Центрифуга фильтрующая

Бюджетное образовательное  учреждение

          среднего профессионального образования

 

«ГЛАЗОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

 

Заочное отделение  СПО

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по учебной  дисциплине: «Процессы и аппараты»

Тема. Центрифуга фильтрующая

 

 

 

Выполнила:	студентка группы ЗС-57 Г.Р. Королева
Проверил:	преподаватель                 И.В. Тихонов

 

 

 

 

 

Глазов 2013

 

Содержание

 

 Введение………………………………………………………………………3

1 Теоретические основы  центрифугирования……………………………...5

1. Центробежная сила и фактор разделения………………………………5
2. Принцип работы фильтрующей центрифуги…………………………..6
3. Технические характеристики центрифуги………………………………8
2. Технологический расчет фильтрующей центрифуги…………………9
1. Расчет производительности центрифуги……………………………….9
2. Расчет коэффициента заполнения барабана……………………………10

Заключение……………………………………………………………………12

Литература……………………………………………………………………15

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

"Пудемский механический  завод" является одним из  старейших российских предприятий  в производстве литья под давлением  из цветных сплавов, отличающихся  высокой прочностью, точностью и  коррозионной стойкостью. "Пудемский  механический завод" был основан  в 1759 г. казанскими купцами  П.А. Киларевым , Д.И. и А.И.  Ляпиными .

В 2004 году было запущено производство ферротитана. Сталь с добавлением  ферротитана приобретает особые свойства по устойчивости к коррозии. ООО "Пудемский механический завод" производит ФТи-70 по ГОСТ 4761-91 методом  электрошлакового переплава из титановой  стружки. Возможный объем производства – до 40 тонн в месяц. Основные потребители  ферротитана – металлургические заводы Урала.

  Титановая стружка  – это отходы металлического титана и на завод она поступает с большим содержанием технических масел.  Но для производства качественного ферротитана она должна быть сухой  и содержать минимальное количество углерода (от 0,10-0,40%). Поэтому перед плавлением ее отжимают от масла, затем моют в моечной машине типа бетономешалки и отжимают от лишней влаги. Для этих целей очень хорошо использовать фильтрующую центрифугу, так как  она одновременно выполняет несколько функций – фильтрование и отжим. На заводе для этих целей используют горизонтальную фильтрующую центрифугу периодического действия с ручной выгрузкой осадка через борт.

Цель данной курсовой работы:

1. изучить принципы центрифугирования, в частности центробежную силу и фактор разделения;
2. изучить принцип работы фильтрующей центрифуги;
3. рассчитать производительность и центрифуги;

 

4. рассчитать коэффициент заполнения барабана центрифуги;

5. проанализировать и дать свои предложения для повышения производительности на этапе подготовки сырья.

 

 

 

 

 

1 Теоретические основы центрифугирования

 

1. Центробежная сила и фактор разделения

Если тело вращается вокруг своей оси, то на него действует центростремительная сила, направленная в сторону оси вращения. При этом согласно третьему закону механики возникает сила, равная по величине центростремительной, но противоположная ей по направлению. Эта сила называется центробежной; она является таким образом силой инерции, возникающей при изменении направления движения тела.

Центробежную силу (кгс)  можно выразить так:

 

(1)

где G – вес вращающегося тела (жидкости) в кгс;

      w - скорость вращения тела в м/сек;

     r - радиус вращения в м;

      w - окружная скорость вращения в м/сек;

      g – ускорение силы тяжести в м/сек²;

      n – число оборотов в минуту.

 

(2)

а при вращении тела весом 1 кгс

(3)

 

Уравнение (3) показывает, что увеличение центробежной силы легче

 достигается увеличением числа  оборотов, чем увеличением диаметра  барабана. Барабаны небольшого диаметра, но с большим числом оборотов могут развивать большую центробежную силу, чем барабаны большого диаметра, но при небольшом числе оборотов.

Важным фактором, характеризующие  центробежные аппараты, является отношение  ускорения центробежной силы к ускорению  силы тяжести, численно равное отношению  величины центробежной силы к силе веса данного тела. Это отношение  которое является безразмерной величиной, называется фактором разделения:

Кр =

(4)

Из сравнения уравнений (1), (3), (4) видно, что фактор разделения К_р численно равен центробежной силе, развивающейся при вращении телом весом 1 кгс, и следовательно

Кр =

(5)

 

В зависимости от фактора  разделения центрифуги делятся:

1. нормальные центрифуги (К_р < 3000);
2. сверхцентрифуги (К_р > 3000).

По данным таблицы 1 рассчитаем фактор разделения:

К_р = 304,2

2. Принцип работы фильтрующей  центрифуги

В упрощенном виде центрифуга представляет собой  быстро вращающийся вокруг своей  оси пустотелый ротор. Суспензия  загружается в ротор периодически или непрерывно. Продукты разделения выводятся из ротора также периодически или непрерывно.

Фильтрующие центрифуги имеют  перфорированный ротор, на внутренней стенке (обечайке) которого уложена фильтровальная перегородка. При разделении суспензий в фильтрующих центрифугах в роторе под действием центробежной силы происходит фильтрация жидкости через фильтровальную ткань или металлическую сетку с одновременным отложением частиц твердой фазы; жидкость проходит через сита и затем через отверстия в роторе выбрасывается в кожух центрифуги, окружающий ротор, а осадок выгружается либо во время вращения ротора, либо после его полной остановки.

Процесс центрифугирования  в фильтрующих барабанах протекает  в три стадии: образование осадка, уплотнение осадка и, наконец, удаление из пор осадка жидкости, удерживаемой капиллярными и молекулярными силами.

Вследствие этого весь процесс фильтрации не может быть отождествлен с обычной фильтрацией, происходящей под действием сил  тяжести. Лишь первый его период принципиально  близок к обычной фильтрации и  отличается от него только величиной  гидравлического напора жидкости, протекающей  через слой осадка под действием  центробежных сил. В этот период влага  в осадке находится в свободной  форме и удаляется из него наиболее интенсивно. Второй период характеризуется  уплотнением осадка и к нему применимы  основные закономерности механики грунтов (дисперсных сред). И, наконец, третий характеризуется  проникновением воздуха в уплотненный  осадок, т.е. механической сушкой осадка.

Скорость удаления влаги  уменьшается от первого периода  к третьему, причем часть влаги, удерживаемой молекулярными силами, удалить не удается. Очевидно, что второй и третий период, совершенно отличается от фильтрации. Длительность указанных выше периодов зависит от физических свойств и концентраций суспензий, а также от характеристики центрифуги. Первый период характерен для центрифугирования разбавленных суспензий при длительном подводе их в барабан; этот период практически отсутствует или непродолжителен при центрифугировании многих концентрированных

суспензий.

Сложность и многообразие процессов центрифугирования затрудняет разработку теории процесса (особенно его кинетика) и точных методов  расчета центрифуг.

 

1.3 Технические характеристики центрифуги

 

На предприятии используют обычную центрифугу для отжима белья (рисунок 1).

Таблица 1 - Технические характеристики центрифуги

Загрузка, кг	70
Скорость вращения, об/мин	780
Внутренний диаметр ротора, мм	900
Высота ротора, мм	400
Потребляемая мощность, кВт	5,5
Электропитание, В	380
Габаритные размеры, мм	1420х1420х850
Масса, кг	900

Рисунок 1. Центрифуга фильтрующая

Литература

ГОСТ 12.2.084 – 93 Машины и оборудование для прачечных и предприятий  химчистки. Общие требования безопасности

Иоффе И.Л. Проектирование процессов  и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия, 1991.

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.-М.: Химия, 1973.

Лукьяненко В.М., Таранец  А.В. Центрифуги.- М.: Химия, 1989.

Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. –М.:Химия, 1987.

Романков П.Г., Курочкина  М.И., Мозжерин Ю.Я. и др.-Л.: Химия, 1989.

Соколов В.И. Центрифугирование.- М.:Химия, 1976.

Каталог. Центрифуги периодического действия фильтрующие и осадительные, маятниковые. ОАО «Курганхиммаш».

 

 

 

 

 

 

                         

 

 

2. Технологический расчет фильтрующей центрифуги

 

1. Расчет производительности центрифуги

 

Обычно  производительность центрифуг выражают объемом суспензии, поступающей  в центрифугу в единицу времени (л/час), или весом осадка, получающегося после центрифугирования (кгс/час).

Производительность  центрифуги любого типа зависит от скорости разделения, которая является, прежде всего, режимом процесса. Часовая  производительность (м³/час) фильтрующей центрифуги определяется как

 

Vчас =

(6)

где V – полный объем барабана центрифуги в м³;

Общая длительность всего цикла центрифугирования  составит     

St = tц + tп + tт + tз + tр ,

(7)

где t_ц – длительность собственно разделения, в сек.;

       t_п – длительность периода пуска центрифуги в сек;

       t_т – длительность торможения центрифуги в сек.;

        t_з – длительность загрузки центрифуги в сек.;

         t_р – длительность разгрузки центрифуги от осадка в сек.

Итак,  на предприятии имеется фильтрующая  горизонтальная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка. Диаметр барабана –900 мм, высота – 400 мм (таблица 1). Длительность разделения – 900 сек, длительность периода пуска – 30 сек, длительность периода торможения – 180 сек, длительность загрузки центрифуги – 300 сек, длительность разгрузки – 600 сек.  За сутки центрифуга совершает 30 циклов. Рассчитаем производительность центрифуги по формуле (6). Для этого найдем объем барабана по формуле:

 

Vб = pR2H,

(8)

где R – радиус центрифуги в м;

      H – высота барабана центрифуги в м.

V_б = 3,14× 0,450²× 0,4 = 0,25 м³

Длительность  всего времени центрифугирования:

St = 30× (900+30+180+300+600) = 60300 сек.

Значит, производительность центрифуги равна:

V_час = = 0,0152 м³/час.

 

2. Расчет коэффициента заполнения барабана

 

При вращении ротора жидкость, занимавшая при загрузке в неподвижный барабан некоторый  объем с горизонтальной свободной  поверхностью, распределяется по его  боковой поверхности и вращается  вместе с ним в виде кольца наружным диаметром D и внутренним – D₀ (рисунок 1). Внутренний диаметр D₀ обычно определяют диаметром отверстия в верхней крышке ротора.

Отсюда  полный объем (м³) ротора из формулы (8)

 

Vб =

(9)

 

а его рабочий  объем, заполненный перерабатываемой суспензией

 

Vр = p/4*(D-D0)*H,

(10)

 

Зная V_б и V_р, можно рассчитать степень использования объема ротора центрифуги, которая носит название коэффициента заполнения барабана

 

 

(11)

 

При данных D=0,93м и D₀=0,83м

j = 1-)² = 0,21

 

 

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки:

1 - корпус центрифуги; 2 - ротор; 3 - стенка ротора; 4 – дренажная сетка; 5 - фильтрующая ткань; 6 - мерник фильтрата; 7 – водомерное стекло; 8 - вал центрифуги.