ПРИЛОЖЕНИЕ 18.8

Расчет и подбор вакуум-фильтра и осадительной центрифуги

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)

V_ч = 25,3 η Ln²R₀²ω_ock.

Скорость осаждения частиц находим по формуле Стокса:

ω_ос = d²(ρ-ρ_c)g : (18μ_с) = 32(2525 - 1000)9,81 : (10¹²·18·0,8·10^-3) = 0,935·10^-5 м/с.

Динамический коэффициент вязкости воды при 30 °С:

μ_с = 0,8·10^-3 Па·с

Определяем скорость осаждения под воздействием центробежной силы:

ω - ω_ос (R₀ · n²/900) = 0,935·10^-5(0,285·1200²/900) = 4,26·10^-3 м/с.

Re = ω·d·ρ_c/μ_c = 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:

V_ч = 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

Пример расчета барабанного вакуум-фильтра

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 h_ос=10мм; влажность осадка ω_ос=61% (масс.); удельное массовое сопротивление осадка r_в = 7,86·10¹⁰ м/кг; сопротивление фильтровальной перегородки R_фп = 4,1·10⁹ м^-1; плотность твердой фазы ρ_т= 1740 кг/м³; жидкая фаза суспензии и промывная жидкость - вода; массовая концентрация твердой фазы в суспензии х_см = 14% (масс.); удельный расход воды при промывке (которая проводится при температуре 53 °С), υ_пр.ж = 1·10^-3; м3/кг; продолжительность окончательной сушки осадка τ_c2 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 μ_пр = 0,53·10^-3 Па·с; плотность воды принимаем ρ_ж = 1000 кг/м³.

Рассчитаем вспомогательные величины по формуле (12.27):

ρ_oc = 

1740 · 1000

1000 + (1740 - 1000) · 0,61

 = 1200 кг/м³

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/м³.

Продолжительность фильтрования находим по формуле (12.24):

τ_ф = 

1,005·10-3 · 218 · 7,86·1010

2 · 6,8·104

 · 

0,012

0,4672

 + 

1,005·10-3 · 4,1·109

6,8·104

 · 

0,01

0,467

 = 59,4 c.

Продолжительность промывки находим по формуле (12.28), принимая k =1,1:

τ_пр = 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 · 

4,1·109

7,86·1010 · 218

 ) = 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:

φ_с1 = 59,5°С; φ₀= 20°С; φ_р = 20°С; φ_м1 = 2°С; φ_м2 = 5°С; φ_м4 = 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):

τ_ц = 1/0,00555 = 180 с.

Удельный объем фильтрата по формуле (12.31):

υ_ср.уд = 0,01 / 0,467 = 0,0214 м³/м².

Общая поверхность фильтрата по формуле (12.30, т.2):

F_oб = 0,00167·180 / (0,0214·0,8) = 17,5 м².

Эту поверхность может обеспечить один фильтр Б020-2,6У, имеющий F_об = 20 м . Проверим пригодность выбранного фильтра. Он имеет следующие значения углов:

φ_ф = 132°; (φ_пр + φ_с2) = 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:

Δφ_ф = φ_ф - φ’_ф = 135 - 105,2 = 26,8

Этого можно добиться, например, увеличив на то же значение угол φ_м4. Продолжительность полного цикла по (12.29):

τ_ц = 1/n = 1/0,00492 = 203 с.

Производительность фильтра найдем из формулы (12.30):

V_об = υ_ф.уд - F_об. · K_n / τ_ц = 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. F_об - поверхность фильтра; z_д - число дисков; d - диаметр диска; п - частота вращения; φ_н - угол погружения в суспензию; φ_фн - угол фильтрования; φ_сн - угол сушки. 2. Число секторов z_c = 12. Угол съема осадка φ₀ =35°. Угол регенерации φ_p = 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