Флотационный аппарат 2 страница

Живое сечение сопла:

Диаметр сопла:

Сопло должно заканчиваться цилиндрической частью длиной:

.

Диаметр горловины:

Расстояние от устья сопла до горловины:

Диаметр диффузора:

где ‑ скорость потока на выходе из диффузора, м/с.

Длина диффузора:

где ‑ угол, образующий диффузор.

Данный расчёт воздушных эжекторов приемлем при диамерте их сопла до 10 – 12 мм. При дальнейшем увеличении диаметра сопла действительный расход воздуха несколько уменьшается по сопротивлению с расчёным. Кроме того экологически также более выгодно применять сопла небольших диаметров, т.к. при этом уменьшается расход рабочей воды на подачу единицы объёма воздуха. Это связано с тем, что в водовоздушных эжекторах расход эжектирующего воздуха пропорционален только периметру струи.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Н.Ф Мещеряков. “Кондиционирующие и Флотационные аппараты и машины” / М.: "Недра", 1990.

[2] Копылов В.А “Очистка сточных вод напорной флотацией” / “Лесная промышленность”, 1978.

[3] Караваев И.И., Резник Н.Ф. “Флотационная очистка сточных вод” / “Транспорт”, 1965.

[4] Козлов Б.Н., Мемогин М.А “О скорости подъёма и о гидравлических сопротивлений газовоздушных пузырьков в жидкости”, из АН СССР. ОТН 1951, №8.

ФиЛЬТР-ПРЕСС

1. Назначение и область применения

Процесс фильтрации основан на задерживании твердых взвешенных частиц пористыми перегородками, способными пропускать только жидкость и задерживать частицы твердой фазы.

В нефтепереработке фильтрование применяют при контактной очистки масел отбеливающими землями, при депарафинизации масел для отделения парафина, причем большое распространение получили переодически действующие рамные фильтрпрессы, листовые фильтрпрессы с круглыми фильтрующими элементами и более совершенно непрерывно действующие фильтры.

Непрерывно действующие фильтры разных конструкций особенно широкое распространение получили в различных отраслях химической технологии. Так же фильтр - прессы широко используют в отраслях:

- техника окружающей среды:
осадок промышленных сточных вод:

гальваника, производство кожи, травление, влажное обеспыливание, очистка дымовых газов, фосфатирование, обработка камня, автомобильная промышленность, чугуно-сталелитейная промышленность, текстильная индустрия, целлюлозно-бумажная, стекольная и электроиндустрия и очистка почвы.

осадок коммунальных сточных вод:

первичный осадок, вторичный осадок, смешанный осадок, аэробно стабилизированный осадок (активный ил), анаэробно стабилизированный осадок (сапропель)

- подготовка технической и питьевой воды:

осадок от подготовки грунтовой, поверхностной и речной воды

- минералы, горное дело:

глина, отбеливающая глина (бентонит) каолин, керамика, фарфор, цемент, руды осадок флотационных хвостов, уголь

- металлургия:

влажная химическая добыча: титана, меди, свинца, олова, никеля, цинка, серебра, золота

- продовольственная промышленность:

свекольный сахар, тростн. сахар, крахмал, рисовая мука, тапиока, маниок, дрожжи, пряности, растительные масла и жиры (пальмовое масло, подсолнечное масло и пр.), животные масла и жиры (рыбий жир, молочный жир), морские водоросли (агар агар), соевый соус, желатин

- индустрия напитков:

виски, рисовое вино, пиво, вино

- фармацевтика:

кровяная плазма, энзимы

Наиболее распространенными фильтрами периодического действия с тканевыми перегородками являются листовые фильтры, нутч-фильтры и фильтр - прессы. Фильтры с тканевой перегородкой применяют, если необходимо использовать твердую фазу, определяемую на фильтре, и более полно использовать жидкую фазу. При выборе материала тканей необходимо учитывать их химическую стойкость в фильтрующей среде. Грубошерстные сукна применяют для фильтрации кислых жидкостей при температуре не более 50С; хлопчатобумажные ткани (бязь, бельтинг и т.д.) для фильтрации слабокислых, слабощелочных и нейтральных жидкостей. При фильтрации крепких минеральных кислот нагретых и холодных используют ткани из асбестового волокна, хлорвиниловые и др.

Металлические ткани (сетки) выполняют из нержавеющей и кислоупорных сталей, алюминия и его сплавов, никеля, латуни, бронзы и др.

Фильтрующие ткани (кроме металлических) обладают невысокой механической прочностью и поэтому их обычно укладывают на специальные решетки или прочные металлические сетки.

В настоящее время разработаны несколько конструкций фильтр - прессов:

Фильтр - пресс с вертикальными рамами (рамный фильтр - пресс). Этот фильтр - пресс в обычном виде, в настоящее время, является наиболее старым и довольно распространенным периодически действующим фильтром. Он предназначен для разделения суспензий с небольшой концентрацией твердых частиц, а также для разделения высокотемпературных суспензий, охлаждение которых недопустимо, т.к. при их охлаждении происходит образование и выпадение кристаллов из суспензий.

Следующий вид фильтр - прессов применяют для осветления жидкостей. Плиточно ‑ рамные фильтр - прессы чаще используют когда необходимы промывка и обезвоживание осадка.

Фильтр - прессы используют для лабораторных и полузаводских работ, а также для разделения суспензий в крупных производствах.

Основными преимуществами фильтр прессового оборудования по сравнению с другими типами фильтровального оборудования являются:

- Низкая влажность осадка благодаря высокому давлению фильтрования

- Высокая адаптация к фильтруемой среде

- Низкое энергопотребление при эксплуатации

- Возможность промывки кека (внутри камеры) на фильтр - прессе

- Чистота фильтрата

- Низкий расход вспомогательных химикалий (коагулянтов, флокулянтов)

1. Техническая характеристика

Площадь фильтрующей поверхности................................ 25 м²;

Размер фильтровальных плит............................................ 600×600 мм;

Производительность........................................................... 4.66 м³/ч;

Максимальное рабочее давление при работе с комплектным насосом 0.3 МПа;

Рабочая температура.......................................................... 20 °С;

Установленная мощность................................................... 9.5 кВт;

Напряжение в сети.............................................................. 380 В;

Габаритные размеры, мм:

длина.................................................................... 3600;

ширина................................................................. 1030;

высота................................................................... 1630.

2. Описание конструкции

Фильтр - прессы представляют разборные аппараты большой производительности, работающие под действием 3-10 атм и характеризующиеся большой фильтрации при малых габаритах.

Фильтр - пресс состоит из большого количества фильтровальных рам и плит, устанавливаемых вертикально в желобе (корыте) и сжимаемых при помощи винтового зажима или гидравлического пресса.

Рамный фильтр - пресс состоит из набора чередующихся сплошных рифленых плит и пустотелых рам, сжатых при помощи зажима между концевыми плитами: задней упорной – неподвижной и передней – передвигающейся.

На рамы натягивают фильтровальную ткань, которую зажимают между рамой и плитой. Плиты и рамы в верхней части имеют кольцевое отверстие, которое при сборке образуют один сплошной центральный канал, соединенный малыми каналами с внутренними полостями рамы. В ткани в месте прохода канала также сделано отверстие.

Фильтрование происходит следующим образом. Фильтруемую жидкость насосом подают в центральный канал, откуда она через малые каналы поступает в полость рам. Фильтрат проходит через ткань на обе стороны полости и по канавкам, имеющимся на поверхности плит, стекает вниз в нижний сборный канал и через краник удаляется наружу в корыто, осадок остается на ткани.

Для промывки осадка краны на плитах закрывают через один. По специальным каналам, проходящим в верхней части плит и рам и имеющих сообщение с полостью рам, пропускают промывную жидкость. Промывная жидкость идет из промывного канала по канальцам на рифленые поверхности тех плит, у которых закрыты каналы, и поэтому, не имея возможности выйти наружу, проходит ткань и через открытый кран соседней плиты выходит наружу. Следовательно, промывная жидкость отводится через одну плиту. После промывки осадок можно подсушить сжатым воздухом. Разгрузку производят разжимая пресс, сбрасывается давление на механизме нажимная (передняя) плита отводиться; затем выгружают осадок. По окончании выгрузки осадка пакет сдвигается в исходное положение к упорной плите и фильтр - пресс готов к повторному использованию.

Рамы и плиты фильтр - прессов выполняют чугунными или деревянными. В нашем случае по технологическому расчету выбрали материал - чугун СЧ24.

Толщину рам берут в пределах 20-50 мм, число рам – от 10 до 68 в зависимости от производительности и количества осадка.

Рамные фильтр с хлопчатобумажной фильтрующей тканью применяют при производстве масел, парафина, катализаторов и др.

В зависимости от выпуска фильтрата, фильтр - прессы изготавливают двух типов:

Тип 1 – открытые, с выпуском фильтрата в корыто через краны или носики плит;

Тип 2 – закрытые, с выпуском фильтрата по общему для всех плит каналу или с кранами и контрольными стеклами у каждой плиты и с общим коллектором.

Рамы и плиты устанавливают на горизонтальных направляющих, закрепленных в станине, и свободно по ним перемещаются.

Плиты и рамы прижимают друг к другу при помощи ручного винтового, гидравлического и электромеханического зажимного устройства.

3. Технологический расчет

Произведем расчет рамного фильтр - пресса в условиях его наибольшей производительности при следующих исходно принятых данных:

Вязкость фильтрата , Н·с/ м²...........................................

Вязкость промывной жидкости , Н·с/ м²......................

Удельное объемное сопротивл. осадка , 1/м²..................

Отн. объема осадка к объему фильтрата, .......................

Допустимая разность давлений, , Па.............................

Пористость осадка, ..........................................................

Отн. весов растворенного в-ва, извлеченного промывной жидкостью, к находяшемуся в ос. до промывки ......................................

Продолжительность вспомог. операций, , ч.................

Осадок можно считать несжимаемым; сопротивлением перегородки можно пренебречь; промывная жидкость проходит в рамах через весь слой осадка в одном направлении; осадок в рамах не обезвоживается.

Вследствие того, что в данном случае присутствует малоконцентрированная суспензия, выбираем для расчета рамный фильтр - пресс, который рассчитывается по следующим уравнениям:

Соотношение между скоростями фильтрования и промывки определяется следующим образом. Обозначим отношение вязкости промывочной жидкости (п.ж.) к вязкости фильтрата через :

Коэффициенты и :

Скорость фильтрования (в течении стадии фильтрования), соответствующую наибольшей средней производительности фильтр - пресса в единицу времени за весь цикл его работы:

Отношение толщины слоя осадка в стадии промывки к толщине слоя осадка в стадии фильтрования равно . Учитывая, что при прочих равных условиях, скорость движения жидкости через осадок обратно пропорциональна вязкости жидкости и толщине слоя осадка, найдем, что для поддержания в стадии промывки наибольшей допустимой разности давлений, достигнутой в конце стадии фильтрования:

Продолжительность стадии фильтрования, соответствующая наибольшей средней производительности фильтр - пресса:

Продолжительность стадии промывки , соответствующую наибольшей средней производительности фильтрпресса получим из уравнения:

Продолжительность основных стадий:

Продолжительность цикла фильтрования:

Поверхность фильтрования (28 рам размером 315 x 315 мм):

Объем получаемого за один цикл фильтрования () фильтрата, соответствующий наибольшей средней производительности фильтр - пресса:

Объем осадка получаемого за один цикл фильтрования:

Объем промывной жидкости расходуемой за один цикл фильтрования, и соответствующей наибольшей средней производительности фильтр - пресса:

Толщина слоя осадка в конце стадии фильтрования:

Выбираем толщину рамы. Общая толщина двух слоев осадка в раме в конце стадии фильтрования и во время промывки равна:

Таким образом, могут быть использованы рамы толщиной 25 мм. Выбираем марку фильтр - пресса, изготовленного из чугуна СЧ24.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Плановский А.М., Николаев П.И. "Процесс и аппараты химической и нефтехимической технологии" / М.: "Химия", 1987 – 496 с.

[2] Жужиков В.А. "Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий" / М.: "Химия" 1968.

[3] "К вопросу о механизме процесса фильтрования малоконцентрированных суспензий" / Гутин Ю.В., Мамитоян Р.А., Сороцкий И.М. / М.: НИИХИММАШ 1988, 99.

[4] "Применение стандартов ЕСКД в курсовом и дипломном проектировании" / Методические указания. Составитель В.С. Карпов, МИХМ, М. – 1980.

[5] Туровский И.С. "Обработка осадков сточных вод" / Москва

Стройиздат 1975.

ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯТОР

1.НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Гальванокоагулятор используется для очистки растворов, сточных и оборотных вод от различных примесей: катионов меди, хрома, мышьяка, кобальта, кадмия, свинца и других тяжелых металлов, а также флотореагентов, органических веществ, растворенных и эмульгированных нефтепродуктов.

Высокая эффективность этого метода очистки сточных вод, заключенная в широком диапазоне исходных концентраций растворенных и эмульгированных примесей, обеспечивается одновременным действием в рабочей зоне аппарата пяти различных механизмов процесса очистки:

· Электрохимическое осаждение катионов металлов;

· Образование ферритов металлов;

· Образование соединений включений (клатратов);

· Коагуляция грубодисперсных примесей;

· Сорбция органических веществ на свежеобразованных кристаллах магнетита, гетита, лепидокрокита.

Все указанные процессы осуществляются без введения других химических реагентов с автогенным регулированием любого из пяти механизмов, в зависимости от свойств и характера загрязняющих примесей. Благодаря такому техническому решению, отпадает необходимость в применении специальных технических приборов контроля и сложных регулирующих устройств.

Важнейшим преимуществом является образование ферритов и клатратов без введения химических реагентов. Что исключает повторное загрязнение очищаемой воды сульфат – и хлор – ионами. Наоборот, применение этого метода позволяет снизить общее солесодержание по сравнению с их количеством в исходных растворах.

Не менее важное преимущество дает электрохимическое осаждение катионов металлов, что позволяет возвращать их в основное производство. Рентабельность и эффективность этого приема возрастают с увеличением концентрации растворенного металла в исходном растворе.

Другим преимуществом этого аппарата является возможность применение его как при малой, так и при довольно высокой концентрации вредных примесей в очищаемой воде. Это обеспечивается способностью самого процесса к авторегулированию: при увеличении количества примесей автоматически возрастает скорость необходимой реакции.

Особым преимуществом этого технического решения является возможность использования гальванокоагулятора при любом назначении величины рН от 1 до 14. При очистке кислых сточных вод рН среды возрастает и стремиться к нейтральному значению, при очистке щелочных растворов рН среды снижается и также стремиться к нейтральному значению без применения специальных реагентов.

К остальным техническим преимуществам следует отнести простоту аппаратурного оформления процесса, высокую надежность работы аппарата, легкость механизации трудоемких процессов, значительное (в 10 и более раз) снижение энергозатрат и существенное снижение трудозатрат.

Анализ результатов исследований показывает, что при увеличении температуры растворов и времени обработки достигается, высокая степень очистки, при одновременном снижении содержания кальция на 30-60% и сульфат – ионов на 18-35%. Это обстоятельство играет существенную рол при использовании очищенных вод в системах оборотного водоснабжения.

Особенно эффективно применение гальванокоагуляторов для восстановления шестивалентного хрома из сернокислотных растворов. Изменение скорости подачи исходного раствора в широких пределах не оказывает влияние на конечных результат. Во всех случаях обеспечивается полное восстановление хрома (+6) до хрома (+3) и его осаждение в стадии нейтрализации не вызывает затруднений.

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Назначение – очистка сточных и оборотных вод от катионов, тяжелых металлов, органических веществ, растворенных нефтепродуктов.

Объем корпуса номинальный, м³ …………………………………….2,3

Объем корпуса рабочий, м³…………………………………………..0,43

Производительность, м³/ч при очистке от основных примесей (Cu, Zn, As)…….2…4

При восстановлении хроматов, %......................................................25

Температура обрабатываемых сред, °С…………………………..5…80

Давление рабочее……………………………………..атмосферное

Очистка от основных примесей, %.................................................95-100

Масса загружаемого железного скрапа и кокса в соотношении 4:1 кг….400-500

рН обрабатываемых сред………………………………………….6,5-7,5

Привод:

Установленная мощность, кВт…………………………………………..0,75

Удельный расход электроэнергии кВт*ч/м³*ч^-1…………………..0,03-1,37

Габаритные размеры, мм

Длина………………………………………………………………2714

Ширина…………………………………………………………….1600

Высота……………………………………………………………..1642

Основной конструкционный материал – сталь 08Х17Т ГОСТ 5632-72

Вид сварного шва: стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый вручную, длина контролируемых швов от общей длины составляет 100 %, φ=1,0 – коэффициент прочности сварных швов по ГОСТу 14249-80. Электроды для ручной электродуговой сварки для марки стали 08Х17Т – ОЗЛ-8 ГОСТ 9466-75.

3. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Корпус гальванокоагулятора содержит цилиндрическую обечайку, торцы которой закрыты усеченными конусами. Со стороны загрузки установлены лопасти под углом 45° к образующей корпуса.

Со стороны загрузки установлены лопасти под углом 60° к образующей корпуса. Эти лопасти установлены с шагом 30° и перекрывают друг друга, что исключает проскок скрапа в зону слива очищенной среды. При вращении лопасти постоянно удерживают скрап в рабочей зоне гальванокоагулятора, одновременно, осуществляя роль черпаков и заслонок.

Со стороны разгрузки (слива очищенной среды) установлена цилиндрическая обечайка с кольцом, что обеспечивает слив без подтекания.

Внутри цилиндрической части корпуса установлены полки (ворошители) скрапа, обеспечивающие вынос скрапа из рабочей зоны на необходимую высоту для контакта с кислородом воздуха.

Основание – сварная металлоконструкция, служащая базой для опор, упорной станции и привода.

Привод содержит мотор-редуктор и зубчатую пару и приводит в движение ролики двух опор, связанных валом. Пуск и останов коагулятора осуществляется с пульта управления, установленного на стойках основания.

Корпус опирается на опоры бандажами выполненными из швеллера и листовой стали. Каждый бандаж устанавливается на корпус на 12 подставках, выполненных из швеллера и листовой подкладкой.

Упорная станция предназначена для удержания корпуса на опорах в заданном положении. Крепление опор и упорной станции к раме осуществляется болтами.

4. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Работает гальванокоагулятор следующим образом. Через загрузочную полость во внутрь корпуса подается очищаемая вода, которую пропускают через железные стружки, смешанные с коксом в весовом соотношении 4:1. В результате контакта железо-кокс образуется гальванопара, в которой железо является анодом. За счет разности электрохимических потенциалов железо переходит в раствор без наложения тока от внешнего источника:

Fe – 2e → Fe ²⁺! надписать катализатор – кокс!

В качестве катодных реакций могут протекать реакции выделения водорода, контактного осаждения более благородных чем железо, металлов и др.

Процесс гальванокоагуляции проводят в проточных вращающихся аппаратах барабанного типа. При вращении барабана стружечная загрузка попеременно то погружается в протекающий сквозь него сток, то оказывается на воздухе, при свободном падении железного и медного скрапа, контакт гальванической пары кокс – железо изменяется. Указанное обстоятельство создает необходимые условия для быстрого окисления в жидкой фазе двухвалентного железа до трехвалентного состояния.

4Fe²⁺ + O₂ + 2H₂O → 4Fe³⁺ + 4OH;

Fe³⁺ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3H⁺,

или суммарно

4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O → 4Fe(OH)₃ + 8H⁺.

При соотношении данных ионов 1:2 в жидкости образуются ферромагнитные соединения железа – магнетит, гетит, лепидокрокит. Последние два вида веществ составляют не более 15% от общего количества осадка. Образование тонкодисперсного ферритного осадка происходит непосредственно в очищаемой среде (растворе), из которого удаляются соответствующие загрязняющие вещества, чем обеспечивается высокая степень очистки его от различных примесей.

В процессе осаждения гидроксида железа (III) происходит уплотнение осадка амфотерного Fe(OH)₃ в гематит α – Fe₂O₃:

2FeCl₃ + Fe → 3 FeCl₂.

Соединения железа (II) способствуют восстановлению хрома (VI) до хрома (III) по реакциям:

Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Cr₂O₇^2- + 3Fe(OH)₂ + 4H₂O → Cr(OH)₃↓ + 3Fe(OH)₃↓ + 2OH,

Соединения железа (III) в виде гидроксидных соединений трехвалентного железа (лепидокрокита и гетита) и оксидных (магнетита Fe₃O₄ и гематита Fe₂O₃) участвуют в сорбции и коагуляции загрязнений, а также в процессах ферритообразования.

Вращение барабана обеспечивает постоянное обновление поверхности железной стружки за счет трения.

Очистка сточных вод обеспечивается одновременным действием нескольких механизмов, основными из которых являются:

- восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;

- контактное осаждение металлов на поверхности железной стружки;

- коагуляция грубодисперсных примесей;

- образование соединений включения (клатратов);

- образование ферритов;

- сорбция органических веществ на свежеобразовавшихся кристаллообразных соединениях железа.

Догрузка новых порций скрапа по мере его расхода производится с остановкой коагулятора, один раз в смену. Расход кокса контролируется визуально, по уменьшению размера окатышей до 5 – 10 мм, догрузка его не реже одного раза в неделю.

В зависимости от проектного решения, коагулятор может устанавливаться в закрытых помещениях, под навесом и на открытых площадках. В данном проекте в закрытом помещении.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Расчет времени пребывания в аппарате для обеспечения наиболее полной очистки исходного продукта от примесей.

Площадь сечения, по которому движется жидкость, находится как разность площадей смоченного сечения аппарата и площади сечения занимаемого железного скрапом и коксом. Для технических расчетов это сечение принимается равным 20-25% от полного сечения гальванокоагулятора. Исходя из этого условия, время пребывания сточных вод в аппарате:

T = L / (Q/0,2S) = 388,85с = 6,5 мин

где

L – длина аппарата, м;

Q – объёмная производительность, м³/сек;

S – площадь сечения аппарата, м³.

Для обеспечения наиболее глубокой очистки сточных вод время пребывания их в аппарате принимаем равное 7 минутам.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Канторович З.Б. «Основы расчета химических машин и аппаратов» / Машгиз, 1960г.

[2] Иванов М.Н. «Детали машин» / М.: Высшая школа, 1991г., 383 стр.

[3] Лащинский А.А., Толчинский А.С. «Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры» / Л.: Машиностроение, 1970 г., 752 стр.

[4] Анурьев В.И. «Справочник конструктора машиностроителя» / Л.: Машиностроение, т2, 1982г., 736 стр.

[5] Муха Т.Н., Януш Б.В., Цупиков А.П. «Приводы машин» / Справочник, Л.: Машиностроение, 1975 г., 343 стр.

Дата добавления: 2015-06-28