3.3.2 Фильтры непрерывного действия

Барабанный фильтр ячейкового типа. При расчете должны быть заданы следующие величины: - массовая производительность подаваемой суспензии: Р- давление фильтрации: - давление промывки: и -константы удельного сопротивления осадка; и константы удельного сопротивления фильтрующей ткани; динамическая вязкость фильтра; динамическая вязкость промывной жидкости; и плотность соответственно жидкой и твердой фазы суспензии; толщина влажного осадка при оптимальных условиях процесса; -необходимое количество промывной жидкости на 1 кг влажного осадка в м; - содержание твердой фазы в фильтруемой суспензии; - содержание твердой фазы во влажном осадке перед просушкой.

Уменьшение толщины слоя осадка ускоряет процесс фильтрации. Однако, уменьшение толщины слоя осадка на фильтре ограничено возможностью удовлетворительного съема его с фильтрующей поверхности, поэтому наименьшими значениями допускаемой толщины слоя осадка для барабанных фильтров являются: при прочном маловажном осадке - 4 мм, при непрочном, влажном, слегка мажущемся осадке - 6 мм при слабом, липком осадке - 10 мм. Для дисковых фильтров этим величинам соответствуют значения 6 ,8 и 12 мм.

Вначале определяю т вспомогательные величины: объемную массу влажного осадка перед просушкой , объем влажного осадка в 1 мфильтрата ; количество твердой фазы на фильтре от 1 м фильтрата С.

Необходимая производительность фильтра по фильтрату:

, (3.33)

по воздушно-сухому осадку:

, (3.34)

где -содержание твердой фазы в воздушно-сухом осадке.

Среднее удельное сопротивление осадка и фильтрующей перегородки определяют при заданном давлении фильтрации.

Параметры уравнения фильтрации для единицы площади фильтра:

Время фильтрации:

, (3.35)

Время промывки можно определить следующим образом. Зная на основании экспериментов количество промывной жидкости, расходуемой на единицу массы влажного осадка, определяют количество промывной жидкости, расходуемой на единицу площади фильтра:

,

Определение скорости промывки аналогично определению скорости фильтрации:

, (3.37)

откуда время промывки:

, (3.38)

Заменив

, (3.39)

и учитывая, что , получают время промывки:

, (3.40)

где

, (3.41)

При подаче воды форсунками время промывки надо увеличить, так как для предупреждения размывания осадка приходится покрывать водяными струями большую поверхность, чем зона промывки. Увеличение времени на промывку через отношение v действительно орошаемой форсунками площади фильтра к теоретической площади зоны промывки, т.е.:

, (3.42)

Время подсушки, съема осадка и пребывания его в мертвых зонах:

, (3.43)

где -число секций фильтра, одновременно находящихся в зонах просушки, съема и мертвых зонах; -общее число секций фильтра.

Эти величины могут быть заданы или выбраны по конструктивным соображениям.

Общая продолжительность рабочего цикла или время, затрачиваемое на один оборот барабана:

, (3.44)

При определении времени просушки осадка необходимо учесть, что обычно угол , занимаемый сектором зоны отдувки и съема осадка, составляет 45 - 55 (рисунок 44).

Рисунок 44 - Расчетная схема барабанного вакуум-фильтра.

Угол ( сектора мертвой 'зоны (от уровня жидкости до верхней границы зоны фильтрации) составляет 3°. угол сектора зоны от верхней границы зоны фильтрации до середины ее вервей ячейки составляет 360/2 . Угол, занимаемый секторами съема осадка и мертвых зон, равен сумме указанных углов:

, (3.45)

Тогда время просушки осадка:

, (3.46)

Полная поверхность фильтра:

, (3.47)

Частота вращения барабана в минуту:

, (3.48)

Углы секторов фильтра:

зоны фильтрации

, (3.49)

зоны промывки

, (3.50)

зоны просушки

, (3.51)

мертвых зон (ниже уровня жидкости)

, (3.52)

В выражениях (3.49)-(3.51) угловая скорость барабанная фильтра.

Глубина погружения барабана в суспензию:

, (3.53)

где диаметр барабана.

Выбор вспомогательного оборудования. Для выбора вакуум насосов необходимо знать зависимость количества воздуха просасываемою через зоны промывки и просушки, от времени пребывания в этих зонах. Для приближенного определения этой зависимости можно рекомендовать формулу:

, (3.54)

где динамическая вязкость воздуха; коэффициент, учитывающий превышение действительного расхода воздуха над теоретическим из-за попадания наружного воздуха через не плотности.

Для определения сечения трубопроводов можно принимать следующие скорости: для жидкостей -0,5 м/с, для мокровоздушной смеси- 4м/с.

Полезный объем ванны для фильтров:

, (3.55)

где объем поступающей суспензии:

, (3.56)

здесь плотность суспензии:

, (3.57)

Расчет мощности привода фильтра. Мощность привода барабанного вакуум-фильтра затрачивается на преодоление следующих моментов сопротивлений.

1. Момент сопротивления , создающийся в вследствие неуравновешенности слоя осадка при вращении барабана или дисков. Осадок покрывает 3/4 фильтрующей поверхности барабана, поэтому неуравновешенность создается за счет осадка, покрывающего 1/4 фильтрующей поверхности:

, (3.58)

где масса осадка на неуравновешенной части фильтрующей поверхности барабана или дисков фильтра; расстояние от центра тяжести неуравновешенной части осадка до оси барабана или диска; угол сектора неуравновешенной части осадка на барабане или дисках.

, (3.59)

здесь площадь поверхности, покрытой неуравновешенной частью осадка.

Для барабанного фильтра:

, (3.60)

где и диаметр и длина барабана

, (3.61)

(при условии, что осадок покрывает 3/4 поверхности барабана), следовательно, для барабанного фильтра:

, (3.62)

2. Момент сопротивления срезу осадка.

Для барабанного фильтра:

, (3.63)

где коэффициент трения при срезании осадка; усилие срезания осадка.

Усилие срезания осадка:

,

где удельное сопротивление срезанию осадка.

Тогда:

, (3.64)

3. Момент сопротивления трению барабана или дисков о суспензию.

По некоторым опытным ориентировочно можно принимать:

, (3.65)

4. Момент сопротивления трению вала фильтра о распределительную головку:

где число распределительных головок фильтра; коэффициент трения; сила прижима головки к торцу вала фильтра ( площадь поверхности трения, удельное давление между трущимися поверхностями вала и головки); радиус трения.

Площадь поверхности трения:

, (3.68)

здесь и соответственно наружный и внутренний диаметр торца вала фильтра; число ячеек; площадь отверстия ячейки.

Радиус трения:

, (3.69)

5. Момент сопротивления трению в подшипниках вала:

, (3.70)

где масса вала с барабаном (или дисками) и осадком; коэффициент трения цапф вала в подшипниках; диаметр цапфы.

Полная мощность электродвигателя для барабанного фильтра:

, (3.71)