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
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
после подстановки числовых
величин в формулу (13) имеем
= = 7,8
продолжительность стадии удаления
осадка и регенерации ткани определяем
по формуле (14)
=
(14)
после подстановки числовых
величин в формулу (14) имеем
= = 10,4 с
- общая продолжительность
цикла, ,с
= ++++ = 21,6 + 5,2 + 17,5 + 7,8 + 10,4 = 62,5 с
- частота
вращения барабана
= = = 0,96 .=
Согласно практическим данным
частота вращения барабана фильтра при
промывке крахмала составляет 0,1…1,5
2.2.3 Конструктивный расчет аппарата
установки
Установим распределение
зон по поверхности барабана фильтра.
Центральные углы, соответствующие размеру
зоны, пропорциональны продолжительности
процесса в этой зоне:
зона фильтрования = = =
зона предварительной
просушки = = =
зона промывки (орошения) = = =
зона основной
просушки = = =
зона удаление
осадка и регенерация ткани (включая
мертвую зону)
= = =
Рассчитаем производительность
фильтра по фильтрату
Производительность фильтра
по сухому крахмалу, за один час
= = = 41,67
В пересчете на влажный остаток
(W =50%), , это составляет
= = = = 83,33
Количество крахмального молочка,
поступающего на фильтрование , ,
= = = = 130,22 = 36 ,
тогда выход фильтрата равен = - = 130,22 – 83,33 = 46,88 .
При плотности фильтрата = 1000
объемный выход фильтрата
составит = 46,88 = 0,781
Поверхность фильтрования, F, , можно определить из выражения
F = = = 117,2
где - производительность 1фильтра по фильтрату,
= q = 6,94 х = 400 х
Для обеспечения заданной производительности
принимаем к установке три вакуумных фильтров
БОН40 –3–5 с гуммированной поверхностью
и ножевым съемом осадка, или три автономных
производственных линий по промывке крахмала:
n = = = 2,9
где - площадь фильтрования одного
аппарата,
2.3. Расчет и подбор комплектующего
оборудования
Расчет комплектующего
оборудования выполняем для одной производственной
линии по промывке крахмала. Каждая производственная
линия (их три по предыдущему расчету)
комплектуется таким же оборудованием.
Вакуум-насос служит для
создания вакуума в зонах фильтрации,
промывки и просушки осадка и во всей системе
установки для вакуум-фильтрации. В качестве
вакуумного насоса обычно используют
водо кольцевые насосы РМК или ВВН,
Насос подбираем по каталогу
из расчета 0,5…1,5 , отсасываемого воздуха на 1 фильтрующей поверхности.