Анализ конструкции флотатора
Оценка перспектив применения метода флотационной очистки промышленных стоков. Технологические основы и аппараты для флотации. Классификация аппаратов, применяемых для флотации. Описание и принцип действия экстрактора. Схема экстракционной установки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.05.2020 |
| Размер файла | 1,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное государственное образовательное учреждение
Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управления (ФГОУ ВСГУТУ)
Факультет: Институт пищевой инженерии и биотехнологии
Кафедра: Технологические машины и оборудование. Агроинженерия
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
По дисциплине: Оборудование биотехнологического производства
На тему: Анализ конструкции флотатора
Автор работы: Толмачева А.А.
Научный руководитель:
Доцент Дугаров Ц.Б.
Улан-Удэ 2020
Оглавление
Введение
1. Обзор
1.1 Теоретические основы флотации
1.2 Аппараты для флотации
1.2.1 Классификация
1.2.1.1 Напорные флотаторы
1.2.1.2 Электрофлотаторы
1.2.1.3 Механические(импеллерные) флотаторы
1.2.1.4 Вакуумные флотаторы
1.2.1.5 Эрлифтные флотаторы
1.2.1.6 Безнапорные флотаторы
1.2.1.7 Пневматические флотаторы
1.2.1.8 Вертикальные смесительно-отстойные экстракторы
1.2.1.9 Многоступенчатые смесительные экстракторы (роторно - дисковый экстрактор)
2. Описание аппарата экстрактора
2.1 Экстрактор состоит
2.2 Экстрактор работает
3. Расчеты
3.1 Технологическая схема экстракционной установки
3.2 Расчет Экстрактора
Заключение
Список использованной литературы
Введение
экстрактор флотация аппарат очистка
Современный уровень мирового производства предполагает потребление в технологических целях огромных объемов пресной воды, достигающих в настоящее время 5 триллионов кубических метров в год. После использования воды в технологических процессах образуются промышленные стоки, которые подлежат глубокой очистке, как от растворимых примесей, так и от нерастворимых дисперсных (жидких и твердых) взвесей. Очистные сооружения сточных вод, в основной массе устарели морально, физически и не справляются с требуемой нагрузкой, а в некоторых населённых пунктах их просто нет. Проблема очистки промышленных стоков приобретает всё более серьёзное значение, поскольку большинство очистных сооружений предприятий не в состоянии обеспечить качественную очистку стоков в соответствии с существующими нормативами.
Перспективу приобретает метод флотационной очистки промышленных стоков, обеспечивающий высокую степень очистки, как от жидких, так и от твёрдых дисперсных взвесей при любом объеме стоков. Применение флотационного метода позволяет повысить степень очистки воды, уменьшить расход реагентов, сократить продолжительность процесса очистки, снизить обводнённость извлекаемых загрязнений и тем самым упростить процесс их дальнейшей переработки. Процесс флотации основан на способности пузырьков газа (воздуха), введённых в очищаемую сточную воду, взаимодействовать со взвешенными в ней частицами и подниматься вместе с ними к поверхности осветлённой жидкости. Эффект взаимодействия пузырьков газа с дисперсной фазой определяется их адгезионно-поверхностными свойствами, что даёт возможность удалять из воды как твёрдую, так и жидкую тонкодисперсную взвесь. Эффективность очистки методом флотации достигает 90%, а при использовании коагулянтов и флокулянтов флотация обеспечивает высокоэффективную очистку сточных вод ? до 95-98%
Как и любой другой метод очистки сточных вод, флотационный способ имеет как свои достоинства, так и недостатки.
К преимуществам флотационного метода относится:
· низкая стоимость;
· простота конструкции;
· высокая степень очищения;
· высокая скорость очистки;
· возможность очищения вод от нефтепродуктов.
В то же время избирательное действие воздуха на примеси ввиду их низкой гидрофобности, необходимость дополнительного применения реагентов (для повышения уровня гидрофобности) и необходимость точной настройки электрофлотатора (для получения пузырьков строго определенного размера) являются существенными недостатками данного метода.
1. Обзор
1.1 Теоретические основы флотации
Флотация - это один из самых популярных способов очистки стоков. Без флотирования жидкостей не обходятся даже сложные промышленные фильтрационные сооружения.
Флотация представляет собой метод очистки загрязненных стоков от примесей мусора, осуществляемый за счет их всплытия на поверхность.
Во время этого процесса в стоки добавляется специальный деспергированный воздух, под воздействием которого все мельчайшие частицы примесей проявляют гидрофильные или гидрофобные свойства.
Рис. 1 Флотатор
Процесс флотации природных и сточных вод зависит от многих факторов, в т.ч. от физико-химических свойств компонентов воды, условий образования пузырьков воздуха, гидродинамической обстановки, создаваемой в аппарате. Необходимые для извлечения частиц условия могут быть искусственно созданы путем применения специальных реагентов. Основной задачей флотатора является выделить и высадить из воды растворенные в ней загрязняющие вещества, переведя их в нерастворимую форму. При этом в прибор подается воздух для повышения эффекта очистки.
Эффективность флотационного метода очищения стоков зависит от определенных параметров:
· чем больше примеси в стоках склонны к гидрофобности, тем выше эффективность очистки;
· пузырьки воздуха должны быть устойчивы к разрушению, что осуществляется за счет добавления реагентов;
· размер пузырька воздуха не должен быть слишком большим (быстро всплывет) или слишком маленьким (быстро лопнет);
· количество пузырьков и равномерность распределения также оказывают влияние на эффективность данного способа очистки.
Эффективность флотационного метода очистки также во многом зависит от конфигурации устройства, его производительности и автоматизации.
Важно понимать, что в качестве самостоятельных инструментов очистки стоков флотационные блоки не используются. Их применение целесообразно в комплексе с другими очистными устройствами. В процессе очистки флотаторы функционируют лишь после блоков механической обработки.
В практике очистки бытовых и промышленных сточных вод существует несколько способов флотации.
* Пневматическая флотация предполагает их образование при прохождении сжатого воздуха сквозь керамические мембраны, фильтрующие элементы и другие пористые материалы;
* При механической - очистка жидкости осуществляется газированием при эмульгировании специальными размешивающими устройствами; создание пузырьков при помощи специальных устройств (мешалки и др.);
* Электрофлотацию выполняют пузыри электролитических газов, формирующихся при электролизе воды.
* Напорная или вакуумная - извлечение воздуха из раствора при резком снижении давления;
* Барботажная - подача воздушных масс в рабочую камеру установки через пористые материалы или перфорированные трубки;
* Электролизная - выделение газа из раствора путем пропускания через него электрического тока.
Принцип действия флотатора выглядит следующим образом:
· в специальном устройстве (электрофлотаторе) стоки проходят через рабочую камеру;
· одновременно с этим стоки насыщаются диспергированным воздухом;
· осуществляется контакт примесей с пузырьками кислорода (гидрофобные частицы приближаются к пузырьку воздуха, водная прослойка между ними постепенно истончается и исчезает, вследствие чего образуется комплекс гидрофобной частицы с пузырьком газа);
· в результате взаимодействия на поверхности воды образуется пенный слой;
· по мере образования пенный слой удаляется с поверхности очищаемой жидкости специальным грабельным устройством.
В большинстве случаев флотационный метод очистки используется для очищения стоков от примесей растворимых жиров, нефтепродуктов, любых волокнистых примесей, ПАВ и тому подобного.
1.2 Аппараты для флотации
Для повышения эффективности очищения используются флотационные установки, спроектированные на основе определенных конструкционных принципов.
Рис. 2 Флотационная установка
В большинстве своем установки делятся на три категории:
o устройства, основанные на создании мельчайших пузырьков;
o напорные устройства;
o гравитационные устройства.
Работа флотаторов любой категории основана на общей методики пенной флотации, однако каждая из систем наиболее эффективна для очищения сточных вод различных степеней загрязненности.
Современные флотационные установки изготавливаются в виде однокамерного или двухкамерного аппарата.
В однокамерных устройствах образование флотокомплексов осуществляется в том же масштабе, что и разделение фаз. Такой тип конструкции наиболее эффективен при флотации крупными пузырями, когда фитокомплексы всплывают со скоростью, соизмеримой со скоростью простейшего акта флотации.
При флотации пузырьками небольшого размера более прогрессивной считается двухкамерная емкость. В первой камере создаются условия для взаимодействия частиц, а во второй - обеспечивается благоприятная гидродинамическая обстановка, ориентированная на завершение процесса флотационного деления и накопления пены.
В настоящий момент двухкамерные установки применяются чаще всего для электрической и напорной флотации. При последовательном расположении нескольких аппаратов получаются флотационные установки многоступенчатого типа (для последовательного очищения стоков). При этом с каждой последующей ступени стоки очищаются с меньшей концентрацией частиц. Как правило, число ступеней ограничивается тремя.
Большое влияние на эффективность очистки оказывает направление движения жидкости в установке. На данный момент выпускаются аппараты с горизонтальным, вертикальным и угловым движением стоков.
В горизонтальных установках движение потока может быть как прямоточным, так и тангенциальным. В вертикальных - жидкость может быть направлена вверх (увлекая флотокомплексы за собой) или вниз (замедляя из всплытие).
Для установок с угловым направлением движения характерно прямоточное, противоточное или перекрестное перемещение потока по отношению к направлению движения пены.
Наиболее совершенными считаются изделия с угловым направлением движения потока, в то время как наименее эффективными (особенно при флотации пузырьками мелкого калибра) - вертикальные аппараты.
1.2.1 Классификация
1.2.1.1 Напорные флотаторы
Напорная флотация протекает в две стадии. Первая - насыщение стоков воздухом под давлением, данный процесс происходит в специальной камере - сатураторе. Атмосферный воздух закачивается с помощью специальных компрессоров и воздуходувок. Сточная жидкость, попадающая в камеру насыщения, поступает фактически после предварительной обработки в самом корпусе флотатора. Можно смело говорить что это фактически рециркуляция очищаемого стока. Вторая - отделение пузырьков воздуха подходящего размера и подъем на поверхность взвешенных и эмульгированных веществ. Необходимо понимать что всплывающая шламовая масса в постоянном режиме удаляется специальными механическими устройствами. В данном случае флотаторы для очистки сточных вод оснащаются устройством сатурации и реагентным хозяйством.
Сатуратор представляет собой камеру, в которой происходит нагнетание воздуха под давлением выше атмосферного. Среду, приготовленную в сатураторе, называют водовоздушной смесью. Это наиболее распространённый вид флотации и чаще всего используемый. Процесс очистки происходит за счет предварительной обработки воды реагентом (коагулянтом или флокулянтом) и последующей обработки напором водовоздушной смеси. Каждый пузырек газа прикрепляет к себе загрязнения, так как обладает большой силой притяжения за счет границы раздела фаз (вода-воздух). Предварительная подготовка воды реагентом улучшает очистку, так как создает флоккулы (мицеллы), которые также обладают определенной силой притяжения. Основная часть воды отводится через патрубок очищенной воды на дальнейшую очистку или на сброс. Сверху специальное скребковое устройство снимает флотошлам - загрязнения, унесенные с пузырьками воздуха наверх в концентрированном виде.
Рис. 3 Напорный флотатор
1.2.1.2 Электрофлотаторы
Стоки насыщаются воздухом за счет пузырьков, которые образовываются на катоде. Электрический ток при этом влияет на химический состав жидкости, состояние и особенности нерастворимых в воде примесей. Эти изменения могут носить как положительный, так и отрицательный характер. Очень важно: при работе электрофлотатора происходит постоянное выделение кислорода и водорода, это взрывоопасная смесь. Для эффективной работы необходимо обеспечить постоянную вентиляцию оборудования, с применением вентиляторов в взрывобезопасном исполнении.
Электрофлотатор представляет собой технологический комплекс для очищения стоков от тяжелых металлов, нефтепродуктов и ПАВ методом электрофлотации с дальнейшим выводом очищенных вод в дренаж или подачей на блок фильтров. Особенностью данного устройства является создание замкнутого цикла оборотного водоснабжения в организации.
Принцип работы электрофлотатора основывается на электрохимических процессах выделения кислорода и водорода в процессе электролиза и флотационного эффекта всплытия примесей на поверхность сточной жидкости.
Электрофлотационный модуль состоит из таких элементов, как:
o электрофлотатор с блоком нерастворимых электродов;
o пеносборное устройство;
o источник питания постоянного тока;
o дополнительные накопительные емкости для реагентов, стоков и очищенных вод;
o насосное оборудование.
Данное устройство рекомендуется применять для очистки сточных вод как производственного характера, так и смешанного состава.
Рис. 4 Электрофлотатор
1.2.1.3 Механические (импеллерные) флотаторы
Механическая (или импеллерная) флотация предполагает наличие мешалки, которая при высокой скорости вращения разбивает в воде пузырьки воздуха. Такой вид водоочистки подходит для воды, склонной к пенообразованию и насыщенной газами. При механическом способе нельзя использовать реагенты, так как турбулентные потоки, создаваемые мешалкой, попросту разбивают хлопья загрязнений. На данный момент механическая флотация не распространена, так как редко обеспечивает достаточный эффект очистки. Как правило, к данному сегменту очистки относятся флотаторы для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Размеры пузырьков и эффективность очистки зависят от скорости вращения импеллера: чем выше скорость, тем меньше пузырьки и выше эффективность процесса. При этом необходимо учитывать, что при высоких скоростях резко возрастает турбулентность потока и возможно разрушение хлопьевидных частиц, что приведет, наоборот, к снижению эффективности процесса очистки.
Для максимально эффективной очистки сточных вод в импеллерном флотаторе в него добавляют поверхностно-активные вещества.
Рис. 5 Схема технологического процесса
Рис. 6 Схема технологического процесса
Особенности:
· Непрерывность процесса
· Широкий диапазон применения
· Небольшие капитальные и эксплуатационные затраты
· Простота аппаратуры
· Селективность выделения примесей
· Более высокая скорость процесса по сравнению с отстаиванием
· Расположение на раме над уровнем пола, что позволяет осуществлять отвод осветленной воды и шлама самотеком
· Герметичное исполнение, что снижает загазованность помещения
· Выделение более мелких загрязнений по сравнению с напорными флотаторами
· Компактные размеры, что облегчает монтаж, улучшает условия эксплуатации и снижает энергозатраты при эксплуатации
· Стабильная работа в условиях колебания расхода очищаемой воды
1.2.1.4 Вакуумные флотаторы
Процесс вакуумной флотации основывается на понижении давления во флотаторной камере. Этот процесс сопровождается выделением воздуха, который содержится в стоках. Вакуумная флотация происходит в спокойной среде, а значит связь между комплексом «пузырек-частица» будет прочнее и долговечнее. Иными словами эта связь разрушается уже тогда, когда частица достигла поверхности.
Преимуществом вакуумной флотации является то, что образование пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание образовавшихся агрегатов «пузырек-частица» происходят в спокойной среде и вероятность их разрушения сводится к минимуму. Минимальны также энергозатраты на насыщение жидкости воздухом, образование и измельчение воздушных пузырьков.
Недостатки метода:
-- необходимость сооружения герметичных резервуаров;
-- сложность эксплуатации вакуумных флотационных установок;
-- ограниченный диапазон применения вакуумных флотационных установок (концентрация загрязнений в сточной воде не должна превышать 250 мг/л).
Рис. 7 Схема вакуумной флотации: 1-подача сточной воды, 2-отвод пены, 3-отвод обработанной сточной воды; 1-аэратор, 2-деаэратор, 3-флотационная камера, 4-механизм сгребания пены
Сточная жидкость, поступающая на флотацию предварительно насыщается воздухом в течение 1 ? 2 мин в аэрационной камере 1, откуда она поступает в деаэратор 2 для удаления нерастворившегося воздуха. Далее под действием разрежения (0,02 ? 0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную камеру 3, в которой растворившийся воздух при атмосферном давлении выделяется в виде пузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Продолжительность пребывания сточной воды во флотационной камере 20 мин, а нагрузка на 1 м2 площади поверхности около 200 м3/сут. Скапливающаяся пена вращающимися скребками удаляется в пеносборник. Для отвода обработанной сточной воды обеспечивается необходимая разность отметок уровней во флотационной камере и приемном резервуаре или устанавливаются насосы.
1.2.1.5 Эрлифтные флотаторы
Эрлифтные установки применяют для очистки сточных вод в химической промышленности. Простота устройства и снижение затрат энергии при эрлифтной флотации на проведение процесса в 2 ? 4 раза, по сравнению с напорной флотацией ляются достоинствами способа. Но конструкция установки требует значительного перепада отметок по высоте между питательным резервуаром со сточной водой и флотационной камерой, что значительно сужает область применения этого метода. Сточная вода из емкости 1, находящейся на высоте 20 ? 30 м, поступает в аэратор 3 по трубопроводу 2. Туда же подается сжатый воздух - линия II, который растворяется в воде под повышенным давлением. Поднимаясь по эрлифтному трубопроводу 4, жидкость обогащается пузырьками воздуха, который выделяется во флотаторе 5. Образующаяся пена с частичками загрязнений удаляется самотеком или скребками - линия III. Осветленную воду направляют на дальнейшую очистку - линия IV.
Рис. 8 Схема эрлифтной флотации: 1-подача сточной воды, 2-подача воздуха, 3-отвод шлама, 4-отвод очищенной воды
1.2.1.6 Безнапорные флотаторы
Диспергирование воздуха в безнапорных установках происходит за счет вихревых потоков, создаваемых рабочим колесом центробежного насоса. Схема флотации аналогична напорной, но в ней отсутствует сатуратор, что является преимуществом безнапорной флотации. Образующиеся в камере безнапорной установки пузырьки имеют большую крупность, а следовательно, эффект флотации мелких частиц снижается. Безнапорные флотационные установки обычно применяют для очистки сточных вод от жира и шерсти.
1.2.1.7 Пневматические флотаторы
Пневматические флотационные установки применяют при очистке сточных вод, содержащих растворенные примеси, которые агрессивны к механизмам (насосам, импеллерам и др.), имеющим движущиеся части. Измельчение пузырьков воздуха достигается путем впуска воздуха во флотационную камеру через сопла, которые расположены на воздухораспределительных трубках, укладываемых на дно флотационной камеры на расстоянии 0,25 ? 0,3 м друг от друга. Диаметр отверстий сопел составляет 1 ? 1,2 мм, рабочее давление перед ними 0,3 ? 0,5 МПа, глубина флотатора принимается 3 ? 4 м. Скорость струи на выходе из сопла 100 ? 200 м/с. Требуемый расход воздуха зависит от интенсивности аэрации, которая лежит в пределах 15 ? 20 м3/ч на м2 площади проходного сечения флотатора.
1.2.1.8 Вертикальные смесительно-отстойные экстракторы
К числу этих аппаратов относятся ящику вертикальные экстракторы, в которых установлены прямоугольные отстойные камеры непосредственно друг над другом, а для смешивания фаз служат насосы, вмонтированные на боковых стенках отстойных камер. Такие аппараты занимают значительно меньшую площадь, чем горизонтальные смесительно - отстойные экстракторы. Кроме того, благодаря прямоугольной форме отстойных камер удается уменьшить отношение высоты камер к их сечения, способствует ускоренной отстаивания и приводит к большей компактности аппарата.
Разновидностью аппаратов этого типа является колонный экстрактор, показанный на рис. 8.
Рис. 8 Вертикальный смесительно-отстойный экстрактор: 1 - мешалка; 2 - насадка
Колонна разделяется по высоте на смесительные и отстойные секции, которые чередуются причем отстойные секции (каждая высотой 0,3 м и более) заполнены специальной насадкой в ??виде свернутой в рулон редко плетенной сетки (площадь всех отверстий сетки составляет 97 - 98% ее общей площади). В смесительных зонах перемешивания происходит четырехлопастный мешалками, которые вращаются на общем вертикальном валу, который проходит по оси колонны.
1.2.1.9 Многоступенчатые смесительные экстракторы (роторно - дисковый экстрактор)
Наиболее распространенным аппаратом этого типа является роторно - дисковый экстрактор (рис. 9)
2. Описание аппарата роторно-дискового экстрактора
Включает цилиндрический корпус со статорными кольцами, вал с диспергирующими дисками и штуцерами для ввода и вывода легкой и тяжелой фаз, отличающимися тем, что диспергирующие диски выполнены в виде пакетов, каждый из которых содержит по меньшей мере одну гофрированную пластину и диск, образующие турбулизующую камеру, в которой установлены диспергирующие элементы, при этом гофрированная пластина, диск и периферийная стенка пакета перфорированы.
2.1 Роторно-дисковый экстрактор состоит из
1 - вертикального цилиндрического корпуса, 2 - секционированного статорными кольцами, 3 - аксиально установленный вал, 4 - пакеты, 5 и 6 - штуцеры для ввода и вывода, 7 и 8 - легкая и тяжелая фазы соответственно, 9 и 10 - сверху и снизу отстойные зоны для легкой и тяжелой фаз соответственно ограждены перфорированными перегородками.
Пакет 4 состоит из: 12 - гофрированной пластины, 13 - диска, 14 - турбулизующей камеры, 15 - диспергирующих элементов и 16 - периферийной стенки.
На рис. 1 представлен роторно-дисковый экстрактор.
Рис. 10 Роторно-дисковый экстрактор
2.2 Роторно-дисковый экстрактор работает следующим образом
Приводят во вращение вал, на котором закреплены пакеты. Легкая фаза подается в роторно-дисковый экстрактор через штуцер 5 и поднимается противотоком тяжелой фазе за счет разности плотностей. Легкая и тяжелая фазы после прохождения всех рабочих секций экстрактора через перегородки попадают в отстойные зоны 9 и 10 соответственно. Перегородки способствуют локализации интенсивного движения потоков в пределах отстойных зон. Тяжелая и легкая фазы через штуцера 7 и 8 выводятся из аппарата.
В каждой рабочей секции происходит внедрение обеих фаз в пакет 4: легкая фаза через перфорацию гофрированной пластины 12, а тяжелая через перфорацию диска 13. В этом пакете легкая и тяжелая фазы дробятся диспергирующими элементами 15. Наряду с эффектом дробления фаз в пакете происходит многократно повторяющийся процесс слияния капель диспергирование частиц легкой и тяжелой фаз, что ведет к увеличению межфазной поверхности и существенно повышает эффективность массопередачи.
Под действием центробежных сил тяжелая фаза выбрасывается из пакета преимущественно через периферийную стенку 16 пакета 4, а легкая фаза происходит через центральную часть пакета, что значительно уменьшает продольное перемешивание в экстракторе и увеличивает движущую силу процесса экстракции. Причем на тяжелую фазу, находящуюся в пакете, действует центробежная сила, зависящая от частоты вращения пакета и радиуса кривизны гофр. Гофрированная структура пакета способствует увеличению удерживающей способности пакета по диспергирующей фазе и дополнительному диспергированию последней. Снижение интенсивности продольного перемешивания приводит к увеличению степени массопередачи.
Предлагаемое изобретение позволяет значительно интенсифицировать процесс массопередачи путем снижения степени продольного перемешивания и увеличения межфазной поверхности при одновременном уменьшении затрат энергии на перемешивание.
3. Расчеты
3.1 Технологическая схема экстракционной установки
Рис. 10 Схема экстракционной установки
В этом процессе исходная смесь более легкая жидкость, чем экстрагент. Исходный раствор из емкости Е1 насосом Н1 подается в нижнюю часть роторно-дискового экстрактора (РДЭ).
В верхней части этого экстрактора из емкости Е2 насосом Н4 подается кубовый остаток. В РДЭ, диспергируется фаза исходной смеси. Выходит из распределителя дисперсной фазы, капли оседают вниз и, пройдя рабочую зону экстрактора, поступает в нижнюю отстойную зону, где образуют слой тяжелой фазы - экстракт.
Экстракт из подогреватель (П) поступает в колонну ректификации (КР). В нижнюю часть этой колонны подается смесь, которая нагревается в кипятильнике (К) до температуры кипения. При кипении пара жидкостной эмульсии образует пары, которые поднимаются вверх по колонне. Пары проходят сквозь шар смеси на тарелке. В результате взаимодействия между смесью и парой, которая имеет высокую температуру, часть пара жидкостной эмульсии испаряется, при этом пар переходит преимущественно в НК (низкокипящий компонент). Испарения смеси на тарелке происходит за счет тепла конденсации пара. Пара конденсируется и переходит в смесь преимущественно в ВК (высококипящий компонент).
Таким образом, в верхней части колонны собираются пары практически чистого НК. Эти пары поступают и конденсируются в дефлегматоре. Смесь, которая выходит из распределителя делится на дистиллят и флегму. Флегма возвращается в КР на орошение, а дистиллят направляется в холодильник Х2, после чего попадает в емкость Е3. С нижней части КР пары жидкостной эмульсии попадают в холодильник Х1, из холодильника уже пару дистиллята попадают в емкость Е2.
3.2 Расчет роторно-дискового экстрактора
Исходные данные
|
Показатель |
Единица измерения |
Значение |
|
|
Начальная концентрация диоксана в воде |
кг / м3 |
0,52 |
|
|
Конечная концентрация диоксана в воде |
кг / м3 |
0,07 |
|
|
Начальная концентрация диоксана в экстрагенте |
кг / м3 |
0,01 |
|
|
Расходы исходной смеси |
м3 / ч |
8 |
|
|
Температура в экстракторе |
оС |
28 |
|
|
Объемные расходы экстрагующего вещества в сплошной фазе |
м3 / с |
0,002222 |
|
|
Объемные расходы экстрагента в дисперсной фазе |
м3 / с |
0,004444 |
|
|
Плотность сплошной фазы |
кг / м3 |
996,5 |
|
|
Плотность дисперсной фазы |
кг / м3 |
874 |
|
|
Разность плотностей фаз |
кг / м3 |
122,5 |
|
|
Вязкость сплошной фазы |
мПа с |
0,864 10-3 |
|
|
Вязкость дисперсной фазы |
мПа с |
0,573 10-3 |
|
|
Коэффициент диффузии сплошной фазы |
м2 / с |
1,2 10-9 |
|
|
Коэффициент диффузии дисперсной фазы |
м2 / с |
2,4 10-9 |
|
|
Межфазное натяжение |
Н / м |
0,0338 |
Для проведения расчетов используют задания на проектирование, а также справочные данные.
Конечная концентрация диоксана в бензоле:
Соотношения размеров внутренних устройств экстрактора:
где D, Dp и Dc - соответственно диаметр колонны и дисков и внутренний диаметр колец статора;
h - высота секции.
Рассчитаем роторно-дисковый экстрактор, работающий при nDp = 0,2м/ с.
Средний размер капель. Зададимся числом секций N = 20.
где - диаметр дисков; N - число дисков в экстракторе.
Суммарная фиктивная скорость фаз при захлебывании. Рассчитав скорость свободного осаждения капель бензола размером 2,03мм в воде, получим: w0 = 5,73 см/с. Определим характеристическую скорость капель:
Следовательно, б = 0,485, и характеристическая скорость капель равна:
Фиктивную суммарную скорость фаз при захлебывании находим из уравнения:
в котором Ф3 - удерживающая способность при захлебывании равна:
Диаметр колонны и размеры внутренних устройств. Минимально возможный диаметр колонны равен:
Принимаем внутренний диаметр колонны равным 1 м. Фиктивные скорости фаз в такой колонне равны: см/с; = 0,177 см/с. Суммарная скорость фаз составит 69% от суммарной скорости фаз при захлебывании.
Основные размеры внутренних устройств экстрактора:
Частота вращения ротора с-1.
Удельная поверхность контакта фаз. Подставив значения фиктивных скоростей фаз и характеристической скорости, получим кубическое уравнение
Решая это уравнение, находим удерживающую способность Ф = 0,169. Следовательно, удельная поверхность контакта фаз равна
Высота колонны. Рассчитаем высоту рабочей зоны колонны и, следовательно, число дисков с учетом продольного перемешивания на основе диффузионное. Коэффициенты продольного перемешивания в сплошной Эс и дисперсной ЭД фазах Вычислим из следующих эмпирических зависимостей:
Расчет по этим уравнениям дает:
Для определения коэффициентов массоотдачи необходимо знать относительную скорость капель в колонне и критерий Рейнольдса:
Параметр T равен:
Так как Т <70, то капли НЕ осциллируют.
Ввиду того что Re заметно больше единицы, для расчета коэффициентов массоотдачи используем диффузионные критерии Нуссельта и Прандтля для дисперсной фазы. При определении размеров капель число секций экстрактора принято равным 20. Поэтому в качестве первого приближения для высоты экстрактора примем значение:
Рассчитаем коэффициенты массоотдачи:
;
;
Находим коэффициент массопередачи и высоту единицы переноса по водной фазе, соответствующую режиму идеального вытеснения:
м /с
м.
Так как расходы фаз в рассматриваемом процессе практически НЕ меняются, а равновесие между фазами характеризуется линейной зависимостью, для расчета общих цифр единиц переноса можно использовать уравнение, которое при выражении составов в кг/м3 может быть представлен в виде:
Для рассматриваемого процесса . Следовательно,
Таким образом, при режиме идеального вытеснения по обеим фазам высота рабочей зоны колонны . Определяем значение критерия Пекле для продольного перемешивания в обеих фазах:
В первом приближении коэффициенты и вычисляем, пренебрегая вторыми членами в правой части:
Находим первое приближение для кажущейся высоты единицы переноса:
где
Значение Нох можно найти, принимая fx = fy = 1 или Hox '= Hox. Полученных значению Hox '= 0,941м соответствует высота колонны H = Hox = 2,72 0,941 = 2,55м.
Полученные значения и используем для более точного определения критерия Пекле и коэффициентов и :
Второе приближение для кажущейся высоты единицы переноса равно:
При такой высота колонны должна быть равна
Проводя расчет и Н несколько раз, до тех пор, пока значения ЭТИХ величин в двух последовательных итерации НЕ станут практически равными, получим: = 0,951 м; Н = 2,6 м. Так как расстояние между дисками принято равным 0,333 м, колонна такой высоты должна иметь 2,6 / 0,333 = 7,8 дисков. Принимая число дисков равным 8; получим для высоты рабочей зоны значение: 8 0,333 = 2,7 м.
В начале расчета при определении размеров капель число секций в колонне было принято равным 20. Если подставить N = 18, получим средний размер капель d = 2,08 мм, что на 2,5% отличается от значения d при N = 20. Поскольку такое отклонение находится в пределах точности уравнения (3.20), пересчет размеров капель и всех остальных гидродинамический параметров экстрактора не имеет смысла.
Энергетические затраты на перемешивание. Для вращающегося диска критерий мощности при достаточно больших значениях критерия Рейнольдса (ReM> 105) равен примерно KN = 0,03. В данном случае:
Средняя плотность перемешиваемой среды:
кг/м3.
Следовательно, затраты энергии на перемешивание одним диском составляют
Вт.
Таким образом, затраты мощности на перемешивание очень невелики и для всех дисков составляют около 1 В
Заключение
В этой работе были рассмотрены основы процесса экстракции и основные виды экстракторов, применяемых на производстве, приведено краткое описание их устройства и принцип работы, их недостатки и преимущества.
Основным преимуществом процесса экстракции по сравнению с другими процессами разделения смесей (ректификацией, выпаривание и др.) Являются низкая рабочая температура процесса. Этот процесс проводится наиболее часто при нормальной (комнатной) температуре.
К основным преимуществам роторных экстракторов относятся высокая эффективность массопереноса, малая чувствительность к твердых примесей в фазах, возможность создания аппаратов большой единичной мощности и др.
Был проведен расчет роторно-дискового экстрактора, со следующими параметрами высота колонны Н = м, расстояние между дисками h = 0,333 м, число дисков n =, высота рабочей зоны м, диаметр колонны м, диаметр дисков 0,667 м, внутренний диаметр колец статора 0, 75 м.
Предложено конструкционный материал для изготовления роторно-дискового экстрактора - нержавеющая высоколегированная сталь аустенитного класса - 12Х18Н10Т, а также сталь 3сп. - Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества.
Список использованной литературы
1. В.М. Кантере, М.С. Мосичев, М.И. Дорошенко, К.А. Калунянц, А.М. Брысин. Основы проектирования предприятий микробиологической промышленности. М., 1990.
2. Сайт http://www.findpatent.ru/patent/286503/212.html.
3. интернет.
4. Д.В.Алексеев, Н.А.Николаев, А.Г.Лаптев. Комплексная очистка стоков промышленных предприятий методом струйной флотации. К., 2005.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Обоснование схемы флотации. Составление режимной карты отделения. Расчёт технологического баланса продуктов обогащения и принципиальной схемы флотации. Обоснование и выбор флотационных машин и реагентного оборудования. Создание схемы движения пульпы.
курсовая работа [497,1 K], добавлен 15.12.2014Общие сведения о флотации. Анализ флотационной машины как объекта автоматизации. Формулировка требований к системе управления. Идентификация, создание математической модели объекта управления. Имитационное моделирование контура регулирования в MatLab.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 23.12.2012Сущность процесса флотации. Принцип действия, теоретические основы работы и недостатки флотационных установок. Закономерности растворения воздуха в воде. Схемы напорной флотации. Конструкция флотаторов с горизонтальным и радиальным движением воды.
реферат [818,2 K], добавлен 09.03.2011Теоретические основы процесса флотации. Уравнение уменьшения свободной поверхностной энергии при пенной флотации. Краевой угол смачивания. Естественная флотируемость минералов. Группы флотационных реагентов, механизм их действия и особенности применения.
реферат [552,1 K], добавлен 03.10.2009Характеристика и условия применения реагентных и безреагентных методов обезжелезивания воды. Технологические схемы установок обезжелезивания воды и очистки подземных вод в пласте. Сущность и особенность методов "сухой фильтрации", аэрации и флотации.
реферат [2,0 M], добавлен 09.03.2011Обоснование эффективности автоматизации технологического комплекса медной флотации как управляемого объекта. Математическое моделирование; выбор структуры управления и принципов контроля; аппаратурная реализация системы автоматизации, расчет надежности.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.02.2013Виды углефторсодержащих отходов и пути их образования. Их подготовка к переработке. Гранулометрический состав и зольность хвостов флотации. Стадии процесса их брикетирования. Расчет оборудования для производства флотационного криолита из угольной пены.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 23.07.2016Сущность и особенности протекания процесса кристаллизации расплавов в соответствии с диаграммой состояния. Описание ряда аппаратов-кристаллизаторов. Конструктивные особенности и принцип действия аппаратов ленточного, вальцевого, скребкового типа.
реферат [348,4 K], добавлен 24.12.2013Флотационная очистка сточных вод; характеристика и конструкция флотатора очистных сооружений комбината. Структура автоматизированной системы управления технологическим процессом флотационной очистки. Модернизация узла дозирования раствора флокулянта.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 30.04.2012Стадии процесса экстрагирования. Обзор типовых экстракторов, их преимущества и недостатки. Описание разрабатываемой экстракционной установки для обработки пряно-ароматического, витаминного и лекарственного растительного сырья жидкой двуокисью углерода.
доклад [465,0 K], добавлен 25.03.2010
