Пример. Определить часовую производительность (по питанию) автоматической осадительной центрифуги АОГ-800 при работе ее на водной суспензии гидрата окиси магния. Плотность частиц ρ = 2525 кг/м3. Температура суспензии 30°С. Наименьший диаметр частиц 3 мкм. Характеристика центрифуги: диаметр барабана 800 мм; длина барабана 400 мм; диаметр борта 570 мм; частота вращения 1200 об/мин. Цикл работы центрифуги составляет 20 мин; из них 18 мин - подача суспензии, 2 мин - разгрузка осадка.
Решение. Производительность определяем по формуле (12.21)
Vч = 25,3 η Ln2R02ωock.
Скорость осаждения частиц находим по формуле Стокса:
ωос = d2(ρ-ρc)g : (18μс) = 32(2525 - 1000)9,81 : (1012·18·0,8·10-3) = 0,935·10-5 м/с.
Динамический коэффициент вязкости воды при 30 °С:
μс = 0,8·10-3 Па·с
Определяем скорость осаждения под воздействием центробежной силы:
ω - ωос (R0 · n2/900) = 0,935·10-5(0,285·12002/900) = 4,26·10-3 м/с.
Re = ω·d·ρc/μc = 4,26·10-3·3·10-6·103/(0,8·10-3) = 1,6·10-2,
т.е. режим ламинарный.
Далее находим: k = 18/20 = 0,9. Производительность центрифуги, принимая η = 0,45 равна:
Vч = 25,3·0,45·0,4·12002·0,2852·0,935·10-5·0,9 = 4,46 м3/ч.
Основные технологические параметры работы центрифуги и ленточных пресс-фильтров представлены в табл. 18.8.1.
Таблица 18.8.1
Характеристики центрифуг и ленточных пресс-фильтров
| № п/п | Характеристики | Ед.изм. | Центрифуги | Ленточные пресс-фильтры фирмы "Бельмер" |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Степень обезвоживания осадков | % подc. | 20-25 | 25-30 |
| 2 | Содержание в/в в фильтрате | мг/л | 1000 | 1000 |
| 3 | Степень разделения жидкой и твердой фаз | % | 98 | 98 |
| 4 | Расход флокулянта | кг/1тн сух. | 4-6 | 4-6 |
| 5 | Потребление эл/энергии | кВт/час на
1тн сух. | 60-100 | 40-60 |
| 6 | Степень задержания тяжелых металлов с осадками | % | 70 | 90 |
| 7 | Срок службы до 1-го кап.ремонта | год | 3-4 | 8-10 |
| 8 | Требования к содержанию песка в осадке | % | не более 1 | не регламентируется |
| 9 | Межремонтный пробег | мес. | 3-4 | 12 |
| 10 | Требования к содержанию жиров и нефтепродуктов в осадках | | отсутств. | допускается до величин, не отражающихся на работе сит |
161
Продолжение табл. 18.8.1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 11 | Внешний вид осадка | | тестообразная масса, налипает на стенки контейнеров | чешуйчатая структура, не налипает на стенки контейнеров |
| 12 | Стоимость машины производительностью 30 м3/час | DM | 400000 | 260000 |
Рассчитать требуемую поверхность барабанного вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью на производительность по фильтрату 6 м3/ч (0,00167 м3/с). Подобрать стандартный фильтр и определить необходимое число фильтров.
Исходные данные для расчета: перепад давления при фильтровании и промывке Δρ = 6,8 · 104 Па; температура фильтрования 20°С; высота слоя осадка на фильтре hос=10мм; влажность осадка ωос=61% (масс.); удельное массовое сопротивление осадка rв = 7,86·1010 м/кг; сопротивление фильтровальной перегородки Rфп = 4,1·109 м-1; плотность твердой фазы ρт= 1740 кг/м3; жидкая фаза суспензии и промывная жидкость - вода; массовая концентрация твердой фазы в суспензии хсм = 14% (масс.); удельный расход воды при промывке (которая проводится при температуре 53 °С), υпр.ж = 1·10-3; м3/кг; продолжительность окончательной сушки осадка τc2 не менее 20 с.
По справочным данным определяем недостающие для расчета физико-химические величины: вязкость воды при 20°С μ = 1,005·10-3 Па·с, при 53 °C μпр = 0,53·10-3 Па·с; плотность воды принимаем ρж = 1000 кг/м3.
Рассчитаем вспомогательные величины по формуле (12.27):
ρoc =
| 1740 · 1000 |
| 1000 + (1740 - 1000) · 0,61 |
= 1200 кг/м
3
По формуле (12.25)
x0 =
| 0,14 · 1000 |
| 1200 - [1 - (0,61 + 0,14)] |
= 0,467.
По формуле (12.26)
x0 =
| 0,14 · 1000(1 - 0,61) |
| 1 - (0,61 + 0,14) |
= 218 кг/м
3.
Продолжительность фильтрования находим по формуле (12.24):
τф =
| 1,005·10-3 · 218 · 7,86·1010 |
| 2 · 6,8·104 |
·
+
| 1,005·10-3 · 4,1·109 |
| 6,8·104 |
·
= 59,4 c.
Продолжительность промывки находим по формуле (12.28), принимая k =1,1:
τпр = 1,1 ·
| 1·10-3 · 1200 · 7,86·1010 · 218 · 0,53·10-3 · 0,01 |
| 6,8·104 · 0,467 |
×
(0,01 + 0,467 ·
) = 38,2 c.
162
Для определения частоты вращения барабана по уравнению (12.32, т.2) предварительно зададимся с помощью табл. 12.4 (т. 2) значениями углов, ориентируясь на наиболее типичные значения:
φс1 = 59,5°С; φ0= 20°С; φр = 20°С; φм1 = 2°С; φм2 = 5°С; φм4 = 5°С.
Тогда
п = 360 - (59,5 + 20 + 20 + 2 + 5 +13,5 + 5) / [360(59,4 + 38,2 + 20)] = 0,00555 с-1.
Полученная частота укладывается в диапазон значений, приведенных в табл. 12.4. Продолжительность полного цикла работы фильтра по формуле (12.29, т.2):
τц = 1/0,00555 = 180 с.
Удельный объем фильтрата по формуле (12.31):
υср.уд = 0,01 / 0,467 = 0,0214 м3/м2.
Общая поверхность фильтрата по формуле (12.30, т.2):
Foб = 0,00167·180 / (0,0214·0,8) = 17,5 м2.
Эту поверхность может обеспечить один фильтр Б020-2,6У, имеющий Fоб = 20 м . Проверим пригодность выбранного фильтра. Он имеет следующие значения углов:
φф = 132°; (φпр + φс2) = 103°.
Рассчитаем п1 и п2 по формулам (12.32) и (12.33) тома 2:
n1 = 132 / (360 · 59,4) = 0,00617 с-1;
n2 = 103 / [360(38,2 + 20)] = 0,00492 с-1.
Так как п2< п1, окончательно принимаем частоту вращения барабана:
n = n2 = 0,00492 с-1.
Эта частота соответствует допустимому диапазону частот (0,00217-0,0333 с-1), указанному в табл. 12.4 (т. 2).
Угол, необходимый для фильтрования, можно определить, зная продолжительность фильтрования и частоту:
Δφф = φф - φ’ф = 135 - 105,2 = 26,8
Этого можно добиться, например, увеличив на то же значение угол φм4. Продолжительность полного цикла по (12.29):
τц = 1/n = 1/0,00492 = 203 с.
Производительность фильтра найдем из формулы (12.30):
Vоб = υф.уд - Fоб. · Kn / τц = 0,0214 · 20 · 0,8 / 203 = 0,00169 м3/с,
что соответствует заданной производительности (0,00167 м3/с).
Таблица 18.8.2
Основные параметры дисковых вакуум-фильтров
| Фильтр | Foб, м2 | zд | d, мм | N, c-l | Распределение углов зон (в градусах) |
| φн | φфн | φcн |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Д9-1,8У | 9 | 2 | 1800 | 0,0025-0,015 | 160 | 117 | 139 |
| Д9-1,8К | | | | | | | |
| Д18-1,8У | 18 | 4 | 1800 | (0,0017-0,02) | | | |
| Д18-1,8К | | | | | | | |
| Д27-1,8У | 27 | 6 | 1800 | | | | |
163
Продолжение табл. 18.8.2
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Д27-1,8К | | | | | | | |
| Д34-2,5 | 34 | 4 | 2500 | 0,0017-0,01 | 166 | 120 | 137 |
| Д34-2,5К | | | | (0,0017-0,02) | | | |
| Д51-2,5У | 51 | 6 | | | | | |
| Д51-2,5К | | | | | | | |
| Д68-2,5У | 68 | 8 | | | | | |
| Д68-2,5К | | | | | | | |
| Д100-2,5У | 102 | 12 | 2500 | | | | |
Примечание. Fоб - поверхность фильтра; zд - число дисков; d - диаметр диска; п - частота вращения; φн - угол погружения в суспензию; φфн - угол фильтрования; φсн - угол сушки. 2. Число секторов zc = 12. Угол съема осадка φ0 =35°. Угол регенерации φp = 35°.
Таблица 18.8.3
Основные параметры ленточных вакуум-фильтров
| Фильтр | Foб, м2 | b, мм | l, мм | v, м/с | N, кВт |
| Л1-0,5У | 1,0 | 500 | 2000 | 0,013-0,08 | 2,8 |
| Л1-0,5К | | | | | |
| Л1,6-0,5У | 1,6 | 500 | 3200 | 0,013-1,08 | 2,8 |
| Л1,6-0,5К | | | | (0,01-0,13) | |
164