Вывод основного уравнения центробежного фильтрования

При выводе основного уравнения центробежного фильтрования принимаем следующие допущения. Пренебрегаем действием силы тяжести, так как отношение центробежной силы к силе тяжести в фильтрующих центрифугах составляет от 400 до 3000. Не учитываем прирост гидростатического давления при движении жид­кой фазы в радиальном направлении через слой осадка, так как отношение толщины слоя осадка к радиусу ротора фильтрующих центрифуг при полной загрузке ротора не превышает 0,2. Считаем, что течение жидкости в радиальном направлении происходит в ламинарном режиме, а сопротивление фильтрующей перегородки не изменяется в продолжении всего цикла фильтрования.

Рис. 2.17. Схема процесса центробежного фильтрования

При центробежном фильтровании (рис. 43) суспензия 3 про­ходит через слой осадка 2 и стенку ротора 1. Скорость фильтро­вания через отверстия стенки ротора ш₀ (м/с) рассчитывают по формуле

(2.34)

где ΔР₀ — потери давления жидкости при ее фильтровании через отверстия ротора, Па;

μ— вязкость жидкости, Па-с;

ρ₀ — удель­ное сопротивление сита ротора, м^-1;

h₀ — толщина сита ротора, м.

В образовавшемся осадке на стенке ротора выделим бесконеч­но тонкий цилиндр с толщиной dr, отстоящий от центра ротора на расстояние r. Тогда можно записать

ΔP=ωμρdr

где ΔР — потери давления при фильтровании жидкости через слой осадка толщиной dг.

Фильтрование под действием центробежных сил будет осуществляться до тех пор, пока давление жидкости Р_ц не будет равно потерям давления при движении жидкости через слой осадка и стенки ротора:

(2.35)

где R₁, R₂ — внутренний и наружный радиусы слоя осадка.

При. центрифугировании, в отличие от фильтрования на ваку­ум-фильтрах, скорость фильтрования изменяется в зависимости от высоты расположения рассматриваемого слоя осадка.

Объем жидкости, отфильтрованной за время dt через тонкостенный цилиндр радиусом r, выделенный внутри осадка цилинд­рической формы, составит

dV = ω2πrHdt,

где Н - высота ротора.

За время dt через ротор отфильтруется жидкость в объеме

dV_o = ω_o2πR₂Hdt..

В силу неразрывности потока объем жидкости, отфильтрованной через тонкостенный цилиндр, равен объему жидкости, прошед­шей через сито ротора, т. е. можно записать

dV = dV_o = w2πrНdt = w_o2πR₂Hdt.

Отсюда

ω = ω_oR₂/r. (2.36)

Подставив выражение (60) в формулу (59), получим.

С учетом выражения (53) получаем формулу для расчета скорости фильтрования в центробежном поле:

(2.37)

Из полученной формулы следует, что основное влияние на скорость фильтрования жидкости в центробежном поле оказывают угловая скорость вращения ротора и толщина слоя суспензии в роторе.

Центрифуги

Для удаления осадков из сточных вод могут быть использованы фильтрующие и отстойные центрифуги.

Осадительные и осадительно-фильтрующие центрифуги

Осадительные и осадительно-фильтрующие центрифуги предназначены для обезвоживания разжиженных мелких продуктов обогащения и осветления оборотных вод углеобогатительных фабрик.

Процесс разделения твердой и жидкой фаз в роторе осадительной центрифуги состоит из трех основных этапов: осаждения твердых частиц, уплотнения образовавшегося осадка и его транспортирования спиралью шнека по внутренней поверхности ротора и обезвоживания осадка при его выходе из объема суспензии.

Таблица 2.4

Технические характеристики фильтрующих центрифуг

Современные осадительные центрифуги имеют различное исполнение основных узлов, общий конструктивный признак которых - горизонтальное расположение ротора с соосно размещены внутри него шнеком.

Осадительная центрифуга НОГШ-1350 (рис. 1) состоит из следующих основных узлов: станины 17, кожуха 14, ротора 7, шнека 9, планетарного редуктора 3 и загрузочного устройства 16.

Станину центрифуги изготовляют литой из чугуна и устанавливают на виброизоляторы 18.

Рис. 2.19. Осадительная центрифуга НОГШ-1350

Кожух центрифуги выполняют сварным из листовой стали. Он имеет разъем вдоль оси ротора. Внутри кожух разделен перегородками 6 и 10 на камеры 5 и 11 соответственно для приема фугата и осадка. В нижней части камер предусмотрены патрубки и люки для отвода фугата и осадка из кожуха центрифуги

Ротор 7 состоит из цилиндрической и конической частей и опирается на подшипники 2 и 15. В торцевой крышке цилиндрической части ротора расположены сливные окна 4 с регулировочными кольцами или шайбами для слива фугата. В конце конической части ротора предусмотрены разгрузочные патрубки 13 для выгрузки осадка. Внутри ротора расположен шнек, состоящий из сплошного конуса и цилиндрической части, выполненной в виде «беличьего колеса». На поверхности конуса и «беличьего колеса» укреплена спираль 12. В конической части шнека имеются отверстия 8 для подачи суспензии внутрь ротора.

Планетарный редуктор 3 предназначен для передачи от ротора к шнеку вращения с необходимой частотой. Редуктор соединен болтами с ротором и шлицевым валом со шнеком. Вращение ротору передается от приводного шкива 1.

Ротор и шнек вращаются в одном направлении, но с разными частотами для перемещения шнеком осадка. Частота вращения шнека меньше частоты вращения ротора на 2,6 %.

Ротор и шнек вращаются в одном направлении, но с разными частотами для перемещения шнеком осадка. Частота вращения шнека меньше частоты вращения ротора на 2,6 %.

Исходная суспензия по питающему устройству подается внутрь шнека, через отверстия поступает в ротор. В роторе происходит центробежное осаждение частиц и разделение суспензии на твердую и жидкую фазы. Твердая фаза вращающимся шнеком перемещается к разгрузочным патрубкам, через которые она центробежными силами разгружается из ротора. Жидкая фаза по спиральным каналам, образованным витками шнека и стенкой ротора движется в противоположном направлении и вытекает через сливные окна.

Рис. 2.20. Осадительно-фильтрующая центрифуга НОГШ-1320Ф

Осадительные центрифуги применяют для разделения и обез­воживания мелких разжиженных продуктов обогащения, содержащих от 10 до 50 % твердого по массе. Центрифугу отличают компактность и надежность в работе.

Наиболее производительна центрифуга УЦМ-3 с максималь­ным диаметром ротора 1500 мм. Центрифугу выпускают со сплош­ным и осадительно-фильтрующим ротором. Производительность центрифуги по осадку 80 т/ч.

Осадительно-фильтрующая центрифуга, ногш­1320Ф создана на базе центрифуги НОГШ-1350 (рис. 2.18). Центрифуга состоит из сплошного цилиндроконического ротора 3 и фильтрующей конической ступени 9. Внутри ротора расположен шнек 7, выполненный в виде сплошного конуса и цилиндрического «бе­личьего колеса». В конической части шнека предусмотрены патрубки для подачи питания внутри ротора, а на внутренней его части - раскручивающие лопасти 6 для обеспечения вращательного движения суспензии. Транспортирующая спираль 5 шнека состоит из двух частей. На «беличьем колесе» она выполнена в виде четырехзаходной ленточной спирали, а на конической части - в виде двухзаходной. Шнек - 8 фильтрующей ступени 9 центрифуги укреплен на конической части ротора. Фильтрующая поверхность - щелевидное сито. Цапфа фильтрующей ступени жестко соединена со шнеком.

Вращение от электродвигателя передается через клиноременную, передачу на приводной шкив 1 центрифуги. Шкив связан с дифференциально-планетарным редуктором 2, передающим вращение на шнек и ротор. Фильтрующая ступень приводится во вра­щение от шнека.

Питание по трубе 10 через трехходовой кран подается внутрь шнека, из которого по патрубкам поступает в осадительную ступень ротора. Твердая фаза транспортируется шнеком к разгрузочным окнам осадительной ступени, через которые поступает на фильтрующую ступень. Фугат осадительной ступени выводится через сливные окна, расположенные в торцевой крышке цилиндрической части ротора.

В фильтрующей ступени осуществляется дополнительное обезвоживание осадка, который разгружается через ее торцевую кромку. Для разделительного отвода из центрифуги продуктов обезвоживания кожух 4 центрифуги разделен на камеры с лабиринтными уплотнителями. Влажность обезвоженного осадка зависит от содержания класса -74 мкм и колеблется для угольных шламов в пределах 23…35 %.

При технологическом расчете центрифуг определяют их необходимое число п для обеспечения производительности обезвоживающего отделения по твердому и по пульпе:

п = kG/G_ц; п = kQ/Q_ц

где G, Q - производительность обезвоживающего отделения соответственно по твердому и пульпе, т/ч, м³/ч;

G_ц, Q_ц - производительность центрифуги соответственно по твердому и пульпе, т/ч, м³/ч;

k - коэффициент запаса (k = 1,15).

Технические характеристики осадительных

и осадительно-фильтрующих центрифуг

Центрифуга………………………………НОГШ-1350 НОГШ-1320Ф

(НОГШ-1350И)

Производительность:

по пульпе,м³/ч………………… 250 250

по твёрдому, т ……………….. 25-35 40

Размеры ротора, м:

максимальный диаметр…………… 1,350 1,320

общая длина………………………. 1,987 2,000

Угол конусности ротора, градус……… 15 15

Чистота вращения ротора, мин ^-1 …….. 800 800

Фактор разделения…………………….. 500 500

Мощность электродвигателя, кВТ…… 160 160

Масса, т………………………………… 12 15,8