Основные характеристики процесса фильтрования с расчетом площади поверхности фильтрования, требуемой для достижения заданной производительности по фильтрату.

ВВЕДЕНИЕ
Фильтрованием называется процесс разделения суспензий, пылей и туманов через пористую, так называемую фильтровальную перегородку, способную пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них частицы.
Выбор типа фильтра производится на основе предварительного анализа физико-химических свойств разделяемой суспензии и образующегося осадка, технологических требований, предъявляемых к процессу разделения, а также экономических факторов [1].
Целью данного курсового проекта является определение основных характеристик процесса фильтрования с расчетом площади поверхности фильтрования, требуемой для достижения заданной производительности по фильтрату.
Для достижения поставленной цели, по результатам проведенного анализа учебной литературы, требуется решить следующие задачи:
– рассмотреть теоретические основы процесса фильтрации;
– привести классификацию наиболее часто используемых типов фильтров;
изучить принцип работы барабанного вакуум-фильтра;
– разработать принципиальную схему установки;
– изучить технику безопасности при работе с аппаратом;
– выполнить технологический расчет основного аппарата – барабанного вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью.
Структура работы включает следующие разделы: содержание, введение, две главы в виде теоретической и расчетной частей, техника безопасности на производстве, заключение и список литературы.
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Общие сведения и классификация фильтров
Фильтрованием называют процесс разделения неоднородных жидких и газовых систем с помощью пористых проницаемых перегородок, задерживающих твердую и пропускающих жидкую и газовую фазы.
Для осуществления этого процесса необходимо создать разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки (движущаяся сила процесса Δр), которая создается: 
1) гравитацией; 
2) избыточным давлением; 
3) вакуумом.
В зависимости от величины и способа создания движущей силы различают:
1) гравитационные, т.е. работающие под наливом – под действием гидростатического давления слоя суспензии (нутч – фильтры) Δр ~ 1,5 ат.
2) фильтры, работающие при избыточном давлении (фильтр – прессы) Δр ~ до 5 ат.
3) вакуум – фильтры, Δр ~ 0,85 ат.
По принципу действия все фильтры делятся:
1) периодического действия;
2) непрерывного действия.
Фильтры периодического действия работают преимущественно при повышенном давлении. К ним относятся рамные и камерные фильтр – прессы, емкостные, листовые, мешочные, патронные фильтры, а также фильтры с зернистым фильтрующим материалом.
Осадок из этих фильтров обычно выгружается в ручную, что является их существенным недостатком. Устройствами для механического съема осадка снабжены фильтры периодического действия, работающие при избыточном давлении: дисковые фильтр – прессы с центробежным сбросом и удалением осадка (шлака), автоматизированные камерные фильтр – прессы.
Фильтры непрерывного действия в подавляющем большинстве случаев работают под вакуумом. К ним относятся вакуум – фильтры барабанные, дисковые, тарельчатые, карусельные и ленточные.
Основным конструктивным элементом любого фильтра является фильтровальная перегородка.
Выбор типа фильтровальной перегородки определяется следующими основными критериями:
1) она должна пропускать частицы твердой фазы с возможно наименьшим диаметром;
2) должна быть коррозионно - стойкой как к фильтрату, так и к осадку;
3) должна быть термостойкой и износостойкой;
4) должна обладать достаточной механической прочностью.
В качестве фильтровальных пористых перегородок в фильтрах используют различные ткани, проволочные и полимерные сетки, бумагу, металлические, стеклянные, керамические плоские пористые пластины и полые цилиндры, ионообменные смолы и др. Достаточно широко используют слои зернистого материала – песка, гравия, угля, древесных опилок и т.п.
В процессе фильтрования на фильтровальной перегородке, имеющей какое-то начальное сопротивление, образуется осадок, создающий дополнительное сопротивление, которое растет по мере роста осадка (рисунок 1). Поэтому скорость процесса фильтрования прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна сопротивлению пористой перегородки и осадка. С течением времени толщина осадка увеличивается, возрастает его гидравлическое сопротивление и уменьшается скорость процесса.
 
 
Рисунок 1 – Схема процесса фильтрования
Фильтры непрерывного действия различают по форме фильтрующей поверхности и подразделяют на барабанные, дисковые, ленточные, тарельчатые, карусельные.
Эти типы фильтров разделяют на аппараты, работающие под вакуумом (в основном) и под давлением:
Б – барабанный вакуум – фильтр;
Бд – барабанный, работающий под давлением;
Д – дисковый вакуум – фильтр;
Дд – дисковый, работающий под давлением;
Л – ленточный;
Т – тарельчатый;
К – карусельный.
Главное конструктивное отличие фильтров непрерывного действия – наличие распределительной головки, при помощи которой автоматически происходит чередование следующих операций: фильтрация, сушка, промывка, разгрузка осадка, регенерация фильтрующей ткани.
Эти операции проходят непрерывно и независимо одна от другой в каждой зоне фильтра, поэтому процесс работы фильтра протекает непрерывно.
Основные преимущества фильтра непрерывного действия:
1) непрерывность и автоматизация всех проводимых операций;
2) высокая производительность;
3) уменьшения расхода фильтрующей ткани;
4) удобство в обслуживании;
5) экономия рабочей силы.
Недостатки фильтра непрерывного действия:
1) сложность конструкции;
2) высокая стоимость;
3) необходимость установки вспомогательного оборудования;
4) большая энергоемкость (главным образом на вакуум – насосы и воздуходувки);
5) трудоемки при эксплуатации и ремонте [2].1.2 Принцип работы барабанного вакуум фильтра
Барабанный вакуум-фильтр работает следующим образом.
Барабан фильтра вращается вокруг горизонтальной оси. При этом подвижная часть распределительного устройства, закрепленная на торце барабана, поворачиваясь относительно неподвижной части, последовательно сообщает каждую ячейку барабана посредством каналов со всеми камерами неподвижной части распределительного устройства. Благодаря этому каждая ячейка последовательно проходит зоны фильтрования, промывки и обезвоживания, съема осадка и регенерации фильтровальной перегородки.
Вакуум, необходимый для фильтрования суспензии, находящейся в корыте и перемешиваемой мешалкой, создается и поддерживается на заданном уровне при помощи вакуумного насоса. Образующийся основной фильтрат эвакуируется из вакуумной камеры, поступает в вакуумный сепаратор и далее откачивается из него насосом или удаляется через барометрическую трубу.
Вакуум, необходимый для промывки и обезвоживания образовавшегося осадка, создается и поддерживается на заданном уровне отдельно работающим вакуумным насосом. Образующаяся смесь газа и промывного фильтрата эвакуируется из вакуумной камеры в вакуумный сепаратор. После отделения от газа промывной фильтрат откачивается из вакуумного сепаратора насосом или удаляется через барометрическую трубу.
Промытый осадок предварительно разрыхляется сжатым газом, поступающим в камеру, и затем снимается с поверхности фильтровальной перегородки устройством. Регенерация фильтровальной перегородки осуществляется продувкой ее сжатым газом, подаваемым в камеру.
В процессе промывки, которая проводится при помощи промывного устройства, и обезвоживания структура большинства видов осадков изменяется с соответствующим возрастанием их газопроницаемости. Благодаря наличию в зоне промывки и обезвоживания автономной системы вакуумирования в ней устанавливается определенная и постоянная во времени величина вакуума, что обеспечивает высокую эффективность и устойчивость процессов промывки и обезвоживания осадка.
Благодаря наличию в зоне фильтрования автономной системы вакуумирования в ней также поддерживается постоянство во времени величины вакуума, которая совершенно не зависит от режима работы последующей стадии промывки и обезвоживания осадка.
Барабанные вакуум-фильтры обычно используются для разделения суспензий, в которых твердые частицы имеют примерно одинаковые размеры, их концентрация составляет более 5%, а скорость осаждения - до 0,012 м/с. Разность давлений в таких фильтрах составляет 0,02-0,09 МПа в зависимости от свойств суспензии.
Рассмотрим более подробно устройство барабанного вакуум-фильтра, проектирование которого является целью данной работы.
Барабанный ячейковый вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью (рисунок 2) является наиболее
распространенным фильтром данного типа. Полый барабан 1 с отверстиями на боковой поверхности, покрытый металлической сеткой и фильтровальной тканью, вращается в корыте 2 с небольшой скоростью (0,1-2,6 об/мин).
Корыто заполнено суспензией, в которую погружено 0,3-0,4 поверхности барабана. Барабан разделен радиальными перегородками на ячейки, каждая из которых через каналы в полой цапфе
вала 3 сообщается с распределительной головкой 4, прижатой к торцовой поверхности цапфы. Распределительная головка служит для последовательного соединения ячеек барабана с линиями вакуума и сжатого воздуха.

Рисунок 2 – Барабанный вакуум-фильтр непрерывного действия с наружной фильтрующей поверхностью
1 – барабан; 2 – корыто; 3 – главный вал; 4 – распределительная головка; 5 – трубки; 6 – лента для заглаживания трещин; 7 – нож; 8 – качающаяся мешалка
Погруженные в суспензию ячейки барабана сообщаются с вакуумной линией. Под действием разности давлений снаружи и внутри барабана осадок
откладывается на его поверхности, а фильтрат отсасывается
внутрь барабана и удаляется через распределительную головку.
Поверхность ячеек барабана, на которой откладывается осадок, называется зоной фильтрования (зона фильтрования I).
Когда соответствующие ячейки барабана выходят из суспензии,
осадок подсушивается при разрежении (зона просушки II). Затем осадок промывается водой, подаваемой через трубки 5, причем промывные воды отсасываются, как и фильтрат, через распределительную головку. Вслед за промывкой в
этой же зоне (зона промывки и просушки III) осадок сушится
воздухом, который просасывается через слой осадка. После этого ячейки соединяются через распределительную головку с линией сжатого воздуха (зона отдувки IV). Воздух не только сушит, но и разрыхляет осадок, благодаря чему облегчается его
последующее удаление.
При подходе ячеек с просушенным осадком к ножу 7 прекращается подача сжатого воздуха и осадок падает с поверхности
ткани под действием силы тяжести. Нож служит в основном направляющей плоскостью для слоя осадка, отделяющегося от ткани.
При дальнейшем вращении барабана ткань, освобожденная от
осадка, очищается путем продувки воздухом (зона регенерации
ткани V). Вслед за этим весь цикл операций, соответствующий
одному обороту барабана, повторяется снова. Между рабочими
зонами II, III, IV, V и I находятся небольшие мертвые зоны. Это препятствует сообщению между собой рабочих зон при переходе ячеек из одной зоны в другую.
Таким образом, на каждом участке поверхности фильтра все
операции – фильтрование, промывка, просушка, съём осадка и
очистка ткани – производятся последовательно одна за другой,
но участки работают независимо друг от друга и поэтому все
операции на фильтре проводятся одновременно, т. е. процесс
протекает непрерывно. По такому же принципу работают все непрерывно действующие фильтры.
Чередование отдельных операций в ячейковом фильтре достигается при помощи распределительной головки (рисунок 3).
Неподвижный корпус 1 головки прижимается к ячейковой шайбе 3. Шайба вращается вместе с барабаном и имеет отверстия
по числу ячеек барабана. К корпусу головки крепится сменная
распределительная шайба 2, которая в случае износа может быть
заменена новой. В корпусе головки находятся четыре неодинаковые по величине камеры. Через наибольшую камеру I отсасывается фильтрат, через камеру II – промывные воды, а через
камеры III и IV подается сжатый воздух. Неподвижный корпус
головки прижимается к вращающейся шайбе 3 пружиной 4. Суспензия подается в корыто со скоростью, равной скорости фильтрования или несколько большей, постоянный уровень суспензии
в корыте поддерживается при помощи переливной трубы.

Рисунок 3 – Распределительная головка
1 – неподвижный корпус; 2 – распределительная шайба;
3 – ячейковая шайба; 4 – пружина
В процессе фильтрования стремятся свести к минимуму осаждение твердых частиц, которое происходит в направлении, противоположном движению фильтрата. Для предотвращения возможности осаждения суспензия перемешивается в корыте качающейся мешалкой 8. Чтобы не происходило
снижения вакуума из-за просасывания воздуха через трещины в
осадке, последний иногда заглаживают покровной лентой 6, движущейся благодаря трению о поверхность осадка; одновременно осадок смачивают через ленту водой. Для отжима влаги из осадка на некоторых барабанных фильтрах установлены вибраторы в
виде свободно висящих на крестовинах отрезков труб, которые
при вращении отбрасываются центробежной силой и ударяют
по резиновому листу, покрывающему слой осадка.
Осадки снимают с фильтрующей поверхности различными
способами. При помощи ножа снимают осадки
толщиной не менее 8-10 мм. Для снятия более тонких слоев (2-4 мм) применяют бесконечные шнуры, огибающие барабан, с которых осадок сбрасывается при перегибе через валик. Тонкие и мажущиеся осадки снимают прижатым к
барабану вращающимся резиновым валиком, на
который переходит осадок и затем снимается валиком меньшего
диаметра. Снятие очень тонких слоев осадка (< 2 мм) производится бесконечным сходящим полотном. Полотно
проходит через систему роликов на первый ролик осадок налипает и снимается с него ножом, после чего полотно промывается
и возвращается к барабану. Движение полотна осуществляется
вследствие его трения о поверхность барабана.
К числу достоинств барабанного ячейкового вакуум-фильтра относятся:
1) универсальность, т. е. пригодность
для обработки разнообразных суспензий;
2) возможность изготовления из материалов, стойких в химически активных средах;
3) легкость обслуживания.
В то же время фильтр обладает следующими недостатками:
1) небольшая фильтрующая поверхность и сравнительно высокая стоимость;
2) затруднительность тщательной промывки
и осушки осадка;
3) отдаленность распределительной головки от фильтрующей поверхности, что приводит к задержке фильтрата и промывных вод внутри барабана и усложняет их раздельный отвод, т. е. получение неразбавленного фильтрата [2].
1.3 Описание технологической схемы процесса
Для нормальной работы установок с вакуум-фильтрами необходимо вспомогательное оборудование: вакуум-насосы, воздуходувки, ресиверы, центробежные насосы и устройства, обеспечивающие стабильное питание фильтра. Комплектация фильтров необходимым оборудованием производится заводом-поставщиком. Типовая схема установки барабанного вакуум-фильтра показана на рисунке 4 [4]. Осадок подается на фильтр непосредственно насосом или через дозатор. Насос подает на 10-20% больше осадка, чем может переработать фильтр. Избыток осадка отводится через перелив из дозатора или из корыта фильтра. Расход осадка, подаваемого из дозатора на фильтр, регулируют подвижным водосливом в зависимости от уровня осадка в корыте.
Фильтрат вместе с воздухом отводится к ресиверу. Отводящий трубопровод должен иметь уклон 5-10° к ресиверу. Подъем трубопровода в направлении движения фильтра недопустим. В ресивере происходит разделение воздуха и фильтрата. Для создания в установке промышленного вакуума (до 700 мм рт.ст.) применяют преимущественно мокровоздушные вакуум-насосы, реже – сухие вакуум-насосы. При использовании сухих вакуум-насосов между ресивером и насосом устанавливают ловушку, улавливающую мелкие капли жидкости из воздуха.
Фильтрат из ресивера удаляется центробежным насосом или поступает самотеком через резервуар гидравлического затвора. В первом случае высота столба жидкости от низа ресивера до всасывающего патрубка насоса должна быть не менее 2 м. Во втором случае высота столба жидкости от низа ресивера до зеркала воды гидравлического затвора должна быть не менее 9 м. Фильтрат, как правило, возвращается в головные очистные сооружения для совместной очистки с поступающими сточными водами. При технологической схеме, включающей уплотнение, реагентную обработку и механическое обезвоживание осадка, фильтрат рекомендуется направлять в уплотнители, так как содержание в нем некоторого количества непрореагировавших коагулянтов способствует лучшему уплотнению.

Рисунок 4 – Типовая схема установки барабанного вакуум-фильтра
1 – резервуар для осадка; 2 – насос для подачи осадка; 3 – дозатор; 4 – вакуум-фильтр; 5 – ресивер; 6 – воздуходувка; 7 – вакуум-насос; 8 – насос для откачки фильтрата; 9 – резервуар фильтрата
Для удаления осадка с поверхности фильтра и регенерации ткани используется сжатый воздух давлением 0,025-0,05 МПа. Воздух должен быть чистым и не должен содержать капель воды или масла, так как вода, попадая в значительном количестве в фильтр, может увлажнять осадок при отдувке, а масло адсорбируется тканью и снижает ее пропускную способность.
При выборе вакуум-насосов для фильтрации плотных нерастрескивающихся осадков следует принимать меньшие значения расхода воздуха, а пористых или сильно растрескивающихся осадков – большие. При выборе воздуходувок для отдувки крупнодисперсных осадков принимают меньшие значения расхода воздуха, а мелкодисперсных осадков, образующих тонкий слой и сильно забивающих ткань, а также при плотных тканях – большие [5].
Обобщая вышесказанное, можно сделать следующие выводы по разделу 1. С целью технологически обоснованного выбора требуемой конструкции фильтра для разделения алюмосиликатной суспензии были рассмотрены теоретические основы процесса фильтрации, изучена классификация используемых в промышленности фильтров с оценкой достоинств и недостатков каждой конструкции, рассмотрен процесс работы вакуум-фильтра, разработана принципиальная схема установки. По результатам проведенного анализа определен тип фильтровального оборудования – барабанный ячейковый вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью. Основное преимущество этого фильтра заключается в том, что он характеризуется высокой скоростью фильтрования, пригодностью для обработки разнообразных суспензий и простотой обслуживания.
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА С ОБОСНОВАНИЕМ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ
Провести расчет площади поверхности фильтрования и других основных параметров вновь проектируемых барабанных вакуум-фильтров с наружной фильтрующей поверхностью. В качестве разделяемой системой служит алюмосиликатная суспензия.
Исходные данные:
– необходимая производительность по фильтрату Q = 0,0017 м3/с;
– перепад давления при фильтровании р = 69,13 кПа;
– перепад давлений при промывке рпр = 69,13кПа;
– среднее удельное сопротивление осадка αср = 549,83·109 м/кг;
– сопротивление фильтрующей перегородки, отнесенное к единице жидкости, β = 42,98·109 1/м;
– содержание жидкой фазы в отфильтрованном осадке (до просушки) w = 82%;
– содержание жидкой фазы в отфильтрованном осадке (после просушки), найденное экспериментально для условий работы, принимаемое в расчёте фильтра, ᴡ' = 79%;
– вязкость жидкой фазы при температуре фильтрования µ=63,0∙10ˉ8 кПа∙с;
– толщина слоя осадка на фильтре δос = 0,009 м;
– необходимый объём промывной воды на 1 кг влажного осадка Vпр.ж =0,0017 м3/кг;
– средняя вязкость промывного фильтрата µпр = 61,03∙10-8 кПа∙с;
– коэффициент Кзб = 0,81, учитывающий снижение производительности фильтра в результате постепенной забивки фильтрующей перегородки;
– отношение поверхности осадка, орошаемой форсунками, к теоретически необходимой поверхности зоны промывки v = 1,18;
– общее число ячеек фильтра nя = 26;
– число ячеек фильтра, одновременно находящихся в зоне просушки, nя'' =4;
– центральный угол, занимаемый сектором съёма осадка (принимается из конструктивных соображений) φ́1 =+50°;
– угол сектора мертвой зоны от уровня жидкости в корыте фильтра до верхней границы начала зоны всасывания φм =+3°;
– угол от горизонтальной оси барабана до верхней границы зоны предварительной просушки γ́г.с.=+15°;
– специальная зона регенерации фильтрующей перегородки не предусматривается.
Предварительно определим следующие параметры.
Плотность влажного осадка:
ρос=100ρтρж100ρж+(ρт-ρж)w=100∙2370∙990100∙990+(2370-990)80=1120 кг/м3где ρт=2370 кг/м3 -плотность твердой фазы; ρж = 990 кг/м3 плотность жидкой фазы при температуре фильтрования; w=80% - содержание жидкой фазы в отфильтрованном осадке; отношение объемов отфильтрованного осадка и полученного фильтрата:
u=cтρжρос100-w+cт=3,5∙9901120100-80+3,5=0,187где ст=3,5% - концентрация твердой фазы в суспензии по массе; массу твердой фазы, отлагающейся на фильтре при получении единицы объема фильтра:
qт=cтρж(100-w)100100-w+cт=3,5∙990∙(100-800)100100-80+3,5=42,0 кг/м3Используя полученные в предварительном расчете данные, вычисляем:
параметры расчетного уравнения:
b1 = µqтср2p =63,0∙10-8∙42∙549,83∙1092∙69,13 =0,105∙106 с/м2 ;
V'0 =βсрqт=42,98∙109549,83∙109∙42=1,8∙10-3м3/м2 ;
время фильтрования:
τ=b1δосδос+2uV0'u2 =
=0,105∙106∙0,0090,009+2∙0,187∙1,8∙10-30,1872 = 261,41 с;
константу уравнения для времени промывки
Nпр=Vпр.жρосαсрqтμпрPпр =
=0,0017∙1120∙549,83∙109∙42∙61,03∙10-866,81 = 0,401∙106 с/м2 ;искомое время промывки осадка
τпр́=Nпрδосδос +u V0'u =
=0,401 ∙106 ∙0,009 0,009+0,187∙1,8∙10-30,187 = 32,48 с;
время промывки осадка при подаче жидкости из форсунок
τпр=vτпр'=1,18∙32,48=38,32 с. Определим распределение зон на фильтре:
угол сектора зоны просушки
φс=360 nя''nя =360∙426=55°;угол сектора от уровня жидкости в корыте фильтра до средней линии начала всасывания
φ2'=φм+180nя=3+18026=10°;угол, занимаемый секторами съёма осадка и мертвых зон,
φ'=φ1'+φ2 '=50+10=60°; угол сектора зоны фильтрования
φ=ωτ=0,625 ∙261,41=163,3° ;
угол сектора зоны промывки
φпр=ωτпр=0,625∙38,32=23,95° ; угол погружения барабана в суспензию
Ѱ=φ +φ2'=163,3 +10=173,3° ;угол сектора зоны предварительной просушки
φс'=180 -Ѱ2 + γг.с.'=180-173,32 +15 = 18,4°.
В таблице 1 приведены полученные значения углов отдельных зон.
Таблица 1 – Распределение зон на барабанном вакуум- фильтре с наружной фильтрующей поверхностью
Зона Занимаемый центральный угол
обозначение град. %
Фильтрования φ 148,9 41,4
Предварительной просушки φс'25,3 7,0
Промывки φпр95,3 26,4
Просушки φс30,0 8,3
Съема осадка и мертвых зон φ'60,5 16,9
Всего 360 100
Далее вычисляем:
время просушки осадка
τс=φсω= 55,30,625=88,5 с ;
время предварительной просушки осадка
τс'=φс'ω= 18,40,625=29,4 с ;
время пребывания ячейки фильтра в зоне съема осадка и мертвых зонах
τ'=φ'ω=600,625=96с ;
время полного цикла работы фильтра, или одного оборота барабана,
τц=τ +τс'+τпр+τс+τ'=261,41 +29,4 +38,32+88,5+96=514 с.
Это позволяет найти число оборотов барабана фильтра в 1 с
n=1τц=1514=0,0019 об/с ;
и угловую скорость вращения барабана
ω=510 -φ2'-2φ1'+φсτ+2τпр =510 -10 -250+55261,4+2∙32,4=0,892 град/с.
Объем фильтра, получаемого с единицы поверхности фильтрования за время τ, равен
V'=δосu=0,0090,187=0,0048 м3/м2.
Рассчитываем значение средней скорости фильтрования, отнесенной ко времени:
собственно фильтрования
vср=V'τ=0,048261=0,18∙10-3м3/м2∙с ;
полного цикла работы фильтра
vц=V'τц=0,048514=0,093 ∙10-3м3м2∙с.По общей площади поверхности фильтрования
Sоб=QτцКзбV'=1,7∙10-3∙5140,81∙0,048=22,47 м2определим необходимое число фильтров. По ГОСТ 5748 – 63 выбираем стандартный фильтр, площадь поверхности которого S=20 м2. Тогда
nФ=sобs=22,4720≈1 фильтр.
Так как в соответствии с ГОСТ 5748 – 63 радиус барабанов фильтров поверхностью S=20 м2 равен 1,3 м, то глубина погружения барабана в суспензию по (6.32) составит
H=rб1-cos2Ѱ=1,3 1-cos1732=1,22 м .
Окончательно рассчитываем:
производительность по снимаемому с фильтра влажному осадку, соответствующую заданной производительности по фильтрату,
Qос=Qup°100-w100-w'=1,7 ∙10-3∙0,187∙1120 100-82100-79 = 0,30 кг/с ,где w' = 79 % - содержание жидкой фазы в отфильтрованном осадке (после просушки), найдено из анализа пробы осадка, просушенного в течение τс = 89 с;
производительность по снимаемому с фильтра сухому осадку
Qс=Qос100-w'100=0,30 100-79100=0,063 кг/с .
3 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С АППАРАТОМ
Требования охраны труда во время работы [3]:
Подчиняться правилам внутреннего трудового распорядка, иным документам, регламентирующим вопросы дисциплины труда.
Выполнять только ту работу, по которой пройдено обучение, получен инструктаж по охране труда и к которой допущен лицом, ответственным за безопасное выполнение работ.
Не допускать к своей работе необученных и посторонних лиц.
Работать в установленной спецодежде, спецобуви, правильно применять средства индивидуальной защиты.
Строго соблюдать требования безопасности, изложенные в эксплуатационной документации завода-изготовителя вакуум-аппарата.
В течение всего рабочего дня содержать в порядке и чистоте рабочее место, не допускать загромождения подходов к рабочему месту, пользоваться только установленными проходами.
В процессе работы контролировать технологический процесс. При этом располагаться таким образом, чтобы не подвергаться воздействию опасных производственных факторов.
Следить за исправностью ограждений и теплоизоляции.
Перед пуском пара спустить конденсат из паровой рубашки аппарата через дренажное устройство.
При продувке открыть воздушный вентиль и вентиль дренажного устройства.
Продувку проводить 1-2 мин.
Проверить исправность предохранительного клапана.
Следить за разрежением. Разрежение должно быть 600-650 мм. рт. ст.
Не допускать нагревания вакуум-насоса более 45-50°С.
Выгрузку массы производить осторожно. Работать в рукавицах.
Не производить никакие работы под разгрузочным клапаном.
При работе с вакуум-аппаратом запрещается:– устанавливать и вынимать штепсельную вилку мокрыми руками;– натягивать и перекручивать сетевой шнур;– снимать части корпуса, предохранительные устройства во время работы;– использовать вакуум-аппарат ненадлежащим образом и не по прямому назначению;– эксплуатировать неисправный вакуум-аппарат;– работать при повреждениях электропривода;– работать на незаземленном вакуум-аппарате;– производить работы без применения необходимых СИЗ;– производить техническое обслуживание и ремонт вакуум-аппарата во включенном или работающем состоянии.
При обслуживании вакуум-аппарата необходимо соблюдать требования, обеспечивающие безопасные условия труда и нормальное ведение технологического процесса [4].
Не использовать для сидения случайные предметы (ящики, коробки и т. п.), оборудование и приспособления.
Своевременно производить техническое обслуживание вакуум-аппарата.
Соблюдать правила поведения на территории предприятия, в производственных, вспомогательных и бытовых помещениях.
Не принимать пищу на рабочем месте.
В случае плохого самочувствия прекратить работу, поставить в известность своего руководителя и обратиться к врачу.
Требования охраны труда по окончании работы [6]:
Прекратить подачу сиропа, слить остатки массы.
Выключить вакуум-аппарат, отключить его от электросети.
Продуть вакуум-аппарат при давлении пара 1-1.5 атм.
Промыть вакуум-камеру.
Привести в порядок на рабочее место, инвентарь, освободить проходы, эвакуационные выходы.
Снять спецодежду и другие СИЗ, осмотреть привести в порядок и убрать в специально отведенное место.Вымыть руки, лицо с мылом, по возможности принять душ.
Сообщить своему руководителю обо всех нарушениях и замечаниях, выявленных в процессе работы, и принятых мерах по их устранению.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В представленном курсовом проекте была рассчитана фильтровальная установка на базе барабанного ячейкового вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью, используемая в промышленном масштабе для разделения алюмосиликатной суспензии.
Для определения основных характеристик процесса фильтрования с расчетом площади поверхности фильтрования по заданной производительности, в работе решены следующие задачи:
– рассмотрены теоретические основы процесса фильтрации;
– приведена классификация наиболее часто используемых типов фильтров;
изучен принцип работы барабанного вакуум-фильтра;
– разработана принципиальная схема установки;
– изучена техника безопасности при работе с аппаратом;
– выполнен технологический расчет основного аппарата – барабанного вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью.
По заданным исходным данным получены следующие характеристики:
1) фильтруемый материал – алюмосиликатная суспензия;
2) плотность влажного осадка ρос=1120 кг/м3;
3) производительность по фильтрату Q = 0,0017 м3/с;
4) перепад давления при фильтровании р = 69,13кПа;
5) перепад давлений при промывке рпр = 69,13кПа;
6) содержание жидкой фазы в отфильтрованном осадке (до просушки) w = 82%;
7) содержание жидкой фазы в отфильтрованном осадке (после просушки) ᴡ' = 79%;
8) толщина слоя осадка на фильтре δос = 0,009 м;
9) необходимый объём промывной воды на 1 кг влажного осадка Vпр.ж = 0,0017 м3/кг;
10) общее число ячеек фильтра nя = 26;
11) число ячеек фильтра, одновременно находящихся в зоне просушки nя'' =4;
12) центральный угол, занимаемый сектором съёма осадка φ́1 =+50°;
13) угол сектора мертвой зоны от уровня жидкости в корыте фильтра до верхней границы начала зоны всасывания φм =+3°;
14) угол от горизонтальной оси барабана до верхней границы зоны
15) время фильтрования τ= 261,41 с;
16) время промывки осадка τпр́= 32,48 с;
17) время промывки осадка при подаче жидкости из форсунок τпр=38,32 с. 18) угол сектора зоны просушки φс=55°;19) угол сектора от уровня жидкости в корыте фильтра до средней линии начала всасывания φ2'=10°;20) угол, занимаемый секторами съёма осадка и мертвых зон φ'=60°; 21) угол сектора зоны фильтрования φ=163,3°;
22) угол сектора зоны промывки φпр=23,95°; 23) угол погружения барабана в суспензию Ѱ=173,3°;24) угол сектора зоны предварительной просушки φс'=18,4°;
25) время просушки осадка τс=88,5 с;
26) время предварительной просушки осадка τс'=29,4 с;
27) время пребывания ячейки фильтра в зоне съема осадка и мертвых зонах τ'=96с;
28) время полного цикла работы фильтра, или одного оборота барабана τц=514 с;
29) число оборотов барабана фильтра в 1 с n=0,0019 об/с;
30) угловая скорость вращения барабана ω=0,892 град/с;
31) объем фильтра, получаемого с единицы поверхности фильтрования за время τ V'=0,0048 м3/м2;
32) значение средней скорости фильтрования, отнесенной ко времени:
– собственно фильтрования vср=0,18∙10-3м3/м2∙с;
– полного цикла работы фильтра vц=0,093 ∙10-3м3/м2∙с;33) общая площадь поверхности фильтрования Sоб=22,47 м2;
34) необходимое число фильтров nФ=1 фильтр;
35) глубина погружения барабана в суспензию H=1,22 м;
36) производительность по снимаемому с фильтра влажному осадку для заданной производительности по фильтрату Qос= 0,30 кг/с;
37) производительность по снимаемому с фильтра сухому осадку Qс=0,063 кг/с .
По ГОСТ 5748-63 выбираем стандартный фильтр, площадь поверхности которого S = 20 м2, радиус барабанов фильтров равен 1,3 м.
Для освещения темы проекта использована библиография, включающая 9 литературных источников.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1) Иоффе, И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991.
2) Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической технологии / А.Н. Плановский, С.З. Каган. – Ленинград: Химия, 1988.
3) Баранов, Д. А. Процессы и аппараты химической технологии: учебник / Д. А. Баранов. - Санкт-Петербург: Лань, 2020. – 408 с. - ISBN 978-5-8114-4984-2. - URL: https://e.lanbook.com/reader/book/130186/#1(дата обращения 28.12.2019). - Текст: электронный.
4) Дытнерский, Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов. В 2 частях. Часть 2. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. / Ю. И. Дытнерский. - Москва: Альянс, 2015. – 400 с. - ISBN 978-5-91872-076-9 – Текст: непосредственный.
5) Плановский, А.Н., Рамм, В.М., Каган, С.З. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1968.
6) Альперт, Л.З. Основы проектирования химических установок: Учеб. пособие. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1989.
7) Тихвинская, М.Ю., Волынский, В.Е. Практикум по химической технологии: Учеб. пособие. – М.: Просвещение, 1984.
8) Поникаров, И.И., Поникаров, С.И., Рачковский, С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): Учебное пособие. – М.: Альфа-М, 2008.-720 с.: ил.ISBN 978-5-98281-132-5. – Текст: непосредственный.
9) Сарданашвили, А. Г. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа: учебное пособие / А. Г. Сарданашвили, А. И. Львова. - Санкт-Петербург: Лань, 2019. – 256 с. - ISBN 978-5-8114-3990-4. – Текст: непосредственный.