Пример расчета барабанного вакуум-фильтра

Методическое указание

к технологическому расчету фильтра непрерывного действия для студентов специальностей: 0517 «Машины и аппараты пищевых производств», 1010 «Технология рыбных продуктов», 0639 «Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов».

08050062 «Менеджмент».

Астрахань

Фильтрование является весьма распространенным в промышленности процессом. Процессом фильтрования называют разделение суспензий, пылей с использованием пористых перегородок, которые задерживают твердую фазу и пропускают жидкость или газ.

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений перед фильтром и после него.

В качестве фильтрующих материалов в промышленных препаратах применяют: песок, гравий, ткани, пористую керамику, пористые пластические массы и т.д.

Следует различать следующие виды фильтрования:

1. Разделение суспензий с образованием значительного слоя осадка.

2. Сгущение суспензий, т.е. образование более концентрированной суспензии за счет выделения части жидкой фазы.

3. Осветление растворов от загрязнений или улавливание из отходящих вод ценной твердой фазы.

Способ фильтрования с образованием осадка является наиболее распространенным в технике.

Процесс промышленного фильтрования проводят либо при постоянном давлении, либо при постоянной скорости фильтрования.

Современная фильтровальная аппаратура по принципу действия может быть разделена на две группы: фильтры периодического и фильтры непрерывного действия.

Фильтрами периодического действия являются нутч-фильтры, листовые фильтры, фильтропрессы и сгустители.

В последнее время конструкции указанных фильтров значительно усовершенствованы и работа их автоматизирована.

Фильтрами непрерывного действия являются барабанные фильтры, дисковые фильтры и карусельные фильтры.

Ниже рассмотрим пример расчета фильтра непрерывного действия.

Задание:

Водная суспензия фильтруется на барабанном вакуум-фильтре. Производительность аппарата по осадку G_ос = 10000 кг/час, влажность осадка b = 40% масс, содержание взвеси в суспензии a = 20%. Разрежение при фильтрации P = 600 мм.рт.ст. Число оборотов барабана n = 0,5 в минуту. Температура фильтрации – 15⁰С. Угол фильтрации φ_ф = 135⁰. Удельное сопротивление осадка r = 5*10¹⁰н*с/м⁴. Сопротивление фильтра R_ф = 1*10⁷ Н*с/м³, вязкость фильтрата μ_ф = 0,9сп; вязкость промывной вод при 20⁰С – μ_пр = 1сп. Плотность жидкости ρ_ж = 1000 кг/м³; плотность твердого веществ ρ_т = 2500 кг/м³. Расход промывной воды из расчета m=3,6 кг на 1кг осадка.

Последовательность расчета

1. Определить плотность суспензии

(1)

где ρ_т – плотность твердой фазы, кг/м³

ρ_ж – плотность жидкой фазы, кг/м³

ρ_с – плотность суспензии, кг/м³

a – содержание твердого вещества в суспензии, % масс.

2. Определить плотность осадка

(2)

где ρ_т – плотность твердой фазы, кг/м³

ρ_ж – плотность жидкой фазы, кг/м³

ρ_ос – плотность осадка, кг/м³

b – влажность осадк, % масс.

тогда ρ_ос = 1480 кг/м³

3. Из уравнения материального баланса находят массу фильтрата G_ф, массу суспензии G_с и массу влажного осадка G_ос для установки заданной производительности. Материальный баланс по твердой фазе записывается следующим образом:

(3)

где G_т – масса сухого твердого вещества, кг/час

тогда

Масса получаемого фильтрата определяется как

G_ф=G_с - G_ос(4)

тогда G_ф=30000-10000=20000 кг/час

4. Составить сводку материального баланса по твердой и жидкой фазе:

Поступило на фильтр	Ушло с фильтра
Суспензии Gс=30000 кг в том числе: а – твердого вещества Gт=6000 кг б – жидкости Gж=30000-6000=24000 кг	1. Осадка Gос=10000 кг в том числе а – твердого вещества Gт­=6000 кг б – жидкости Gж=10000-6000=4000 кг 2. Фильтрата Gф=20000 кг
Итого: Gт­=6000 кг Gж=24000 кг	Итого: Gт=6000 кг Gж=4000+20000=24000 кг

5.Определить объем осадка V_ос, объем фильтрата V_ф и соотношение объемов осадка и фильтрата X=V_ос/V_ф.

, м³/час(5)

, м³/час(6)

, м³ осадка/м³фильтрата(7)

тогда м³/час

м³/час

м³ осадка/м³ фильтрата.

6. Длительность периода фильтрования определить по формуле:

(8)

где r_ф – длительность периода фильтрования, с

φ₁ – угол фильтрования, ⁰С

n – число оборотов барабана, об/мин.

Эта формула получена совместным решением двух уравнений для выражения величины путем погружения барабана.

При диаметре D_(м) и угле фильтрации φ₁, дуга погружения выражается

, м

и

, м

тогда с.

7. Определить производительность фильтра за 1 оборот

, м³ фильтрата/оборот(9)

где n_час – число оборотов барабана в час

тогда м³ фильтрата/оборот

8. Определить необходимую поверхность фильтрации. исходя из условия работы фильтра при p=const по одной из следующих формул.

a) , м³ фильтрата(10а)

b) , м³ фильтрата(10б)

В огромном большинстве случаев величиной сопротивления фильтра R_ф пренебрегают в виду его исключительно малого значения сравнительно с удельным сопротивлением осадка. Это можно сделать без ошибки, если . Следовательно, формула 10а следует применять при , а при следует пользоваться формулой 10б.

В данном примере необходимую поверхность фильтрации, поскольку , определяем по формуле 10б.

По условию примера

Расчет по формуле 10б даст F=33,5 м².

Принят к установке вакуум-фильтр барабанный Б 40-3, 0, 4,4 по каталогу-справочнику «Фильтры», стр.33. F=40 м², диаметр барабана 3000 мм, длина барабана – 4400 мм, угол погружения барабана в суспензию – 155⁰, угол зоны фильтрации – φ₁=135⁰,угол зоны просушки и промывки осадка φ₂=φ₃=160⁰, угол зоны отдувки перед снятием осадка φ₄=20, угол зоны регенерации φ₅=20.Число оборотов n=0,52 об/мин.

В расчете было принято n=0,52 об/мин. В виду незначительной разницы пересчет не производится.

9. Определим толщину слоя осадка из соотношения , что допустимо (см. каталог-справочник «Фильтры»).

10. Скорость фильтрования в связи с возрастанием слоя осадка при Р=const уменьшается. Скорость промывки осадка будет зависеть от конечной скорости фильтрации, вязкости промывной жидкости и может быть определена по формуле

(12)

11. Определить скорость промывки осадка

(13)

12. Определить расход промывной воды

(14)

13. Определить длительность промывки осадка

(15)

14. Определить угол промывки

(16)

15. Приблизительное распределение периодов работы барабана производится, исходя из того, что он разделен на 24 секции и имеет на распределительной шайбе 24 окна с углом между осями 15⁰. Исходя из произведенных вычислений и по данным каталога углы поворота барабана, а следовательно, и разбивка углов в распределительной головке будут примерно такими:

1. Зона фильтрации (образования осадка) φ₁=135

2. зона продувки осадка воздухом,φ₂=20

3. Зона промывки осадка, φ₃=140

4. Зона отдувки перед снятием осадка, φ₄=20

5. Зона регенерации ткани,φ₅=20

6. Зона снятия осадка и на перегонки между зонами,φ₆=35

16. Производительность вакуум-насоса по данным каталога-справочника (табл.12 стр.72).

17. Расход воздуха для отдувки осадка и регенерации ткани по табл. 11, принят 0,4м³ на м² в минуту, т.е. 16 м³ воздуха минуту. К установке, по табл. 12, принята воздуходувка РМК-4 (25 м³ в минуту).

Литература.

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия,1973. – 750с.

2. Плановский А., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии – М.: Химия, 1972. – 493с.

3. Чернобыльский И.И. Машины и аппараты химических производств. – М.: Машиностроение, 1975. – 454с.

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

Дата добавления: 2015-07-02