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 ∆pg
- 3*105 Па;
Высота слоя осадка hос
- 6 мм;
Массовая концентрация твёрдой фазы xm
- 1,8 %;
Плотность жидкой фазы сж - 1000 кг/м3;
Плотность твёрдой фазы ст - 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 rф.п.
- 44*109 1/м;
Скорость фильтрования W
- 65 %;
Время сушки осадка фс - 60 с;
Затраты времени на проведение вспомогательных
операций фв - 1920 с;
Тип процесса - ОН (Осветление с намывным слоем);
Площадь Fф
- 40 м2;
Давление фильтрования ∆рo
- 3*10-5 Па;
Толщина листа рамы - 32 мм;
Шаг между фильтрующими элементами t
- 100 мм;
Число фильтрующих элементов - 13;
Вход суспензии dу
- 100 мм.
Решение:
В результате расчёта, получаем следующие
значения вспомогательных величин: сос= 9291 кг/м3; xв
=
18,9 кг/м3; xo
=
0,0583.
сос= ст/сж
= 3,05 = 9291 кг/м3;
xo=
ʋoc
=
xm*сж
=
0,0583.
Удельное сопротивление осадка при
конечном давлении фильтрования:
∆p=3*105Па;
равно:
rв = 1,13*109(2*105)0,41
= 2,26*1011 м/кг.
Объём фильтрата, полученного за
время фильтрования:
ʋф.уд.= hос/xo = 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:
Vc.cр.= Vф.ср.(1+xo) = 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 xm - 12%;
Плотность твёрдой фазы ст
- 1340 кг/м3;
Плотность жидкой фазы сж
- 995 кг/м3;
Вязкость жидкой фазы м - 0,87*103
Па*с;
Удельное объёмное сопротивление
осадка rо - 7,3*10-11
1/м2;
Сопротивление фильтрующей
перегородки rф.п. - 11,6*10-9
1/м2;
Отношение объёма осадка к объёму
загруженной суспензии x1 - 0,28;
Порозность осадка еос -
0,56;
Удельный объём промывной жидкости ʋпр.ж. - 1,2*103м3/кг;
Вязкость промывной жидкости мпр
- 0,87*103 Па*с;
Время сушки осадка на лабораторной
центрифуге фс - 90 с;
Время, затрачиваемое на
вспомогательные операции в промышленной центрифуге фв - 300 с;
Внутренний диаметр Dв - 1200 мм;
Длина барабана L - 500 мм;
Рабочая ёмкость барабана ʋр - 0,25 м3;
Предельная загрузка mc - 375 кг;
Максимальная частота вращения n - 15,8 1/с;
Фактор разделения Fr - 605;
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 ⱷ = 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:
фс.п.= фс*1,4=90*1,4=126
с;
Время полного цикла обработки
суспензии на центрифуге:
фц= фф+фпр+фс.п.+фв=123+139+126+300=688
с;
Средняя производительность
центрифуги по суспензии:
Vс.ср.= Vc*фф/фц=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 Gп - 81,6*10-3
кг/ч;
Нагрузка колонны по жидкости Gж - 79,6*10-3
кг/ч;
Плотность пара сп - 6,3
кг/м3;
Плотность жидкости сж -
790 кг/м3;
Поверхностное натяжение жидкости у - 36*103
Дж/м2;
Вязкость пара мп - 1,8*105
Па*с;
Вязкость жидкости мж -
4*103 Па*с;
Число ступеней изменения
концентрации nст - 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 fо
- 0,14;
Расстояние между тарелками Hт - 600 мм.
Рассчитываем максимально допустимую
скорость пара в колоне:
Здесь доля площади отверстий,
занятая стекающей жидкостью, составит:
Коэффициент сопротивления тарелки:
ж = 1,75(1-fо)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 hc=Hт - hпн =
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.
. Жужиков В.А. Фильтрование. М.:
Химия, 1971. - 440с.
. Малиновская Т.А. Разделение
суспензий в промышленности органического синтеза. - М.: Химия, 1971. - 320с.
. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков
А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -
Л.: Химия, 1976. - 552с.
. Соколов В.И. Современные
промышленные центрифуги. - М.: Машиностроение, 1967. - 523с.