - число ячеек в распредголовке; - площадь ячеек.

- момент сопротивления трения в подшипниках вала

,

где - вес вала и барабана с осадком, кг; - коэффициент трения цапф вала в подшипнике; - диаметр цапфы.

 

4. ОПИСАНИЕ ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Экспериментальная установка для испытания работы фильтра непрерывного действия (рис.4.1) состоит из насоса-мешалки, ва­куум-насоса, ресивера, емкостей для сбора фильтрата и промывной жидкости и барабанного вакуум-фильтра.

Рис.4.1. Схема экспериментальной установки.

 

Насос-мешалка предназначен для перемешивания суспензии и подачи её в вакуум-фильтр. Насос-мешалка состоит из емкости 1, в которую заливается суспензия, центробежного циркуляционного насоса 2, всасывающей трубы 3 и нагнетательного трубопровода 4. Суспензия забирается циркуляционным насосом из емкости с помощью всасывающей трубы и вновь подается в емкость по нагнетательному трубопроводу. Степень перемешивания суспензии регулируется путем изменения её расхода с помощью крана 5. Часть перемешиваемой суспензии отбирается из нагнетательного трубопровода и по трубе 6 подается в барабанный вакуум-фильтр 7. Излишек суспензии из резервуара вакуум-фильтра по трубе 8 самотеком сливается в ем­кость мешалки. Жидкость для промывки осадка подается по трубо­проводу 26.

Вакуумная система экспериментальной установки состоит из вакуум-насоса 9, ресивера 10 и соединяющего их трубопровода 11. Ресивер соединен с помощью трубопровода 12 с емкостями 13 и 14, сообщающимися трубопроводами 15 и 16 с распределительной голов­кой вакуум-фильтра.

Емкости 13 и 14 предназначены соответственно, для сбора фильтрата и промывной жидкости. Уровень фильтрата и промывной жидкости в емкостях контролируется с помощью водомерных стёкол 17. Опорожнение емкостей 13 и 14 осуществляется через краны 18 и 19.

Величина вакуума в ресивере 10 и емкостях 13 и 14 замеря­ется с помощью вакууметров 20.

В крышке фильтра имеется смотровое окошко, позволяющее ви­зуально наблюдать за работой барабана фильтра.

Амперметр 21 и вольтметр 22 предназначены для определения силы тока и напряжения, потребляемые электродвигателем привода фильтра.

5. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Испытание работы БВФ

1. Ознакомиться с устройством, принципом работы фильтровальной установки, конструкцией фильтра и распределительной головки. Замерить значения величин и . Рассчитать величину по­верхности фильтра .

2. Исходные данные для расчета БВФ: перепад давления ; высота слоя осадка (см. табл. 3.2); влажность отфильтрованного осадка ; ; ; ; ; определяются экспериментально и из справочной литературы.

3. Рассчитать на основании исходных данных (п. 2)следующие вспомогательные величины: - плотность влажного осадка по формуле (3.7); - отношение объема отфильтрованного осадка к объему полученного фильтрата – по уравнению (3.5); - массу твердой фазы, отлагающуюся при прохождении 1 м³ фильтрата, по уравнению (3.6).

4. Так как БВФ работает в режиме , то время фильтрования для получения осадка высоты определяется по формуле

,

где , .

Величина рассчитывается по формулам (3.4) или (3.12).

5. Толщина осадка, образовавшегося за время фильтрования

.

6. Время, необходимое на промывку осадка, рассчитывается по уравнению

,

где ;

- удельный объем промывной жидкости (м³/кг),

7. Для расчета угловой скорости вращения барабана (согласно рис. 3.1 и табл. 3.3) принимаются углы распределения технологических зон , и по формуле (3.1) определяется суммарный угол съема осадка и мертвых зон. Ориентировочная угловая скорость вращения барабана (рад/с), обеспечивающая набор осадка заданной толщины и дальнейшую его промывку и сушку, определяют из уравнения

.

Время сушки задается на основании экспериментальных, а время промывки принимается

,

где .

Время цикла (полного оборота барабана) работы фильтра равно

.

8. Требуемый угол зоны фильтрования .

Частота вращения барабана (с^-1)

Полученное значение проверяют с каталожным диапазоном скоростей вращения барабана (см. табл. 3.3 и 3.4).

9. Определить расчетную производительность по фильтрату по формуле (3.2) с учетом выражений (3.8) и (3.10).

10. После выхода фильтра на установившийся режим работы замерить объем полученного фильтрата за некоторый промежуток времени и определить фактическую производительность фильтра как

.

Найденную фактическую производительность сравнить с ее расчетным значением.

11. По формулам (3.14) – (3.20) рассчитать мощность привода БВФ и сравнить с экспериментальными и каталожными данными (см. табл. 3.3 и 3.4).

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по выполненной работе должен содержать описание цели и задачи работы, схему лабораторной установки, расчетные схемы основных конструктивных элементов Б В Ф, вое исходные данные для расчета и данные об испытании работы фильтра, расчетные фор­мулы и выражения с обязательным анализом размерностей всех вели­чин и параметров, необходимые расчеты основных технологических параметров. В конце отчета привести алгоритм расчета Б В Ф в виде блок-схемы.

7. ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

1. На основании каких принципов производится выбор типа фильтра?

2. Какие основные технологические и конструктивные параметры БВФ?

3. В чем заключается методика технологического расчета БВФ?

4. Чем определяются и какие на практике реализуются режимы фильтрования? 1

5. В каком режиме работают вакуум-фильтры и фильтры под давлением сжатого газа?

6. Какие преимущества и недостатки фильтров непрерывного и пе­риодического действия?

7. Как определить необходимое время фильтрации при ?

8. Как определить поверхность фильтрования?

9. Как определить производительность фильтра?

10. Как рассчитать скорость вращения барабана для фильтра непре­рывного действия?

11. Как определяется мощность привода барабанного вакуум-фильтра?

 

8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГОСУДАРСТВННЫХ СТАНДАРТОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ И ОФОРМЛЕНИИ ОТЧЕТА

Измерение всех параметров при исследовании работы фильтров приводить в соответствии с ГОСТ 8.010-72. Все обозначения, ис­пользуемые в лабораторной работе, должны быть по международной системе единиц ГОСТ 8.417-81.

Отчет по лабораторной работе оформлять в соответствии с ГОСТ 8.011-72.

Требования к технике безопасности составлены в соответствии с ГОСТ 12.2.003-74.

ЛИТЕРАТУРА

1. Конспект лекций по курсу "Машины и аппараты химической промышленности".

2. Жужиков В.А. Фильтрование. М., Химия, 1968.

3. Машины и аппараты химических производств. Примеры и задачи.
Под ред. Соколова В.И., Л., Машиностроение, 1982.

4. Машины и аппараты химических производств. Под ред. д.т.н.,
проф. Чернобыльского И.И., М., Машиностроение, 1975.

 

РАБОТА № 3

 

ОСАДИТЕЛЬНАЯ ЦЕНТРИФУГА С НОЖЕВОЙ ВЫГРУЗКОЙ ОСАДКА

 

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с устройством и принципом действия центрифуги полупериодического действия с ножевой выгрузкой осадка. Экспе­риментально определить производительность центрифуги по подава­емой суспензии и по твердой фазе. Рассчитать аналитически производительность центрифуги по поступающей суспензии и по твердой фазе и сравнить с экспериментальными данными.

 

2. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Осаждение под действием центробежной силы применяется для разделения суспензий и эмульсий. Для того, чтобы к осаждаемым частицам приложить центробежные силы, необходимо разделяемый по­ток ввести в поле действия центробежных сил.

Для создания поля центробежных сил поток жидкости направ­ляют во вращающийся аппарат, где она вращается вместе с аппара­том, Этот процесс называется отстойным центрифугированием, а ап­парат - отстойной центрифугой.

Разделяющая способность отстойных центрифуг характеризует­ся индексом производительности , который является произведе­нием площади цилиндрической поверхности осаждения F в роторе на фактор разделения Кр.

(2.1)

Фактором разделения называется отношение центробежного ус­корения к ускорению силы тяжести

(2.2)

Горизонтальная центрифуга с ножевым устройством для удале­ния осадка является нормальной отстойной центрифугой. Она ха­рактеризуется периодичностью операций рабочего цикла при непре­рывном вращении ротора и автоматизацией этих операций.

Порядок работы центрифуги с ножевой выгрузкой осадка (рис. 2.1) следующий:

Рис.2.1. Центрифуга с ножевой выгрузкой осадка. 1 - ротор; 2 - труба для подачи суспензии; 3 - кожух; 4 - штуцер для удаления фугата; 5 - нож; 6 - гидравличес­кий цилиндр для подъема ножа; 7 - наклонный желоб, канал для удаления осадка.

 

Во вращающийся ротор через трубу поступает суспензия, которая равномерно распределяется по поверхности обечайки. Через определенный промежуток времени клапан питательной трубы закрывается: происходит фугование продукта.

Когда фугование закончено, поршень поднимает нож вверх, медленно врезающийся во вращающийся осадок. Срезанный осадок собирается в лоток. Когда верхняя кромка ножа находится на расстоянии 2-3 мм от стенки ротора, поршень начинает опускаться, и нож принимает первоначальное положение внизу. В это время автоматически открывается клапан питательной трубы и суспензия снова начинает поступать в ротор.

 

2.1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОТСТОЙНОЙ ЦЕНТРИФУГИ С НОЖЕВОЙ ВЫГРУЗКОЙ ОСАДКА.

Производительность центрифуги по суспензии , обеспечивающая заданную крупность разделения , рассчитывается по уравнению

, (2.3)

где - средний диаметр потока жидкости в центрифуге, м; - длина пути осаждения, м; - фактор разделения, рассчитанный по среднему диаметру; = 0,2-0,25 – коэффициент эффективности разделения; - скорость свободного гравитационного осаждения твердых частиц с размером, равным заданной крупности разделения .

Средний диаметр потока жидкости в барабане центрифуги определяется из выражения

, (2.4)

где - внутренний диаметр центрифуги, м; - диаметр слива жидкости, м.

Фактор разделения, соответствующий среднему диаметру, определяется по зависимости

(2.5)

где - частота вращения ротора центрифуги, с^-1.

Скорость осаждения в поле сил тяжести может быть найдена с помощью графической зависимости на рис. 2.2. Критерий Архимеда для заданной крупности разделения записывается в виде

(2.6)

где - размер частицы, равный заданной крупности разделения, м; и - соответственно плотность твердой и жидкой фазы, кг/м³; - вязкость жидкости, Па×с.

Рис. 2.2.

1 и 6 – шарообразные частицы; 2 – округленные; 3 – угловатые; 4 – продолговатые; 5 – пластинчатые.

Скорость осаждения рассчитывается из выражения для критерия Лященко

(2.7)

Производительность центрифуги по твердой фазе находится по формуле

(2.8)

где -плотность суспензии, кг/см^3;; -массовая концентрация твердой фазы, доли.

Плотность суспензии определяется

(2.9)

Коэффициент заполнения барабана осадком для осадительных центрифуг принимают равным = 0,5-0,6.

Время полного цикла обработки суспензии в отстойной центрифуге

, (2.10)

где - время подачи суспензии в центрифугу, с; - время отсоса жидкости, оставшейся над осадком, с; - время, затрачиваемое на вспомогательные операции, с.