Процесс очищения суспензий - фильтрование

Рассмотрим определение мощности привода барабана (дисков) вакуума-фильта. Мощность привода расходуется на преодоление моментов сопротивлений, которвые возникают из-за неуравновешенности слоя осадка. Принимаем, что неуравновешенность создается за счет отсутствия осадка на 0,25 фильтрующей поверхности. Тогда

(α/2)g    (4.30)

Здесь – масса неуравновешенного осадка, кг; r – расстояние от центра тяжести неуравновешенной чати барабана или диска, м; α – угол сектора неуравновешенной части осадка, град; g – ускорение свободного падания, м/с².

 

После преобразования формула (4.30) принимает вид:

1. для барабанного фильтра

(4.31)

где l, D – длина и диаметр фильтра, м; δ – толщина слоя влажного осадка, м; ρ – плотность влажного осадка, кг/м³;

2. для дискового фильтра

(4.32)

гдеi – число дисков.

Момент сопротивления  среза осадка для барабанного  фильта:

.     (4.33)

Здесь 0,2 ÷0,3 – коэффициент трения; k = 3∙10⁴÷7∙10³ – сопротивление среза  осадка, Па; l – ширина ножа, м; D – диаметр барабана или диска, м.

 

Момент сопротивления от трения торца вала фильтра о распределительную головку:

.     (4.34)

где z– число распределительных головок; = 0,12 – коэффициент трения головки о торец вала, Па; ρ₀= ρF – давление прижима головки к торцу вала, Па; p = 60 000 – удельное давление, Па; F = 0,06 – площадь трения торца вала (берется по чертежу), м²; – радиус трения торца вала (берется по чертежу), м.

Формула для преопределения:

= 0,33.    (4.35)

 

гдеd₁ и d₂ – наружный и внутренний диаметры вала фильтра (для пустотелого вала).

Момент сопротивления  от трения в подшипниках вала фильтра:

M₄ = f₃G_барd_цg/2     (4.36)

Здесь f₃ ≈ 0,1 – коэффициент трения в подшипниках вала; G_бар= 100 000 –сила давления на подшипники вала от массы всего барабана (или дисков), вала и осадка; H; d_ц= 50 ÷ 80 –диаметр цапфы вала (берется по чертежу), м.

Суммируем все моменты  сопротивления:

(4.37)

Мощность привода барабана (дисков):

N = 1,15n    (4.38)

где n – частота вращения вала фильтра, c^-1; η – к. п. д. привода вала.

 

 

Расчет барабанного  вакуум-фильтра

 

Рассчитать и подобрать  по каталогу барабанный вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью для фильтрования суспензии асбестового  шлама при следующих условиях.

1. Производительность фильтра по осадку G_oc = 2,78 кг/с.
2. Влажность осадка w = 40% (по массе).
3. Содержание твердой фазы в суспензии x = 20% (по массе).
4. Перепад давления при фильтровании и промывке ∆P = 80 кПа.
5. Удельное сопротивление осадка r = 5∙10¹⁰ Па∙с/м².
6. Сопротивление фильтрующей перегородки R_п = 1∙10⁶ Па∙с/м.
7. Динамический коэффициент вязкости фильтрата μ_ф = 0,9∙10^-3.
8. Плотность твердой фазы ρ_т = 2500 кг/м³.
9. Плотность жидкой фазы ρ_ф = 1000 кг/м³.
10. Динамический коэффициент вязкости промывной жидкости (воды) при температуре 20 ^оС μ_пр = 1∙10^-3 Па∙с.
11. Удельный расход промывной жидкости m = 3,6 кг/кг осадка.
12. Угол зоны фильтрования φ_ф = 135^о.
13. Частота вращения барабана n = 0,5 об/мин.

Производительность фильтра  по суспензии определяем по формуле (1.2):

 

Содержание твердого вещества в суспензии:

 

Содержание жидкой фазы в  суспензии:

 

Производительность фильтра  по фильтрату:

 

Содержание жидкой фазы в  осадке:

 

Составляем таблицу материального  баланса 1.1.

Таблица 1.1

Материальный  баланс процесса фильтрования

Приход, кг/с		Расход, кг/с
С суспензией В том числе: твердая фаза жидкая фаза	8,34   1,668 6,672	С осадком В том числе: твердая фаза жидкая фаза С фильтратом	2,78   1,668 1,112 5,56
Всего	8,34	Всего	8,34

 

Плотность осадка (формула 1.15):

 

Плотность суспензии определяем по формуле ().

 

Объем осадка:

 

Объем фильтрата:

 

Соотношение объемов осадка и фильтрата:

 

Длительность периода  фильтрования:

 

Производительность по фильтрату  за один оборот:

 

Так как r/R_п>10³, необходимую площадь поверхности фильтрования определяем по формуле (1.20):

 

 

В соответствии с (1.8) принимаем к установка, исходя из производственных условий, барабанный вакуум-фильтр марки БОУ 20-2,6 со следующей характеристикой: площадь поверхности фильтрования 20 м²; диаметр барабана 2,6 м; длина барабана 2,7 м; угол погружения барабана в суспензию 149^о; угол зоны фильтрования φ_ф = 132^о; угол зоны предварительной сушки осадка ; угол зоны промывки и окончательной сушки осадка φ_пр + ; угол зоны отдувки перед снятием осадка φ_о = 20^o; угол зоны регенерации φ_р = 20^o; мертвые зоны ; число ячеек барабана 24.

Толщина слоя осадка определяется из соотнешения

 

где - объем осадка одного фильтра; – площадь поверхности фильтрования; – частота вращения барабана.

Скорость фильтрования определяется по формуле (1.25):

 

Скорость промывки осадка определяется по формуле (1.27):

 

Расход промывной воды:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1.  Айнштейн А.Г. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Книги 1 и 2. – М.: Высшая школа, 2003. – 1757с.

2.  Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник. – М.: Химия, 1977. – 729с.

3.  Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Книги. 1 и 2. – М.: Химия, 1981. – 810с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие – изд. 9-е, доп. и перераб. – Л.: Химия, 1981. – 558с.

5. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991.–352 с.