Фильтрование

Основные условные обозначения

V - объемная производительность, м3/с; G - массовая производительность, кг/с; u = Voc/Vф - отношение объемов осадка и фильтрата; F - площадь поверхности фильтрования, м2; h - толщина слоя осадка, м; V’ - объем, отнесенный на 1 м2 поверхности фильтра, м32; t - время, с; m - динамический коэффициент вязкости, кг? мин/м2; zm - удельное сопротивление осадка, 1/м; R0 - сопротивление фильтровальной ткани, 1/м; r - плотность, кг/м3; n - частота вращения, с-1 или об/мин; Dб - диаметр барабана, м; c - содержание твердой фазы, кг/кг; N - мощность, Вт; M - момент сопротивления, Н·м.

Методика расчета барабанного вакуумфильтра

Расчет сводится к определению продолжительности процесса фильтрования, габаритных размеров фильтра (рис. 13) и мощности привода. Для его осуществления необходимо рассчитать характеристики перерабатываемых сред: концентрацию, плотность, сопротивление (осадка).

1. Количество твердой фазы, отлагаемой на фильтре 1/м3 фильтрата

,

где c1- содержание твердой фазы в фильтруемой суспензии, кг/кг; c2 - содержание твердой фазы во влажном осадке перед просушкой, кг/кг.

2. Среднее удельное сопротивление осадка

rm = rm · j

где rm? - константа удельного сопротивления осадка; j - степень сжатия осадка.

3. Объем влажного осадка, отлагаемого в 1 м3 фильтрата

,

где r c- плотность твердой фазы суспензии, кг/м3.

Рис. 13. Схема работы и общий вид барабанного вакуум - фильтра непрерывного действия с наружной фильтрующей поверхностью: 1 - барабан; 2 - корыто; 3 - главный вал; 4 - распределительная головка.

 

4. Плотность влажного осадка:

.

5. Константы уравнений фильтрации

,

  • где P - давление фильтрации, кг /м2;

    Условный объем фильтрата на единицу площади

    ,

    где R0 - константа удельного сопротивления фильтрующей ткани, 1/м

    Объем фильтрата на единицу площади фильтрования

    ,

  • где h2 - толщина влажного осадка при оптимальных условиях процесса, м.

  • 6. Время фильтрации
  • .

  • 7. Константа уравнения промывки

    ,

  • где a 0 - необходимое количество промывной жидкости на 1 кг влажного осадка в м3, м3/кг; r 0 - плотность промывной жидкости, кг/м3; Рпр - давление промывки, кг/м2.

  • 8. Время промывки

    ,

  • С учетом отношения действительной площади орошения и теоретической u находим

  • .
  • 9. Время просушки, съема осадка и пребывания в мертвых зонах

  • ,
  • где nc - общее число секций; - число секций просушки, съема осадка и мертвых зон.

  • 10. Общая продолжительность работы цикла

    .

  • 11 Задаваясь углом сектора отдувки и съема осадка, и углом j m сектора мертвой зоны находим

  • .
  • 12. Время просушки осадка

    .

    13. Полная поверхность фильтрации

    ,

    где - производительность фильтра по фильтрату

    ,

    где G - массовая производительность подаваемой суспензии, кг/мин.

    14. Частота вращения барабана фильтра

    .

    15. Угловая скорость барабана фильтра

    .

    16. Барабан фильтра в сечении состоит из ряда секторов: фильтрации, промывки, просушки и мертвых зон, - дальнейший расчет заключается в определении численных значений углов этих зон

  • - зоны фильтрации

    ,

    - зоны промывки

    ,

    - зоны просушки

    ,

    -мертвых зон

    .

    17. Угол сектора погружения барабана

    .

  • Для определения габаритных размеров фильтра задаемся диаметром барабана Dб = 2,6 м , тогда его длина =, м.

    18. Глубина погружения барабана в суспензию

    .

    19. Плотность суспензии

    .

    20. Количество суспензии, подаваемой на фильтр

    .

    21. Объем суспензии, поступающей в ванну

    .

    22. Полезный объем ванны фильтра

    .

    23. Расход воздуха на единицу поверхности фильтра

    ,

    где K’=2 5 - коэффициент, учитывающий превышение действительного расхода воздуха над теоретическим из-за попадания наружного воздуха; m в = 3.05 10-8 Па? с - динамическая вязкость воздуха.

     

    Расчет мощности привода фильтра

    Мощность привода БВФ затрачивается на преодоление следующих моментов сопротивлений

    1. Момент сопротивления M1 , создающийся вследствие неуравновешенности слоя осадка при вращении барабана. Осадок накрывает 3/4 фильтрующей поверхности барабана, поэтому неуравновешенность создается за счет осадка, покрывающего 1/4 фильтрующей поверхности

    M1 = G· r · sin,

    где G1 - масса осадка на неуравновешенной поверхности, кг; r - расстояние от центра тяжести неуравновешенной части осадка до оси барабана, м; a - угол сектора неуравновешенной части осадка на барабане

  • a =;
  • G1 = F1 · h2 · r 0,

    где F1 - площадь поверхности, покрытой неуравновешенной части осадка

    F1 = p · D· ,

    где D и - диаметр и длина барабана, м.

    r = (D + h2).

    Следовательно, упрощая, получим:

    M1 = 0,278 · L· h2   · r 0 · D · (D + h2).

    2. Момент сопротивления M2 срезу осадка:

    M2 = · f · p · D,

    где f=0,18 - коэффициент трения при срезе осадка; p - усилие срезания осадка

  • p = k · L · h2,

    где k=6,97 - удельное сопротивление срезания осадка,

    тогда

  • M2 = 0.5 · f · k  · L · h2 · D.

    3. Момент сопротивления M3 трения барабана о суспензию

    M3 = 0,02 · M2

    4. Момент сопротивления M4 трения вала фильтра о распределительную головку

    M4 = z · f · P· rт,

    где z = 1 - число распределительных головок фильтра; f - коэффициент трения; P1 = Fp - сила притяжения головок к торцу вала фильтра ( F - площадь поверхности трения; p=4,5 - удельное давление между трущимися поверхностями вала и головки); rт - радиус трения.

  • Площадь поверхности трения

    ,

  • где (-nlf0) - этой величиной можно пренебречь, увеличивая величину момента; d2 и d3 - наружный и внутренний диаметр торца вала фильтра: d2=0,45 м, d3=0,40 м; f0 - площадь отверстия ячейки, т.е.

    ,

    .

    5. Момент сопротивления M5 трения в подшипниках вала

    M5 =m 0 · G1· dц ,

    где G1 - масса вала с барабаном и осадком, кг; m 0 - коэффициент трения цапф вала в подшипниках, m 0 = 0.47; dц - диаметр цапф, dц = d2-0,01 м.

    6. Полная мощность N электродвигателя

    ,

  • где n - число оборотов барабана; h » 0,6 - КПД привода,.