Расчет барабанного вакуум-фильтра

 

Чтобы отделить фильтрат от шлама  и отводить его из отдельных камер  пресса, камеры перекрыты опорными щелевидными плитами, под которыми установлены поддоны 7 для сбора  и спя» да фильтрата. Осадок срезается  с фильтрующей ткани ножом. Регенерацию  ткани проводят в камере регенерации 6.

Полный цикл работы фильтра состоит  из операций: подачи жидкости в шланги и образования камер; фильтрования; промывки осадка; отдувки промытого осадка сжатым воздухом; подсушивания промытого осадка сжатым воздухом; удаления осадка ж генерации фильтрующей ткани.

Фильтрование и промывку осадка выполняют под давлением 0,6 МПа, толщина  осадка 5…20 мм, общая поверхность фильтрования 5…30 м². Осадок удаляется за 1 мин.

Применяют ряд конструкций фильтровальных аппаратов с плоскими листовыми  фильтрующими элементами или с жесткими фильтрующими перегородками (керамическими), содержащими от 1 до 40 фильтрующих  элементов, а также мешочные фильтры, содержащие обернутые тканью (мешками) каркасы из металлических рамок. Мешочные элементы могут промываться фильтратом, подаваемым под давлением с внутренней стороны мешков. Отделяющийся от ткани осадок при этом падает на дно аппарата и является. Фильтрующие элементы периодически заменяют.

Дисковые вакуумные фильтры  состоят из дисков, разделенных на секторы (рисунок 1.6). Секторы обернуты фильтрующей тканью. Площадь поверхности фильтрования достигает 100 м².

Фильтрующие элементы соединяются  через трубовал и распределительную головку поочередно с тремя вакуумированными полостями и с четвертой – отдувочной полостью. При соединении с отдувочной полостью в фильтрующие элементы подается фильтрат, скидывающий с них осадок на дно. При дальнейшем вращении трубовала фильтрующие элементы поочередно соединяются с вакуумированными полостями, давление в которых соответствует трем ступеням последовательно уменьшающегося остаточного давления. Это выравнивает чистоту фильтрата по мере накопления осадка на фильтрующем элементе.

 

 

Рисунок 1.6 Схема дискового вакуум-фильтра:

а) общая схема; б) сектор диска. 1 –  вал; 2 – диски; 3 – корыто; 4 – распределительная  головка; 5 – ткань; б – стенки сектора; 7 – накладка; 8 – шпильки; 9 – штуцер; 10 – ячейка вала

 

Ленточный вакуумный фильтр содержит фильтрующую ткань, образующую непрерывную  ленту, движущуюся на роликах (рисунок 1.7) она скользит по перфорированной резиновой ленте, надетой на те же барабаны. Вакуум-камеры служат для приема фильтрата и промоев, а осадок удаляется съемниками осадка в местах перегиба ленты. Конструкция такого аппарата проста, но лента используется лишь частично.

Движущая сила фильтрования в вакуум-фильтрах существенно меньше, чем в фильтрах-прессах. Поэтому толщина осадка в них  не превышает 10…12 мм (иногда до 40 мм). Фильтруемая суспензия должна иметь достаточно высокую концентрацию фильтруемых веществ, чтобы быстрей образовался фильтрующий осадок.

 

 

Рисунок 1.7 Схема ленточного вакуум-фильтра: 1 – барабан; 2 – лента; 3 – ролики; 4 – форсунки.

1.3 Принцип работы барабанного вакуум-фильтра

фильтрование аппарат  перегородка дисперсный

Рисунок1.8. Барабанный вакуум-фильтр:

1 – перфорированный барабан, 2 –  волнистая сетка; З – фильтровальная перегородка; 4 – осадок; 5 – нож для съема осадка, б – корыто для суспензии; 7 – касающаяся мешалка; 8 – устройство для подвода промывной жидкости; 9 – камеры (ячейки) барабана; 10 – соединительные трубки; 11 – вращающаяся часть распределительной головки; 12 – неподвижная часть распределительной головки; I – зона фильтрования и отсоса фильтрата; II – зона промывки осадка и отсоса промывных вод; III – зона съема осадка; IV – зона очистки фильтровальной ткани.

Фильтр имеет вращающийся цилиндрический перфорированный барабан 1, покрытый металлической сеткой 2 и фильтровальной тканью 3. Часть поверхности барабана (30–40%) погружена в суспензию, находящуюся  в корыте 6. С помощью радиальных перегородок барабан разделен на ряд изолированных друг от друга  ячеек(камер) 9.

Ячейки с помощью труб 10, составляющих основу вращающейся части распределенной головки 11, соединяется с различными полостями неподвижной части распределительной головки 12, к которым подведены источники вакуума и сжатого воздуха. При вращении барабана каждая ячейка проходит несколько зон (I–IV).

Зона I – зона фильтрования и подсушивания осадка; где ячейки соединяются с линией вакуума. Благодаря возникающему перепаду, давления фильтрат проходит через фильтровальную ткань 3, сетку 2 и перфорацию барабана 1 внутрь ячейки и по трубе 10 выводится из аппарата. На наружной поверхности фильтровальной ткани формируется осадок 4. При выходе ячеек из суспензии осадок частично подсушивается.

Зона II – зона промывки осадка и его сушки, где ячейки соединены с линией вакуума. С помощью устройства 8 подается промывная жидкость, которая проходит через осадок и по трубам 10 выводится из аппарата. На участке этой зоны, где промывная жидкость не поступает, осадок высушивается.

Зона III – зона съема осадка, здесь ячейки соединены с линией сжатого воздуха для распыления осадка, что облегчает его удаление. Затем с помощью ножа 5 осадок отделяется от поверхности ткани.

Зона IV – зона регенерации фильтровальной перегородки, которая продувается сжатым воздухом от оставшихся на ней твердых частиц.

В корыте 6 для суспензии происходит осаждение твердых частиц под  действием силы тяжести, причем в  направлении обратном движению фильтрата. В связи с этим возникает необходимость  перемешивания суспензий, для чего используют мешалку 7. Ячейки при вращении барабана проходят так, называемые «мертвые»  зоны в которых они оказываются  отсоединенными от источников, как  вакуума, так и сжатого газа.

Весь цикл операций повторяется. Таким  образом, на каждом участке поверхности  фильтра все операции происходят последовательно одна за другой, но участки работают независимо, поэтому  в целом все операции происходят одновременно, и процесс протекает  непрерывно.

           Барабанные вакуумные фильтры с наружной фильтрующей поверхностью применяются для непрерывного разделения суспензий. На фильтрах этого типа достигнуты хорошие результаты по промывке и обезвоживанию осадков.

Величину фильтрующей  поверхности барабанного вакуумного фильтра можно рассчитать теоретически или выбрать по нормативам

Ввиду недостаточной разработки теории фильтрации и, главным образом, недостаточной изученности фильтрационных констант, на практике чаще используют метод расчета по нормативам, . Так, поверхность вакуумного фильтра, для отделения отмытого кукурузного крахмала определяют по формуле,

        =                              ……(1)

где - количество перерабатываемой кукурузы в пересчете на сухую массу,  

       В - выход сухого крахмала, %

          часовая производительность 1 поверхности фильтра в кг  абсолютно сухого крахмала  (225…280  кг/ ч)

Для промывки крахмала применяют вакуум – фильтры БОК10-2,4, БОК20-2,4 и БОУ40-3-5,

 

2. Техническое описание  и расчеты

 

2.1. Описание принципа  работы технологической схемы

          Схема фильтровальной установки  с барабанным вакуум фильтром показана на рисунке 2.1

Рисунок 2.1

Суспензия (крахмальное молочко  с массовым содержанием крахмала 32%), поступающая на вакуум-фильтр, поз.3, предварительно подогревается паром  в теплообменнике типа «труба в трубе», поз.16, до температуры 65 направляется в сборник с мешалкой,поз.1 откуда насосом, поз.2 подается в корыто фильтра, где установлена качающаяся мешалка, препятствующая сепарации крупных твердых частиц большой плотности. При погружении 30% поверхности барабана в суспензию его подключают к вакуум-насосу, поз.12. Вакуум-насос служит для создания вакуума в зонах фильтрации и промывки осадка и во всей системе установки для вакуум-фильтрации.  Воду для промывки предварительно нагревают паром в спиральном теплообменнике, поз.15, до температуры 75 и подают на оросительные форсунки вакуум-фильтра. Фильтрат и промывная жидкость собираются в в ресиверах, поз.4 и поз.5, соответственно, где от них отделяется воздух, поступивший в фильтр во время просушки и промывки осадка, и затем откачиваются насосами, поз.6,7. При фильтровании суспензий с температурой свыше для конденсации паров и охлаждения воздуха между ресиверами и вакуум-насосами устанавливают конденсатор, поз.8. Конденсат самотеком через барометрическую трубу отводится в барометрический ящик, поз.9.Для отдувания полотна и регенерации ткани от поверхности барабана при съеме осадка ножом в   барабан вакуумного фильтра с помощью воздуходувки, поз.14,подается  сжатый воздух

 

2.2 Материальный расчет и конструктивный расчет аппарата установки

2.2.1 Исходные данные:

Назначение установки  – промывание крахмала.

Производительность,  = 2000

Температура продукта, = 65

Температура промывной жидкости, = 75

Остальные сведения, необходимые для расчета заданной установки, принимаем из источника

Плотность жидкой фазы при  температуре фильтрования ( = 65)

   =1000

Удельное объемное сопротивление осадка, =  

Плотность твердой фазы осадка, =1610

Объем промывной воды на единицу массы влажного осадка,

=

Отношение поверхности осадка к теоретически необходимой поверхности  зоны,   = 1,1

Общее число секций барабана,   n = 24

Число секций барабана, .одновременно находящихся в зоне предварительной и основной просушки, соответственно составляет: 

   = 2 и = 3

Число секций барабана, .одновременно находящихся в зоне удаления осадка и регенерации ткани (включая мертвую зону), = 4

Толщина слоя осадка, = 0,01 м

Влажность крахмала, снимаемого с фильтра, W = 50%

Выход сухого крахмала, В = 62% массы кукурузы

Массовое содержание крахмала в суспензии, с =32%

Разность давлений  при фильтрации и промывке,  р =

Сопротивление фильтрующей  ткани,  = 18 x

Угол погружения барабана: меньше

2.2.2 Материальный расчет аппарата установки

Определяем количество твердой  фазы, ,  ,в осадке( иначе количество перерабатываемой кукурузы в пересчете на сухую массу)

Количество сухого крахмала,,

    = (1 – W) …………      ……(2)

где - количество влажного осадка, снимаемого с фильтра, ,

после подстановки  числовых величин в формулу (2)имеем

     = 2000x(1 – 0,5) = 1000

 тогда количество перерабатываемой кукурузы в пересчете на сухую массу

    =                          ……(3)   

после подстановки  числовых величин в формулу (3)имеем

       = = 1613   

Используя нормативный метод расчета ориентировочно оцениваем необходимую поверхность вакуумного фильтра для переработки всей кукурузы в пересчете на сухую массу по формуле (1)

        = 166

выбираем для промывки крахмала барабанный вакуум – фильтр БОН40-3-5 Следовательно, по предварительной оценке, для переработки всей массы кукурузы потребуется четыре аппаратов.

Произведем уточненный расчет процесса фильтрации по методу, основанному  на учете структуры слоя осадка.

    - плотность влажного  осадка, найдем по уравнению ,.

     =                                (4)

где - плотность твердой фазы осадка,;

 - плотность жидкой фазы при температуре фильтрования ( = 65),

W - влажность крахмала, снимаемого с фильтра, %

после подстановки  числовых величин в формулу (4)имеем

       = = 1234

    - отношение объема  осадка к объему фильтрата,  определим по уравнению,

    =                                   (5)

где с -массовое содержание крахмала в суспензии,%

после подстановки  числовых величин в формулу (5) имеем

     = = 1,44

     - объем фильтрата, q ,   получаемого с 1 поверхности фильтрования при толщине слоя осадка 0,01 м,

            q =                                                       (6)

где -толщина слоя осадка, м

после подстановки  числовых величин в формулу (6) имеем

            q = = 6,94 х

     - продолжительность  фильтрования находим из уравнения, , предварительно определив константы фильтрования, с, и К,

               с =                                                (7)

где  сопротивление фильтрующей ткани,  ,

после подстановки  числовых величин в формулу (7) имеем

                с= =

        К -=                                                 (8)

где р- разность давлений  при фильтрации и промывке, ;

- вязкость фильтрата (воды) при = 65,

после подстановки  числовых величин в формулу (8) имеем

           К = = 3,83

таким образом продолжительность фильтрования, ,с, находим по формуле

                                                        (9)

после подстановки  числовых величин в формулу (9) имеем

     = = 21,6 с

      - продолжительность  промывки (орошения),,с,  при постоянной толщине осадка находим из модифицированного уравнения, с учетом формулы

                  = ;  = const;   q = ;

           =                         (10)

     - при расчете на 1 поверхности фильтрования объем осадка численно равен его высоте , а масса составляет  . Отсюда удельный расход промывной воды , ,

    =                                               (11)

после подстановки  числовых величин в формулу (11) имеем

    = =

при = 75 вязкость промывной воды, = Па,

 после подстановки  числовых величин в формулу (10) имеем

     = = 15,9 с

с учетом продолжительность орошения    = =1,1 = 17,5 с

     -  продолжительность  отдельных стадий процесса находим  из следующих соотношений

      предварительная  просушка

         =                                      (12)

где - число секций барабана, находящихся в зоне предварительной просушки;

     - число секций барабана, находящихся в зоне основной просушки;

после подстановки  числовых величин в формулу (12) имеем

         = = 5,2 c

        основная  просушка

            =                                (13)

где -число секций барабана, .одновременно находящихся в зоне удаления осадка и регенерации ткани