Расчет барабанного фильтра

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………3
1 Теоретические основы процесса фильтрования……………………………..4
2 Оборудование: фильтровальные аппараты…………………………………9
3 Принцип работы барабанного вакуум-фильтра……………………………15
4 Расчет барабанного вакуум-фильтра……………………………………….17
4.1 Исходные данные…….…………………………………………………17
4.2 Определение основных физических параметров……………………..17
4.3 Материальный баланс процесса фильтрования……………………….18
4.4 Производительность фильтра…………………………………………..18
4.4.1 Определение объема осадка, фильтрата и их соотношения…….19
4.4.2 Определение объема осадка на квадратный метр поверхности фильтрации……………………………………………………………………….20
4.5 Продолжительность фильтрации……………………………………….21
4.6 Поверхность фильтрации………………………………………………21
4.7 Расчет расхода мощности для привода фильтра……………………….22
4.8 Выбор насоса……………………………………………………………..23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….27
Список использованных источников…………………………………………28

1. Теоретические основы процесса фильтрования

Фильтрование – это разделение неоднородной системы с твердой дисперсной фазой, основанное на задержании твердых частиц пористыми перегородками.
Фильтрование осуществляется под действием разности давлений перед фильтрующей перегородки и после нее. Интенсивность фильтрования зависит от количества суспензий, полученных на предыдущих стадиях технологического процесса: дисперсной системы с понижением сопротивления осадка, без смолистых, слизистых и коллоидных веществ.
При разделении неоднородных систем фильтрования возникает необходимость выбора конструкции фильтра, фильтровальной перегородки, режима фильтрования.
В качестве фильтрующих материалов применяют зернистые материалы – песок, гравий для фильтрования воды, различные ткани, картон, сетки, пористые полимерные материалы, керамику и т.д.
...

2. Оборудование: фильтровальные аппараты

Классификация фильтровальных аппаратов приведена на рисунке 2.
В фильтрах периодического действия фильтрующая перегородка неподвижна, а в фильтрах непрерывного действия она перемещается, проходя через зону очистки, в которой регенерируется. Оба эти класса разделяются на фильтры, работающие под давлением или под вакуумом. В классе фильтров периодического действия выделяют отдельно группы фильтров, работающих под давлением столба жидкости над фильтрующей поверхностью или создаваемым насосом. Вакуумные фильтры называют также нутч-фильтрами.

Рисунок 2 – Классификация фильтровальных аппаратов

Схема песочного фильтровального аппарата как аппарата подгруппы фильтров с зернистым слоем представлена на рисунке 3. Такие фильтры применяют при относительно малом содержании твердой фазы в жидкости. Они работают и как шламовые, и как закупорочные. Такие фильтры очищают воду на ликероводочных заводах.
...

3. Принцип работы барабанного вакуум-фильтра
фильтрование аппарат перегородка дисперсный

Рисунок 8 – Барабанный вакуум-фильтр:
1 – перфорированный барабан, 2 – волнистая сетка; З – фильтровальная перегородка; 4 – осадок; 5 – нож для съема осадка, б – корыто для суспензии; 7 – касающаяся мешалка; 8 – устройство для подвода промывной жидкости; 9 – камеры (ячейки) барабана; 10 – соединительные трубки; 11 – вращающаяся часть распределительной головки; 12 – неподвижная часть распределительной головки; I – зона фильтрования и отсоса фильтрата; II – зона промывки осадка и отсоса промывных вод; III – зона съема осадка; IV – зона очистки фильтровальной ткани.

Фильтр имеет вращающийся цилиндрический перфорированный барабан 1, покрытый металлической сеткой 2 и фильтровальной тканью 3. Часть поверхности барабана (30–40%) погружена в суспензию, находящуюся в корыте 6. С помощью радиальных перегородок барабан разделен на ряд изолированных друг от друга ячеек (камер) 9.
...

4. Расчет барабанного вакуум-фильтра


4.2 Определение основных физических параметров
Вязкость жидкой фазы находим по [3]. Для суспензии с концентрацией > 10% вязкость суспензии определяется по формуле:
(1)
где – вязкость жидкости; =0,56*10-3 Па*с;
– объемная концентрация твердой фазы в с суспензии, =0,168.

Плотность суспензии ρс = 1110 кг/м3. Плотность суспензии рассчитывается по формуле (2), откуда находим плотность твердой фазы.
(2)
Где - плотность твердой фазы, кг/м3; = 1869 кг/м3 (из уравнения 2)
– плотность жидкой фазы, кг/м3; = 1014 кг/м3 (из задания)
– массовая доля жидкой фазы в суспензии (Т:Ж=1:); =4,8.
Влажность осадка рассчитываем по формуле (3):
(3)
кг/м3

4.3 Материальный баланс процесса фильтрования
(4)
= (5)
Откуда
(6)
где , , – масса разделяемой суспензии, осадка и жидкости (фильтрата),кг/с;
, – массовая доля твердой фазы в суспензии и осадке;
– влажность осадка.
4.4 Производительность фильтра
Производительность фильтра по суспензии определяют по формуле:
(7)
Тогда производительность фильтра по суспензии:

кг/с
Производительность фильтра по осадку:

Производительность фильтра по фильтрату:
кг/с
4.4.
...

Производительность фильтра, м3/с 6,6
Содержание твердой фазы, % 17,3
Конечная влажность осадка, % 33,1
Давление фильтрации, Па*с 8,47*10-5
Плотность суспензии, кг/м3 1110
Плотность промывной жидкости, кг/м3 1014
Массовая доля фильтрата, % 0,168
Толщина слоя осадка, мм 30
Угол фильтрации, 0 89
Диаметр барабана, м .
...

4.7 Расчет расхода мощности для привода фильтра
Момент сопротивления рассчитывается по формуле:
(19)
Где – длина барабана, м;
- диаметр барабана, м;
– толщина слоя осадка, м;
– плотность влажного осадка, кг/м3;
- ускорение свободного падения, м/с2.
Н*м
Момент сопротивления среза осадка:
(20)
Где – коэффициент трения (0,2-0,3); примем 0,3;
– сопротивление среза осадка (3*104 – 7*103), Па; примем 7*103 Па;
– ширина ножа (0,3-0,4), м; примем 0,4 м.
Н*м
Суммарный момент будет равен:
(21)
Н*м
Мощность электродвигателя будет равна:
(22)
Где – частота вращения барабана, с-1;
– КПД привода (0,95-0,98), принимаем 0,98.
кВт

4.8 Выбор насоса
Объемный расход суспензии: =6,6 м3/с
Массовый расход суспензии: М= кг/с
Скорость потока определяется по формуле:
(23)
Где - диаметр трубопровода, м. Принимаем 894 (тогда d = 89-8=81 мм).

Рисунок 9 –Схема включения насоса: 1 –насос; 2 – приемная емкость; 3 – напорная емкость; 4 – задвижка; 5 – диафрагма; 6 - отвод
м/с
Критерий Рейнольдса:
(24)

Шероховатость стальных труб с незначительной коррозией равна =0,2 мм [4]. Определяем коэффициент динамического трения d/=0,081/0,0002=450, тогда (по рисунку 10) λ=0,025.
Коэффициенты местных сопротивлений определяем по справочнику [4] и сводим их в таблицу 1.
...