Расчет фильтров

Периодически действующие фильтры

1. Определение τ_осн при условии, что промывка и продувка отсутствует, а разделение происходит при ΔP = const

2. Определение объема фильтрата:

3. Общее число циклов работы фильтра в сутки

где Q_общ. – производительность установки по фильтрату.

4. Число циклов работы одного фильтра в сутки

5. Необходимое количество фильтров:

Непрерывно действующие фильтры

1. Принимают оптимальную толщину осадка ~ 5 мм.

2. Из равенства находят:

3. Определяем время фильтрования из условия R_фп = 0:

4. Опытным путем определяем продолжительность стадии промывки τ_п

5. Число секций в зоне первого обезвоживания , второго обезвоживания , удаление осадка и регенерации

6. Продолжительность:

– первое обезвоживание

где – число секций в зонах фильтрования и промывки.

– второе обезвоживание

– удаление осадка и регенерации

7. Общая продолжительность цикла:

8. Скорость вращения барабана:

Центрифугирование

Под центрифугированием понимают процесс разделения неоднородных систем, в частности эмульсий, суспензий, в поле центробежных сил с использованием сплошных или проницаемых для жидкости перегородок.

Центрифуга представляет собой в простейшем виде вертикальный цилиндрический ротор со сплошными или перфорированными стенками. Ротор укрепляется на вертикальном валу, который приводится во вращение электродвигателем, помещается в соосный цилиндрический неподвижный кожух, закрываемый съемкой крышкой; на внутренней поверхности ротора с перфорированными стенками находится фильтровальная ткань или тонкая металлическая сетка.

Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а жидкая фаза удаляется из него.

В отстойных центрифугах со сплошными стенками производят разделение эмульсий и суспензий по принципу отстаивания, причем действие силы тяжести заменяется действием центробежной силы.

В фильтрующих центрифугах с проницательными стенками осуществляют процесс разделения суспензий по принципу фильтрования, причем вместо разности давлений используется действие центробежной силы (пример: отделение маточного раствора от нитрозофенола).

В отстойной центрифуге разделяемая суспензиями или эмульсия отбрасывается центробежной силой и стенкам ротора, причем жидкая или твердая фаза с большей плотностью располагается ближе к стенкам ротора, а другая фаза с меньшей плотностью размещается ближе к его оси; осадок (или фаза с большей плотностью) образует слой у стенок ротора, а фугат переливается через верхний край ротора.

В фильтрующей центрифуге разделяемая суспензия также отбрасывается к стенкам ротора и фазы разделяются; при этом жидкая фаза проходит сквозь фильтровальную перегородку в кожух и отводится из него, твердая фаза в виде осадка задерживается на внутренней стороне этой перегородки, а затем удаляется из ротора.

Разделение эмульсий в отстойных центрифугах обычно называют сепарацией, а устройства, в которых осуществляется этот процесс – сепараторами (отделение сливок от молока, маточного раствора от нитрозофенало).

Центробежная сила и фактор разделения

В общем случае величина центробежной силы выражается равенством:

где С – центробежная сила, Н;

m – масса вращающегося тела, кг;

G – вес вращающегося тела, Н;

ω – окружная скорость вращения, м/сек;

r – радиус вращения, м.

Окружная скорость вращения определяется равенством:

где ω^, – угловая скорость вращения, рад/сек.

n – число оборотов в минуту.

Сопоставив эти два равенства, получим:

Увеличение числа оборотов ротора значительно больше влияет на возрастание центробежной силы, чем увеличение диаметра ротора центрифуги.

Отношение центробежного ускорения ω²/r к ускорению силы тяжести g называют фактором разделения:

Приняв G = 1 Н, получим:

С диаметром ротора 1000 мм (r = 0,5 м), вращающийся со скоростью n = 1200 об/мин:

Устройство центрифуг

По величине фактора разделения центрифуги можно условно разделить на две группы: нормальные центрифуги (К_р < 3500) и сверхцентрифуги (К_р >3500).

Нормальные центрифуги применяются главным образом для разделения различных суспензий, за исключением суспензий с очень малой концентрацией твердой фазы.

Сверхцентрифуги являются аппаратами отстойного типа и подразделяются на трубчатые сверхцентрифуги, используемые для разделения тонкодисперсных суспензий, и жидкостные сепараторы, служащие для разделения эмульсий.

По расположению оси вращения различают: вертикальные, наклонные и горизонтальные центрифуги.

Жидкостные сепараторы. Эти аппараты являются отстойными сверхцентрифугами непрерывного действия с вертикальным ротором.

Диаметр ротора 150 – 300 мм, вращается со скоростью 5000 – 10000 об/мин.

В жидкостном сепараторе тарельчатого типа обрабатываемая смесь в зоне отстаивания разделена на несколько слоев. Эмульсия подается по центральной трубе 1 в нижнюю часть ротора, откуда через отверстия в тарелках 2 разделяется тонкими слоями между ними. Более тяжелая жидкость, перемещаясь вдоль поверхности тарелок, отбрасывается центробежной силой к периферии ротора и отводится через отверстие 3. Более легкая жидкость перемещается к центру ротора и удаляется через кольцевой канал 4. Для того чтобы жидкость не отставала от вращающегося ротора, он снабжен ребрами 5.

1 – труба для подачи эмульсии; 2 – тарелки; 3 – отверстие для отвода более тяжелой жидкости; 4 – кольцевой канал для отвода более легкой жидкости; 5 – ребра.

Схема устройства трубчатой сверхцентрифуги

1 – кожух; 2 – ротор; 3 – радиальные лопасти; 4 – шпиндель; 5 – опора; 6 – шкив; 7 – подпятник; 8 – труба для подачи суспензии; 9 – отверстия; 10 – труба для отвода осветленной жидкости.

Трубчатые сверхцентрифуги. По сравнению с жидкостными сепараторами трубчатые центрифуги имеют ротор меньшего диаметра (не более 200 мм), вращающийся с большей скоростью (45000 об/мин); фактор разделения 15000. Применяется для осветления лаков.

В кожухе 1 расположен ротор 2, с глухими стенками, внутри которого имеются радиальные лопасти 3, препятствующие отстаиванию жидкости от стенок ротора при его вращении. Верхняя часть ротора жестко соединена с коническим шпинделем 4, который подвешен на опоре 5 и приводится во вращение при помощи шкива 6. В нижней части ротора расположен эластичный направляющий подпятник 7, через который проходит труба 8 для подачи суспензии. При движении суспензии в роторе вверх на стенках его оседают твердые частицы, причем осветленная жидкость отводится через отверстия 9 в трубу 10. По истечении определенного времени сверхцентрифугу останавливают и удаляют осадок, накопившийся в роторе.

Разделение газовых систем: гравитационную очистку газов – пылеосадительные камеры мокрая очистка – полые и насадочные скрубберы. Трехколонные центрифуги. Подвесные центрифуги, горизонтальные центрифуги с ножевым устройством для удаления осадка, центрифуги со шнековым устройством для удаления осадка, центрифуги с инерционной выгрузкой осадка.

Угол трения частиц осадка меньше, чем угол наклона стенок ротора и поэтому они перемещаются к его нижнему краю, непрерывного действия. Тормозится шнеком.

Центрифугирование

Образуются слои с цилиндрическими граничными поверхностями, что усложняет зависимость процесса от геометрических факторов.

О тстойные центрифуги

центробежные осветление

центробежное отстаивание

Осаждение → по законам гидродинамики.

Уплотнение осадка → по закономерностям механики грунтов.

При концентрации менее 4% оборотов нет четкой границы.

В отстойниках гравитационное поле однородно, центробежная сила увеличивается при движении к периферии.

Разделяющая способность отстойных центрифуг характеризуется индексом производительности:

где F – площадь цилиндрической поверхности осаждения.

Индекс производительности отражает влияние всех конструктивных особенностей осадительной центрифуги, определяющих ее разделительную способность.

Рассмотрим цилиндрический ротор центрифуги. h << D ротора. Поэтому величину фактора разделения можно отнести к среднему диаметру (D – h).

Площадь цилиндрической поверхности осаждения в роторе:

Отсюда:

Если принять поверхностный режим течения то:

где r₀ – радиус свободной поверхности жидкости.

Тогда

Для конических роторов тоже.

Для переходного режима:

Для турбулентного режима:

Производительность, вычисленная на основе скорости осаждения обычно больше действительной производительности.

Уменьшение производительности объясняется: отставанием скорости вращения жидкости от скорости вращения ротора, что приводит к уменьшению центробежной силы; неравномерность течения жидкости; отрыв частиц от стенки ротора.

В связи с этим вводится коэффициент эффективности отстойных центрифуг:

где Q_Д и Q_Т – действительная и теоретическая производительность м³/сек.