Теоретичні основи апаратної технології

Вступ

У нафтохімічній технології з метою поділу макроскопічних неоднорідних середовищ (таких, наприклад, як водно-крейдова суспензія чи запилений газ) на складові частини (суцільну і дисперсну фази) широко застосовують процес фільтрування. У наближенні інженерно-фізичних моделях скороченого опису фільтрування можна розглядати як типовий гідромеханічний процес руху гетерогенних середовищ через пористі середовища (перегородки), здатні пропускати суцільну фазу, але затримувати дисперсні частки визначених розмірів (від 100 до 0,5 мкм). У цьому процесі прийнято називати пористі перегородки фільтруючими, дисперсну фазу, затримувану на них (чи усередині них), осадом, а суцільну фазу, що пройшла через перегородки, фільтром. У даній роботі розглядається процес фільтрування рідинних суспензій з утворенням осаду на поверхні перегородки - фільтруючої тканини, при цьому осад, що відкладається на ній, також виконує функції фільтруючого середовища.

1. Теоретичні відомості

1.1 Характеристика фільтрів періодичної дії

Для підвищення продуктивності будь-якого фільтру необхідно, як вже зазначено, прагнути до видалення осаду з фільтрувальної перегородки при можливо меншій його товщині. Стосовно до фільтрів безперервної дії (за інших незмінних умовах поділу даної суспензії) для цього можна збільшити швидкість переміщення фільтрувальної перегородки по замкнутому циклу. Так, товщина шару осаду на фільтрувальної перегородці буде зменшуватися в міру збільшення числа обертів барабанних і дискових фільтрів або швидкості переміщення фільтруючих пристроїв стрічкового фільтра. Однак можливість збільшення швидкості переміщення фільтрувальної перегородки обмежена утрудненнями, що виникають при видаленні з перегородки шару осаду невеликої товщини. Для обертових барабанних фільтрів з зовнішньої фільтрувальної перегородкою, частково зануреної в суспензію, а також для фільтрів з вертикальними обертовими дисками можливість зростання числа їх оборотів обмежується також тим, що при збільшенні швидкості переміщення фільтрувальної перегородки таких фільтрів можливо змивання зовнішнього пухкого шару осаду суспензією. У звичайних умовах такого змивання, по видимому, не відбувається, на що вказують дані проведеного автором обстеження роботи обертового барабанного вакуум-фільтра у виробництві літопона. При обстеженні протягом 2,5 години через кожні 15 хв відбиралися проби суспензії, що надходить в резервуар фільтра, а також що знаходиться в тій частині фільтра, яка найбільш віддалена від місця надходження суспензії. Було встановлено, що середня питома вага надходить суспензії при 50 ° С становив 12 900 к * лг3 і в межах похибки вимірювань практично не відрізнявся від питомої ваги суспензії (12 880 н лг3) в резервуарі при тій же температурі. Питання про те, яка найменша товщина осаду допустима для досягнення найбільшої продуктивності фільтру з урахуванням можливості видалення осаду з фільтрувальної перегородки, а також запобігання змивання його зовнішнього шару суспензією, в окремих випадках слід вирішувати дослідним шляхом.

Розрахунок фільтрів періодичної і безперервної дії проводиться з використанням одних і тих же основних рівнянь фільтрування, а також рівнянь, що характеризують процеси промивання й зневоднення. Це пояснюється тим, що будь-який досить малий ділянку фільтрувальної перегородки на фільтрі безперервної дії можна розглядати як переміщається елементарний фільтр періодичної дії, на якому товщина рівномірного шару осаду за час фільтрування збільшується від нуля до максимального значення. При цьому процеси, що протікають на сукупності таких елементарних фільтрів, сумарно дають ефект, ідентичний роботі безупинно діючого фільтра. Це стає зрозумілим, якщо врахувати, що основні закономірності фільтрування справедливі незалежно від того, переміщується чи елементарний фільтр за певною замкнутої кривої або він залишається нерухомим стосовно суспензії. Сказане справедливо тільки за тієї умови, якщо швидкість переміщення елементарного фільтра недостатня для виникнення таких явищ, як змивання верхнього пухкого шару осаду суспензією, а також прояви дії відцентрових або інших інерційних сил.

Існують методи розрахунку барабанного і дискового вакуум-фільтрів з урахуванням специфічних особливостей конструкції і дії кожного фільтра

З основного рівняння фільтрування при постійній різниці тисків з урахуванням балансів рідини і твердої речовини в процесі поділу суспензії виведено рівняння, яке використано для аналізу продуктивності безупинної дії фільтрів.

Знайдено також, що при низьких концентраціях суспензії вплив опору фільтрувальної перегородки на продуктивність фільтра позначається сильніше, ніж при високих концентраціях. У зв'язку з цим рекомендують розділяти суспензії з низькою концентрацією грі допомоги фільтрувальної перегородки з відносно великими порами, а отриману частину мутного фільтрату згущувати і повертати на фільтрування.

При інтегруванні диференціального рівняння для елементарної площадки поверхні фільтрування (з використанням даних матеріального балансу) отримано рівняння, що описує процес поділу суспензії на безупинно діючим фільтрі і по суті аналогічне відповідному рівнянню для періодичної дії фільтра. У цьому рівнянні враховано вплив гідростатичного тиску шару суспензії в резервуарі на різницю тисків при фільтруванні. У результаті аналізу отриманого рівняння за умови, що опором фільтрувальної перегородки та гідростатичним тиском можна знехтувати, встановлено, що із збільшенням в k раз зануреної в суспензію поверхні барабана, швидкості обертання барабана або різниці тисків продуктивність фільтра зростає в Yk разів.

Виходячи з основного рівняння фільтрування (11,6), без урахування опору фільтрувальної перегородки отримані [349] для обертового барабанного вакуум-фільтра співвідношення V = ат ~ 0'5 і hoc = 6т0, 5, де а і b - постійні при незмінних умовах фільтрування. З першого співвідношення випливає, Що при збільшенні швидкості обертання барабана в k разів і, отже, зменшенні т на таке ж число разів продуктивність фільтра зростає в УТ раз ..

На основі наведених співвідношень дан простий метод графічного визначення продуктивності барабанного вакуум-фільтра в залежності від швидкості обертання барабана. Були проведені досліди з розділення водних суспензій двох сортів картопляного крохмалю на обертовому барабанному вакуум-фільтрі з поверхнею фільтрування 0,24 м2 при змінній швидкості обертання барабана (в межах 0,43 - 1,87 про * хв ~ 1):Результати дослідів підтвердили правильність рівняння, що виражає залежність між продуктивністю фільтра і швидкістю обертання барабана. Це рівняння в дещо зміненому вигляді можна написати наступним зразком:

1.2 Розділення суспензій з використанням допоміжних речовин

Нечасто швидкість фільтрування швидко зменшується слідомствие закупорювання пір фільтрувальної перегородки проникающими в них твердими частинками, як було описано в розділі III. Таке явище спостерігається, якщо в суспензії містяться тонко-дисперсні тверді частинки розміром приблизно до 5 мкм при невеликій концентрації їх, що ускладнює утворення сво-Диков над входами, в пори.

Швидкість фільтрування може також швидко знизитися, якщо тверді частки суспензії являють собою легко деформуються флокули, які закривають входи в пори фільтрувальної перегородки.

В даний час для запобігання зменшення швидкості фільтрування в обох зазначених випадках все більше поширення знаходить фільтрування з використанням допоміжних речовин, які є тонко-дисперсними, проникними для рідини матеріалами, що затримують тверді частинки.

Ці речовини або наносять попередньо у вигляді шару на фільтрувальну перегородку, що запобігає закупорювання її, пір частинками розділяється суспензії, або додають до суспензії перед її поділом, що покращує структуру утворюється осаду і зменшує його питомий опір.

В якості допоміжних речовин застосовується велика кількість різноманітних матеріалів, до яких, зокрема, відносяться: діатоміт, перліт, азбест, целюлоза, деревна мука, деревне вугілля, силікагель, гіпс, летюча зола, а також суміші цих матеріалів, наприклад діятимуть з перлітом

Властивості змішаних допоміжних речовин визначаються характеристиками складових їх компонентів. Додаток до діатоміту до 7,5% азбесту забезпечує отримання більш стійких шарів допоміжної речовини на фільтрувальної перегородці, запобігає прониканню частинок діятимуть через її пори і полегшує відділення шару допоміжної речовини від тканини. Додавання волокнистих матеріалів, наприклад азбесту або целюлози, особливо необхідно, коли в якості фільтрувальної перегородки застосовуються відносно рідкісні сітки з дроту або синтетичних волокон.

У деяких випадках допоміжна речовина володіє адсорбційним дією, в результаті чого при фільтруванні можуть відділятися частинки розміром до 0,1 мкм. Адсорбційна здатність деяких допоміжних речовин (відбілюючи земля, активоване вугілля) проявляється у знебарвленні рідкої фази суспензії, що використовується при обробці жирів і масел . Допоміжні речовини застосовуються також при отриманні цукру, пива, вина, желатину, антибіотиків, гліцерину, розчинників, синтетичних смол, їдкого натру, сірки, солей урану, для очищення води, гальванічних розчинів і в ряді інших випадків. При цьому використовують фільтрпресі, фільтри з горизонтальними камерами, листові та патронні фільтри, обертові барабанні фільтри.

Допоміжні речовини оцінюють за швидкістю фільтрування та чистоті фільтрату. Тонко-дисперсні допоміжні речовини забезпечують отримання чистого фільтрату, але мають велике питомий опір, внаслідок чого швидкість фільтрування при їх використанні відносно невелика. Грубо-дисперсні допоміжні речовини мають знижений питомий опір, відповідно до ніж швидкість фільтрування при їх застосуванні порівняно висока, але при цьому зазвичай виходять мутні фільтрат. Тому при емпіричному виборі допоміжної речовини слід керуватися правилом: доцільно вибирати таке допоміжне речовина, яка має максимальним розміром пір, визначеним розміром і формою його частинок, і забезпечує отримання достатньо чистого фільтрату.

Допоміжні речовини повинні володіти рядом властивостей. До їх числа відносяться:а) Здатність утворювати на фільтрувальному перегородці-осад з високою пористістю (0,85-0,90), що сприяє підвищенню швидкості фільтрування і створює простір для акурамуляціі твердих частинок. Не слід забувати, щоб величина пористості не визначається розміром пор, оскільки висока пористість можлива при наявності пір дуже малого розміру. У зв'язку з цим необхідно відзначити, що частинки діятимуть або перліту мають вигадливу форму, запобігаючи щільне укладання в шарі допоміжної речовин .б) Мала питома поверхня, оскільки гідравлічний опір викликається тертям рідини об поверхню частинок; при цьому питома поверхня частинок обернено пропорційна їх розміром. Ступінь дисперсності часток і відповідна різниця в питомих поверхнях обумовлюють головне розходження в якості допоміжної речовини з одного і того ж матеріалу. Наприклад, більшість сортів діятимуть володіє приблизно однаковою пористістю; однак грубо дисперсні Сорти, що відрізняються меншим гідравлічним опором, мають набагато меншу питому поверхню, ніж тонко-дисперсні сорту; характеризуються підвищеним гідравлічним опором. ) Вузький фракційний склад, так як тонко-дисперсні частинки збільшують гідравлічний опір шару допоміжні речовини, а крупно-дисперсні частки мають гіршим поділяючим дією. Для досягнення бажаного розподілу часток за розмірами допоміжна речовина піддають обробці, що складається у відділенні крупно дисперсних частинок з наступною повітряної класифікацією, при якій віддаляються тонко-дисперсні частинки.

г) У тому випадку, коли шар допоміжної речовини утворюється на досить рідкісних сітках з дроту або синтетичних волокон, від оптимального розподілу його частинок за розміром доводиться відхилятися, додаючи невелику кількість крупно-дисперсних частинок; це забезпечує швидке утворення сводіков і відкладення шару допоміжної речовини. Середній розмір часток одного з «ортов діятимуть становить 8 мкм. Такі частинки будуть проходити через отвори в дротяній сітці шириною 175 мкм. Однак немає необхідності додавати значна кількість крупно-дисперсних частинок розміром більше 175 мкм, оскільки сводікі утворюються з двох або більше частинок меншого розміру; в розглянутому випадку достатньо додати невелику кількість частинок розміром близько 100 мкм.

Крім того, допоміжна речовина має бути хімічно інертно по відношенню до рідкої фазі суспензії і не розчинятися в ній.

Кожна допоміжна речовина повинне мати кілька сортів, що відрізняються за розміром, частинок; для розділення даної суспензії дослідним шляхом підбирають найбільш підходящий сорт певного допоміжної речовини, здатний задовільно затримувати тверді частинки розділяється суспензії. На властивості допоміжної речовини впливає попередня фізична або хімічна обробка. Затримує здатність допоміжної речовини, нанесеного на фільтрувальний перегородку, залежить від концентрації його в суспензії і швидкості фільтрування при його нанесенні. Тут спостерігаються такі ж залежності пористості і питомого опору осаду від концентрації суспензії і швидкості фільтрування, які були відзначені в главі V для процесу розділення суспензій з утворенням осаду на фільтрувальному перегородці

Ці способи полягають у наступному.

1. Допоміжна речовина в необхідній кількості додається до поділюваного суспензії і рівномірно розподіляється в ній перемішуванням, після чого Здійснюється процес фільтрування. При цьому допоміжна речовина збільшує концентрацію твердих частинок; це сприяє утворенню сводіков і створює жорстку структуру, що зменшує схильність флокул до деформації. У зв'язку зі сказаним слід зазначити, що для утворення сводіков кутасті частки переважніше, ніж округлі.

Існує загальне наближене правило, відповідно до якого вага допоміжної речовини, яку додають до суспензії, повинен бути рівний вазі містяться в ній твердих частинок; зазвичай кількість допоміжної речовини становить 0,01 - 4% від ваги суспензії, однак уточнене кількість цієї речовини можна встановити тільки досвідченим шляхом. Кількість допоміжної речовини не повинно бути занадто великим, щоб уникнути помітного зменшення швидкості фільтрування. Як уже зазначено, допоміжна речовина необхідно вибирати з таким розрахунком, щоб при можливо великому розмірі своїх часток воно забезпечувало належну чіткість поділу вихідної суспензії.

Крім запобігання пір фільтрувальної перегородки від закупорювання, додавання допоміжної речовини до суспензії, дає осад з великим опором, може призвести до зменшення опору в кілька разів.

Поділ на фільтрі суспензії з додаванням до неї допоміжної речовини протікає у відповідності з закономірностями фільтрування з утворенням осаду на фільтрувальної перегородки. У звичайних координатах тривалість фільтрування - кількість фільтрату виходить крива, що проходить через початок координат і наближається до правильної параболі тим більше, чим менше опір фільтрувальної перегородки. У результаті нанесення тих же величин в логарифмічних координатах за умови, що опором фільтрувальної перегородки можна знехтувати, виходить пряма лінія, нахилена до осі абсцис і відсікає на осі ординат деякий відрізок [234]. Наявність такої лінійної залежності дозволяє екстраполювати результати досвіду, проведеного, наприклад, протягом 1 року, на тривалість процесу в кілька годин. Ця можливість обумовлює економію часу при виборі допоміжної речовини, коли потрібно провести значне число дослідів.

2. На поверхню фільтрування, головним чином, періодично діючих фільтрів допоміжна речовина може бути нанесено попередньо у вигляді шару товщиною 0,8-2,5 мм, що відповідає витраті діятимуть або перліту 2,5-7,5 н і Мета лози або азбесту 1 -5 н на 1 м2 поверхні фільтрування. Нанесення шару допоміжної речовини виробляється поділом на даному фільтрі його суспензії в чистому фільтраті, заздалегідь отриманому при поділі вихідної суспензії, і сопроводжуеться циркуляцією рідини до тих пір, поки не буде отриманий цілком прозорий фільтрат; зазвичай це відбувається приблизно через 15 хв. Ємність посудини для суспензії допоміжної речовини повинна в 1,5-2,0 рази перевищувати ємність фільтра і сполучних каналів. Згаданий посудину має пропелерну мішалку з великими лопатями, що обертається з відносно невеликою швидкістю. Замість фільтрату, отриманого при поділі вихідної суспензії, можна використовувати іншу рідину, сумісну з рідкою фазою суспензії.

При нанесенні тонкого шару допоміжної речовини необхідно по можливості забезпечити його однакову товщину по всій поверхні фільтрування. Нерівномірність цього шару по товщині може виникнути, зокрема, через неоднакового опору фільтрувальної перегородки в різних її частинах, а також внаслідок занадто швидкого або повільного надходження суспензії допоміжної речовини на зазначену перегородку.

Шар допоміжної речовини діє як фільтрувальна перегородка в подальшому процесі фільтрування. При нанесенні цього шару на тканину або папір він охороняє їх пори від закупорювання. При нанесенні на металеву сітку він забезпечує затримування тонко-дисперсних твердих частинок.

Попереднє нанесення тонкого шару допоміжної речовини на фільтрувальну перегородку доцільно в тому випадку, коли концентрація твердих частинок в розділяється суспензії невелика.

Закономірності розглянутого процесу недостатньо ясні. Мабуть, тут відбувається проникання твердих частинок розділяється суспензії в пори шару допоміжної речовини і затримування цих частинок на поверхні згаданого шару. Для запобігання проникнення в пори і відкладення у вигляді вторинного шару тонко-дисперсних частинок суспензії, що значною мірою може знизити швидкість фільтрування, доцільно порозділяється суспензії додати додаткову кількість того ж допоміжної речовини]. Додаток допоміжної речовини до колективної суспензію проводиться двома шляхами. Якщо суспензія, що розділяється виходить періодично, допоміжна речовина змішується з нею в резервуарі з мішалкою. Якщо зазначена суспензія виходить безперервно, допоміжна речовина вводиться також безперервно в потік суспензії за допомогою дозуючих пристроїв. Одна з можливих схем дозування допоміжної речовини показана на рис. Х-1 [215]

Відцентрований насос 1 подає суспензію на фільтр 2 по трубопроводу, на якому встановлені витратомір 3 та нефелометр 4. Витратомір 3 за допомогою автоматичної системи впливає на передавальне пристрій 5, що приводить в рух дозувальні насоси б і 7, які подають суспензію допоміжної речовини на фільтр 2 з резервуарів 8 і 9. Нефелометр 4 автоматично регулює продуктивність насоса 6. Інший нефелометр 10, розташований на трубопроводі, по якому віддаляється фільтрат, автоматично регулює продуктивність насоса 7. Таким чином, кількість допоміжної речовини, що надходить на фільтр 2, встановлюється залежно від витрати суспензії, ступеня каламутності її і фільтрату. Можливо також надходження допоміжної речовини в сухому вигляді з дозуючого живильника в невеликий резервуар з мішалкою, через який безперервно протікає суспензія, що розділяється.3. На поверхню фільтрування обертових барабанних фільтрів, що працюють під вакуумом або тиском, попередньо наносять шар допоміжної речовини товщиною 50-100 мм, використовуючи суспензію цієї речовини в заздалегідь отриманому фільтраті або в іншій відповідній рідині.

Під час нанесення шару допоміжної речовини не виключено утворення в ньому тріщин, через які тверді частинки при наступному фільтруванні будуть проникати до фільтрувальної перегородці і закупорювати її пори. Для запобігання утворення тріщин допоміжна речовина слід наносити у вигляді щільного шару, що досягається застосуванням суспензії допоміжної речовини невеликій концентрації (2-4%) при найбільшій швидкості обертання барабана фільтра. При цьому різниця - тисків на початку нанесення шару допоміжної речовини повинна бути відносно невеликий і поступово зростати в міру збільшення товщини цього шару до; значення, рівного різниці тисків на початку наступного процесу поділу вихідної суспензії. Додавання до діатоміту або перліту деяких волокнистих речовин також сприяє запобіганню розтріскування шару допоміжної речовини. Допоміжні речовини схильні до агрегації в нейтральних рідинах. Тому, якщо розділяється вихідна суспензія з досить високим значенням p H, для приготування суспензії допоміжної речовини не слід застосовувати нейтральну рідку фазу, Оскільки при поділі згаданої вихідної суспензії. може відбутися руйнування агрегатів допоміжної речовини та розтріскування його шару.

При поділі вихідної суспензії в першу чергу закупорюються пори в тій частині шару допоміжної речовини, яка стикається з суспензією. У зв'язку з цим при обертанні барабана фільтра вказану частину шару безперервно зрізають ножовим пристроєм, який за допомогою особливого механізму повільно переміщається до фільтрувального перегородці. Швидкість переміщення ножового пристрою зазвичай знаходиться в межах 0,01-0,1 мм за 1 оборот барабана. У результаті постійно утворюється свіжа поверхню фільтрування та швидкість процесу не сповільнюється. В даному випадку допоміжна речовина має вибиратися так, щоб тонко-дисперсні частинки розділяється суспензії проникали в нього в мінімальній кількості; це дозволяє здійснювати фільтрування при дуже тонко зрізати частини шару допоміжної речовини. У деяких випадках тонко-дисперсні тверді частинки майже не проникають в пори шару допоміжної речовини; при цьому ножове пристрій залишається практично нерухомою протягом тривалого часу. У таких умовах цикл фільтрування може тривати тиждень і більше.

Аналогічний спосіб роботи можна застосовувати і для фільтрів періодичної дії. Так, в горизонтальному циліндричному листовому фільтрі зовнішня частина досить товстого шару допоміжної речовини періодично зрізається ножовим пристроєм, укріпленим, на горизонтальному стержні, який за допомогою гвинтового механізму може дещо переміщатися в горизонтальному напрямку. В результаті такого переміщення зрізається зовнішня частина шару допоміжної речовини товщиною 1-1,5 мм.

Закономірності описаного процесу досить складні і мало вивчені. Вони розглянуті далі при описі методів вибору допоміжної речовини для обертового барабанного фільтра, коли тонка зовнішня частина шару безперервно зрізається ножовим пристроєм.

4. При дуже невеликому вмісті твердих частинок в розділяється суспензії, наприклад близько 0,01%, допоміжна речовина може іноді застосовуватися по суті як фільтрувальний перегородка в умовах процесу з поступовим закупорюванням пір. У цьому випадку кількість попередньо наноситься допоміжної речовини складає 10-25 н на 1 Ж2 поверхні фільтрування, а товщина його шару дорівнює 3-10 мм. Для описуваного процесу слід вибирати таке допоміжна речовина, в пори якого тверді частинки розділяється суспензії проникають, але не проходять крізь них з фільтратом. Закономірності цього процесу відповідають закономірностям фільтрування з поступовим закупорюванням пір фільтрувальної перегородки.

барабанний вакуум фільтр суспензія

2. Практична частина

Розрахувати технологічний процес поділу суспензії при постійній різниці тисків на обертовому барабанному вакуум-фільтрі та на стрічковому вакуум-фільтрі.

Розрахунок складається з обчислень по наступним етапам:

- стадія фільтрування;

- стадія першого зневоднювання;

- стадія промивання;

- стадія другого зневоднювання;

- продуктивність фільтра;

- витрата промитої рідини;

- загальний обсяг повітря, що продувається, з урахуванням виправлень на турбулентність і розрядження;

- кінцева вологість повітря.

Рис. 2.1 Стрічковий капілярний фільтр: 1 - нескінченна бавовняна фільтрувальна стрічка; 2 - всмоктуючі стрічки; 3 - приводні віджимні валики; 4 - нескінченна сітка; 5 - лоток для подачі суспензії; 6 - пристрої, що розприскують; 7 - нескінченна стрічка; 8 - ролик; 9 - ніж для знімання осаду

Рис. 2.2 Барабанний вакуум-фільтр безупинної дії з зовнішньою фільтруючою поверхнею: 1 - барабан; 2 - секція барабана; З - торцева поверхня цапфи; 4 - ніж; 5 - трубка; 6 - мішалка; 7 - коритоподібний резервуар; 8 - фільтруюча тканина; 9 - брязкальний пристрій

2.1 Розрахунок процесу фільтрування, промивання і зневоднювання при постійній різниці тисків на обертовому барабанному вакуум-фільтрі

Вихідні дані:

Суспензія:

Вагова концентрація твердих часток - .

Питома вага рідкої фази - .

Питома вага твердих часток - .

В'язкість рідкої фази - .

Поверхневий натяг на границі рідка фаза - повітря - .

Осад:

Пористість - .

Середній розмір твердих часток - .

Питомий об'ємний опір - .

Товщина шару - .

Барабан вакуум-фільтра:

Діаметр - .

Поверхня -

Число обертів - .

Різниця тисків - .

В'язкість повітря - .

В'язкість промивної рідини - .

Відношення швидкості промивання до швидкості фільтрування

Wп/W=0.13

2.1.1 Для стадії фільтрування розраховуємо:

- обсяг фільтрату, одержуваного з поверхні барабана

;

;

- тривалість фільтрування

;

- величину кута , приймаючи в увагу, що тривалість одного обороту барабана дорівнює 60 сек

;

2.1.2 Для стадії першого зневоднювання розраховуємо

- величину кута , з огляду на те, що поверхня барабана, призначена для промивання, розташована симетрично стосовно вертикальної осі поперечного перерізу барабана

;

;

- тривалість першого зневоднювання (тривалість 1 обороту барабана 60 сек.)

;

- величина фактора зневоднювання

;

- відношення

;

- критерій капілярності

;

- залишкове насичення

;

- коефіцієнт;

- - насичення наприкінці зневоднювання визначаємо за графіком 1 на підставі данних m₀= 0,188 та

- обсяг повітря, що продувається, визначаємо за графіком 3 і з формули

;

.

2.1.3 Для стадії промивання розраховуємо

- швидкість рідини при однофазному потоці

;

- швидкість надходження промивної рідини

- відношення швидкостей повітря при двохфазному і однофазному потоці знаходимо із графіка 2 на підставі данних та m₀=0,19

- швидкість повітря при двохфазному потоці

;

;

тривалість промивання знаходимо, приймаючи до уваги, що тривалість 1 обороту барабана дорівнює 60 сек і по мал. 1 знаходимо значення кута промивання

;

;

- обсяг повітря, що промивається

.

2.1.4 Для стадії другого зневоднювання розраховуємо

- тривалість другого зневоднювання (кут, що відповідає даній зоні знаходимо по рис. 2.2.)

;

- величина фактора зневоднювання

;

- відношення

;

- насичення наприкінці зневоднювання знаходимо за графіком 1 на підставі данних m₀= 0,19 та

;

- обсяг повітря, що продувається, визначаємо за графіком 3 на підставі данних m₀= 0,19 та

.

2.1.5 Для визначення продуктивності фільтра проводимо наступні розрахунки:

- продуктивність по фільтраті (добуток об'єму фільтрату за оборот на поверхню барабана)

- продуктивність по вологому осаді (добуток товщини шару осаду на поверхню барабана)

;

- продуктивність по суспензії (сума продуктивності по фільтраті і продуктивності по вологому осаді)

.

2.1.6 Для витрати промивної рідини проводимо наступні розрахунки

- знаходимо поверхню барабана, що відповідає зоні промивання

;

- витрата промивної рідини

.

2.1.7 Загальний обсяг повітря, що продувається, (без обліку виправлень на турбулентність і розрідження):

;

.

2.1.8 Розрахунок кінцевої вологості осаду ведемо на підставі наступних розумінь: у порах знаходиться тільки вода. Знаходимо вагу вологи для осаду (при значенні )

;

- потім вагу твердих часток

;

- і кінцеву вологість осаду

2.2 Розрахунок процесу поділу суспензії при постійній різниці тисків на стрічковому вакуум-фільтрі

Цикл роботи стрічкового фільтра складається зі стадій фільтрування промивання і зневоднювання. На фільтрі розділяється водяна суспензія твердих часток при наступних умовах:

- в'язкість рідкої фази суспензії ;

- питомий об'ємний опір осаду ;

- відношення обсягу осадка до обсягу фільтра ;

- різниця тисків ;

- найменша припустима товщина осаду ;

- тривалість стадії промивання ;

- тривалість стадії зневоднювання ;

- ефективна довжина стрічки ;

- ефективна ширина стрічки .

Опором фільтрувальної перегородки можна зневажити. Потрібно визначити продуктивність фільтра по фільтраті і швидкість переміщення стрічки. Проводимо наступні розрахунки:

- обсяг фільтрату, одержуваного з поверхні фільтрування

;

- тривалість фільтрування

;

- тривалість циклу роботи фільтра

;

- швидкість переміщення стрічки

;

- ефективна поверхня стрічки

;

- продуктивність фільтра по фільтраті

.

2.3 Розрахунок потужності привода барабанного вакуум-фільтра

Вихідні дані:

Діаметр барабана - ;

Число обертів - ;

Довжина барабана - ;

Коефіцієнт тертя під час зрізування осаду - ;

Коефіцієнт тертя в шайбах (між цапфою та головкою) - ;

Зусилля зрізування осаду - ;

Питомий тиск між тертьовими поверхнями цапфи та головки - ;

Кількість розподільних головок -Z=4;

Радіус кола тертя - ;

Вага барабана - ;

Діаметр цапфи - ;

ККД привода фільтра - ;

В'язкість рідкої фази - ;

Відносна густина осаду - ;

Товщина осаду - ;

Площа поверхні тертя - .

Момент опору, створюваний внаслідок неврівноваженості осаду під час обертання барабана за умови, що осад покриває площі поверхні фільтрування барабана

.

Момент опору, який затрачається на подолання зрізу осаду

.

Момент опору, який затрачається на тертя барабана щодо суспензії

.

Момент опору, який затрачається на тертя цапфи фільтра щодо розподільної головки

;

S - площа поверхні тертя.

Момент опору, який затрачається на тертя у підшипниках вала

.

3агальний обертальний момент на валу барабана

.

Потужність на валу електродвигуна

Список літератури

1. В. А. Жужиков «Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий», Химия, М, 1991 г.

Размещено на Allbest.ru