Расчет фильтрующей центрифуги

Введение

Современное химическое предприятие — это сложный комплекс машин и оборудования, в который входят аппараты и машины, предназначенные для химических процессов; емкостное оборудование для хранения жидкостей и газов; трубопроводы; машины для перемещения жидкостей и газов; машины для транспортировки твердых сыпучих продуктов и т. д.

Рациональная конструкция машины и аппарата должна удовлетворять производственным, конструктивным и технико-экономическим требованиям, а также технике безопасности. Удовлетворить всем этим требованиям в максимальной степени не всегда возможно, поэтому задача заключается в том, чтобы создать наиболее приемлемую конструкцию, которая отвечала бы техническим условиям.

В данных задачах мы произведём требуемые расчёты фильтра периодического действия, фильтрующей центрифуги периодического действия и колонны с решётчатыми (провальными) тарелками.

Задача № 1

Рассчитать среднюю производительность фильтра периодического действия.

Рисунок 1. Барабанный фильтр периодического действия: 1 — барабан; 2 — перегородки; 3 — распределительная головка (золотниковый механизм); 4 — корыто; 5 — нож для срезания осадка; 6 — распределитель воды для промывания осадка; 7, 8 — трубы для откачки соответственно отфильтрованной жидкости и промывной воды; 9 — труба для подачи сжатого воздуха.

Исходные данные:

Марка — ЛВАж40К;

Допускаемый перепад давления при фильтровании? p_g — 3*105 Па;

Высота слоя осадка h_ос — 6 мм;

Массовая концентрация твёрдой фазы x_m — 1,8%;

Плотность жидкой фазы с_ж — 1000 кг/м³;

Плотность твёрдой фазы с_т — 3050 кг/м³;

Динамическая вязкость фильтрата м — 0,81*10³ Па*с;

Константа, А — 24,80*10⁹;

Показатель степени сжимаемости осадка n — 0,27;

Сопротивление фильтрующей перегородки; массовая влажность осадка после фильтрации r_ф.п. — 44*10⁹ 1/м;

Скорость фильтрования W — 65%;

Время сушки осадка ф_с — 60 с;

Затраты времени на проведение вспомогательных операций ф_в — 1920 с;

Тип процесса — ОН (Осветление с намывным слоем);

Площадь F_ф — 40 м²;

Давление фильтрования? р_o — 3*10^-5 Па;

Толщина листа рамы — 32 мм;

Шаг между фильтрующими элементами t — 100 мм;

Число фильтрующих элементов — 13;

Вход суспензии d_у — 100 мм.

Решение:

В результате расчёта, получаем следующие значения вспомогательных величин: с_ос= 9291 кг/м³; x_в = 18,9 кг/м³; x_o = 0,0583.

с_ос= с_т/с_ж = 3,05 = 9291 кг/м³;

x_o= ?_oc = x_m*с_ж = 0,0583.

Удельное сопротивление осадка при конечном давлении фильтрования:

?p=3*10⁵Па; равно:

r_в = 1,13*10⁹(2*10⁵)^0,41 = 2,26*10¹¹ м/кг.

Объём фильтрата, полученного за время фильтрования:

?_ф.уд.= h_ос/x_o = 6*10^-3/0,0583 = 0,1 м³/м².

Скорость фильтрования в конце процесса с учётом соотношения:

Ориентированное время фильтрования:

Средняя производительность фильтра по фильтрату во время процесса фильтрования:

Средняя производительность фильтра по суспензии:

V_c.cр.= V_ф.ср.(1+x_o) = 5*10^-3(1+0,0583) = 5,29*10^-3 м³/с.

Задача № 2

Рассчитать среднюю производительность фильтрующей центрифуги периодического действия на основании исходных данных, полученных на лабораторной центрифуге.

Рисунок 2. Трехколонная фильтрующая центрифуга периодического действия с верхней выгрузкой осадка: устройство а, вид и разрез б: 1 — Перфорированный барабан. 2 — Днище барабана. 3 — Вал. 4 — Дно станины. 5 — Неподвижный кожух. 6 — Крышка кожуха. 7 — Станина. 8 — Пружинные тяги, на которых подвешена центрифуга. 9 — Три опор­ные колонны. 10 — Ручной тормоз. 11 — Электродвигатель. 12 — Шкивы привода. 13 — Штуцер для фугата. 14 — Фильтрующая ткань. 15 — Проволочная дренажная сетка.

Исходные данные:

Тип центрифуги — ФМД — 120;

Массовая концентрация твёрдой фазы x_m — 12%;

Плотность твёрдой фазы с_т — 1340 кг/м³;

Плотность жидкой фазы с_ж — 995 кг/м³;

Вязкость жидкой фазы м — 0,87*10³ Па*с;

Удельное объёмное сопротивление осадка r_о — 7,3*10^-11 1/м²;

Сопротивление фильтрующей перегородки r_ф.п. — 11,6*10^-9 1/м²;

Отношение объёма осадка к объёму загруженной суспензии x₁ — 0,28;

Порозность осадка е_ос — 0,56;

Удельный объём промывной жидкости ?_пр. ж. — 1,2*10³м³/кг;

Вязкость промывной жидкости м_пр — 0,87*10³ Па*с;

Время сушки осадка на лабораторной центрифуге ф_с — 90 с;

Время, затрачиваемое на вспомогательные операции в промышленной центрифуге ф_в — 300 с;

Внутренний диаметр D_в — 1200 мм;

Длина барабана L — 500 мм;

Рабочая ёмкость барабана ?_р — 0,25 м³;

Предельная загрузка m_c — 375 кг;

Максимальная частота вращения n — 15,8 1/с;

Фактор разделения F_r — 605;

Площадь поверхности фильтрования F_ф — 1,9 м².

Решение:

Угловая скорость вращения барабана:

щ=2рn=2*3,14*15,8=99 1/с;

Производительность центрифуги по фильтрату в режиме постоянной скорости фильтрования, приняв коэффициент заполнения барабана осадком? = 0,8:

Производительность по суспензии в период загрузки:

Время фильтрования:

Время промывки осадка:

Время сушки осадка на промышленной центрифуге, учитывая увеличение его толщины по сравнению с лабораторными опытами:

ф_с.п.= ф_с*1,4=90*1,4=126 с;

Время полного цикла обработки суспензии на центрифуге:

ф_ц= ф_ф+ф_пр+ф_с.п.+ф_в=123+139+126+300=688 с;

Средняя производительность центрифуги по суспензии:

V_с.ср.= V_c*ф_ф/ф_ц=276*10^-3*123/688=4,93*10^-3 м³/с.

Задача № 3

Провести гидравлический расчёт и подобрать стандартизированную колонну.

Рисунок 3. Колонна с решётчатыми (провальными) тарелками: 1,2 — ротаметр; 3 — компрессор; 4 — распределительная решетка; 5 — манометр; 6 — тарелка; 7 — колонна; 8 — регулировочный вентиль.

Исходные данные:

Тип тарелки — провальная;

Нагрузка колонны по по пару G_п — 81,6*10^-3 кг/ч;

Нагрузка колонны по жидкости G_ж — 79,6*10^-3 кг/ч;

Плотность пара с_п — 6,3 кг/м³;

Плотность жидкости с_ж — 790 кг/м³;

Поверхностное натяжение жидкости у — 36*10³ Дж/м²;

Вязкость пара м_п — 1,8*10⁵ Па*с;

Вязкость жидкости м_ж — 4*10³ Па*с;

Число ступеней изменения концентрации n_ст — 6.

Решение:

По данным таблицы:

Толщина листа тарелки д — 2 мм;

Ширина щели b — 4 мм;

Шаг расположения щелей t — 16 мм;

Относительное свободное сечение f_о — 0,14;

Расстояние между тарелками H_т — 600 мм.

Рассчитываем максимально допустимую скорость пара в колоне:

Здесь доля площади отверстий, занятая стекающей жидкостью, составит:

Коэффициент сопротивления тарелки:

ж = 1,75(1-f_о)²*(b/д)^0,2 = 1,75(1−0,14)²*(4/2)^0,2 = 1,48;

Диаметр колонны:

Принимаем диаметр колонны: D = 1100 мм.

Для расчёта высоты пены на тарелке найдём поправочный коэффициент, учитывающий распределение давлений в зонах пара и стекающей жидкости:

В этом случае общее сопротивление орошаемой тарелки:

Объёмная доля жидкости в пене, образовавшейся на провальной тарелке:

Высота динамической пены, образующейся на тарелке:

При высоте сепарационного пространства h_c=H_т — h_пн = 0,6−0,32=0,28 м;

Величина относительного уноса:

Заключение

фильтр центрифуга колонна тарелка В данных задачах мы рассчитали среднюю производительность фильтра периодического действия, а так же его скорость фильтрования, объём фильтрата, полученного за время фильтрования и время фильтрования.

У фильтрующей центрифуги мы рассчитали её среднюю производительность, угловую скорость вращения барабана, производительность центрифуги по фильтрату в режиме постоянной скорости фильтрования, производительность по суспензии в период загрузки, время фильтрования, время промывки осадка, время сушки осадка и время полного цикла обработки суспензии на центрифуге.

У колонны с решётчатыми (провальными) тарелками произвели гидравлический расчёт, нашли максимально допустимую скорость пара в колонне, коэффициент сопротивления тарелки, диаметр колонны, высоту пены, расстояние между тарелками и величину относительного уноса.

Список используемой литературы

1. Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 1978. — 277с.

2. Жужиков В. А. Фильтрование. М.: Химия, 1971. — 440с.

3. Малиновская Т. А. Разделение суспензий в промышленности органического синтеза. — М.: Химия, 1971. — 320с.

4. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. — Л.: Химия, 1976. — 552с.

5. Соколов В. И. Современные промышленные центрифуги. — М.: Машиностроение, 1967. — 523с.

6. Соколов В. Н. Машины и аппараты химических производств. — Л.: Машиностроение, 1982.