Фильтрующие центрифуги

РОСОБРАЗОВАНИЕ

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

КАФЕДРА ПИЩЕВЫЕ ПРОИЗВОДСТВА

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

Пенза,2010г

Содержание

1. Принципиальная схема отстойных центрифуг и их объяснение

2. Движущая скорость и сила процесса фильтрования

3. Задача

1. Принципиальная схема отстойных центрифуг и их объяснение

Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия,, а в зависимости от способа выгрузки осадка -- ножевыми, шнековыми или пульсирующими. В ножевых центрифугах осадок с движущегося ротора срезается перемещающимися в радиальном направлении ножами, в шнековых транспортируется к разгрузочным отверстиям шнеком, вращающимся с меньшей, чем ротор, скоростью, в пульсационных продвигается по ротору к разгрузочным люкам пульсирующим поршнем.

Фильтрующие центрифуги позволяют получить крупнокристаллические осадки с малым содержанием влаги (до 6--10%);использовать же их для отделения тонкодисперсных осадков практически невозможно, так как остатки его после съема на фильтрующей перегородке уплотняются до такой степени, что не пропускают фугат.

Отстойные центрифуги (например, со шнековой выгрузкой) имеют высокую производительность при разделений крупнокристаллических суспензий. Однако довольно высокое влагосодержание получающихся осадков и унос твердой фазы с фугатом (особенно для тонкодисперсных осадков) ограничивают область их применения.

Фильтры, работающие под давлением (листовые, патронные, фильтр - прессы), применяют для разделения суспензий с самыми различными свойствами. Листовые и патронные фильтры наряду с отстойниками применяют в тех случаях, когда разделению подлежат малоконцентрированные (1 -- 5%) суспензии; в этом случае они используются как сгустители, а сгущенные суспензии затем дополнительно обезвоживают на вакуум-фильтрах, центрифугах или фильтр-прессах.

В последнее время широкое распространение получили автоматизированные фильтр-прессы с механизированной выгрузкой осадка. Процесс фильтрования в этих фильтрах полностью автоматизирован, а отжатый осадок срезается с перемещающейся после раскрытия фильтра ткани ножом. Наличие в этих фильтрах эластичных диафрагм для отжима осадка (перепад давлении при отжиме достигает 0,1 МПа) позволяет получать осадки с низким влагосодержанием.

Рис. Принципиальные схемы центрифуг: а -- фильтрующая; б - отстойная

Центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением вала и барабана, периодического действия (подвод суспензии и выгрузка осадка производиться периодически), полунепрерывного (суспензия подаётся непрерывно, а осадок выгружается периодически) и непрерывного действия (подача суспензии и выгрузка осадка осуществляется непрерывно)

Отстойная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка рис.2 состоит из барабана, насаженного на вращающийся вал и помещённого в корпус. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана, твердые частицы осаждаются в виде сплошного слоя осадка на стенке барабана, а осветлённая жидкость переливается в кожух и удаляется через расположенный внизу патрубок. По окончании процесса осадок выгружается из центрифуги.

2. Движущая скорость и сила процесса фильтрования

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий, пылей и туманов через пористую, так называемую фильтровательную перегородку, способную пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы (фильтрация в отличие от фильтрования - это движение жидкости или газа сквозь пористою среду, например просачивание воды сквозь грунт основания полноты). Фильтрование осуществляется под действием разности давлений перед фильтрацией перегородкой и после нее или в поле центробежных сил.

Движущая сила процесса фильтрования - разность давлений по обе стороны фильтровательной перегородки либо центробежная сила. Разность давлений можно получить разными способами; созданием избыточного давления над фильтрировальной перегородкой либо подсоединением пространства под фильтровальной перегородкой к вакуумной линии. В этих случая фильтрование происходит при постоянном перепаде давлений и обратно пропорциональна сопротивлению осадка. Процесс описывается кинематическим уравнением

Где: V- объём фильтрата,м³

F- площадь поверхности фильтрования, м²;

ф - продолжительность фильтрования, с;

?р - перепад давлений, Н/м²;

м - вязкость жидкой фазы, Н*с/м²;

- сопротивление соответственно осадка и фильтровальной перегородки, м^-1

Фильтрование под действием центробежной силы проводят в фильтрующих центрифугах. Фильтрующая центрифуга в отличие от отстойной имеет перфорированный барабан, обтянутый внутри фильтрованной тканью. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается на фильтрованную ткань. Дисперсионная жидкая фаза фильтруется через ткань, фильтрат выводится из центрифуги, а взвешенные частицы задерживаются на фильтрованной ткани, образуя осадок.

Процесс фильтрования можно разделить на 3 периода: образование осадка, его уплотнение и отжим.

При центробежном фильтровании на массу элементарного кольца суспензии действует центробежная сила.

dGц = dmщ²r

где: dm- масса элементарного кольца, кг;

щ- угловая скорость (щ=рn/30),с^-1; r- расстояние кольца от оси вращения, м.

Производительность фильтрующих центрифуг рассчитывают на основании теории фильтрования. Движущая сила процесса, действующая на элементарный объём суспензии dv = 2рrLdr

dp_ц = dG_ц /F = Fdrp_cщ²r/F = p_cщ²rdr

где L-высота барабана центрифуги, м; р_с - плотность суспензии, кг/м³

Движущую силу найдём, проинтегрировав полученное выражение в пределах от R0 до R:?p_ц = p_сщ²(R²-R₀²)/2

Скорость центробежного фильтрования

Где: R_ф.а - сопротивление фильтрующей перегородки;

r₀ - удельное сопротивление слоя осадкаx;

х₀ - толщина слоя осадка, которая для непрерывно действующих центрифуг не изменяется во времени;

R₀ и R - соответственно внешний и внутренний радиусы барабана центрифуги.

3. Задача

Определить мощность, потребляемую открытой турбиной мешалкой, вращающейся с частотой n = 4,7 с ^-1, при перемешивании суспензии в аппарате диаметром D=1,2 м и высотой Н=1,6 м. Плотность жидкости с_ж= 1050 кг/м³; вязкость м_ж=0,021 Па*с; содержание твёрдой фазы ц = 0,35; плотность частиц с_тв= 1300 кг/м³

Решение:

1. плотность суспензии определяем по формуле

с_с= с_тв* ц + с_ж(1-ц)

с_с= 1300*0,35 + 1050*(1-0,35) = 1137,5 кг/м³

2. вязкость суспензии определяем по формуле

м_с= м_ж(1+4,5*ц)

м_с= 0,021* (1+4,5*0,35)= 0,054 Па*с

3. определяем режим перемешивания

Rem=nd_м²p_c/м_c

Rem= 4,7*0,4² * 1137,5/0,054 = 15841

следовательно режим турбулентный. Диаметр нормализованной мешалки dм=0,33

D=0,33*1,2 = 0,4м

По критерию Рейнольдса нахожу значение критерия Эйлера Еu_м = 1,2 по которому определяется мощность

Еu_м * р_с*n³ * d³ = 1,2 *1137,5 * 4,7³ *0,4³ = 309 Вт

Вывод: мощность = 309 Вт.