Промышленные фильтры. Расчет производительности и прочности вертикальной конструкции автоматического фильтр-пресса

 

Цель работы: ознакомиться с устройством фильтров для разделения суспензий; произвести расчет производительности промышленного фильтра.

 

4.1 Устройство фильтров

 

Простейший фильтр – сосуд, разделённый на две части ФП. Между частями фильтра создаётся разность давлений, под действием которой жидкость проходит через перегородку, задерживающую твёрдые частицы.

С целью повышения эффективности разделения суспензий конструкция фильтров значительно усложняется, что особенно заметно в промышленных установках непрерывного действия.

 

4.2 Расчет производительности фильтра

В промышленности нашли широкое применение автоматические фильтр-прессы ФПАКМ: они используются в химической, нефтяной, угольной, гидрометаллургической, горнорудной, пищевой, керамической отраслях, а также при фильтровании промышленных и бытовых сточных вод.

Для расчета производительности и оптимального режима по осадку принимаем следующие технологические параметры работы автоматического фильтр-пресса ФПАКМ:

– давление фильтрования ;

– давление промывки ;

– время вспомогательных операций t_B = 120 с;

– отношение объема осадка к объему фильтрата х _ос = 0, 2;

– удельное сопротивление осадка ;

– плотность осадка ;

– константа промывки К = 1, 69.

Вязкость фильтрата близка к вязкости промывной жидкости ().

Осадок отмывается до содержания растворимых не более от .

 

1-упорная плита; 2-фильтровальные плиты; 3-нажимная плита; 4-электромеханический зажим; 5-верт. стяжки; 6-опорная плита; 7-камера регенерации; 8-приводной валик; 9-фильтровальная ткань; 10-направляющие валики; 11-скребки

Рисунок 4.3.1 – ФПАКМ

 

Сначала рассчитывается безразмерный коэффициент, учитывающий вязкости фильтрата и промывной жидкости, а также концентрацию твёрдой фазы до и после фильтрования:

Затем определяется оптимальная толщина слоя осадка на фильтровальной перегородке, м:

Время цикла, с:

 

Оптимальная производительность по осадку с 1 м² фильтра, :

4.3 Расчет прочности вертикальной конструкции

В качестве примера ниже приведён приблизительный прочностной расчёт вертикальной конструкции фильтр-пресса ФПАКМ на растягивающее усилие в стяжках, на которых крепятся фильтровальные плиты.

Основной расчёт ведётся на усилие, создаваемое электромеханическим зажимом для обеспечения герметизации стыков в пакете плит. Вес плит при расчёте не учитывается.

Усилие герметизации P, МН:

 

где – усилие, возникающее в момент фильтрования или отжима осадка, МН;

– реакция герметизирующей прокладки, МН.

Усилие фильтрования, МН:

Реакция прокладки, МН:

где – коэффициент, для ФПАКМ .

Общая площадь стяжек (n=4), м²:

Для стали Ст4 допускаемое напряжение на растяжение составляет

.

Напряжение, создаваемое в опорных стяжках усилием электромеханического зажима, находится по формуле, МПа:

Условие прочности соблюдается, если выполняется неравенство .

 

4.4 Пример расчета производительности и прочности вертикальной конструкции автоматического фильтр-пресса

 

4.4.1 Расчет производительности автоматического фильтр-пресса

 

Исходные данные: Сначала рассчитывается безразмерный коэффициент, учитывающий вязкости фильтрата и промывной жидкости, а также концентрацию твёрдой фазы до и после фильтрования:

Затем определяется оптимальная толщина слоя осадка на фильтровальной перегородке, м:

Время цикла, с

 

Оптимальная производительность по осадку с 1 м² фильтра, :

 

4.4.2 Расчет прочности вертикальной конструкции автоматического фильтр-пресса

 

Исходные данные: , , , s w: val=" 28" /> < /w: rPr> < m: t> Рј< /m: t> < /m: r> < /m: e> < m: sup> < m: r> < m: rPr> < m: sty m: val=" p" /> < /m: rPr> < w: rPr> < w: rFonts w: ascii=" Cambria Math" w: h-ansi=" Cambria Math" /> < wx: font wx: val=" Cambria Math" /> < w: sz w: val=" 28" /> < w: sz-cs w: val=" 28" /> < /w: rPr> < m: t> 2< /m: t> < /m: r> < /m: sup> < /m: sSup> < /m: oMath> < /m: oMathPara> < /w: p> < w: sectPr wsp: rsidR=" 00000000" > < w: pgSz w: w=" 12240" w: h=" 15840" /> < w: pgMar w: top=" 1134" w: right=" 850" w: bottom=" 1134" w: left=" 1701" w: header=" 720" w: footer=" 720" w: gutter=" 0" /> < w: cols w: space=" 720" /> < /w: sectPr> < /w: body> < /w: wordDocument> "> .

Основной расчёт ведётся на усилие, создаваемое электромеханическим зажимом для обеспечения герметизации стыков в пакете плит. Вес плит при расчёте не учитывается.

Усилие герметизации P, МН:

Усилие фильтрования, МН:

Реакция прокладки, МН:

где – коэффициент, для ФПАКМ .

Общая площадь стяжек (n=4), м²:

Для стали Ст4 допускаемое напряжение на растяжение составляет

.

Напряжение, создаваемое в опорных стяжках усилием электромеханического зажима, находится по формуле, МПа:

 

Очевидно, что . Условие прочности соблюдается.

 

4.5 Задание для самостоятельного расчета производительности автоматического фильтр-пресса

 

Рассчитать производительность автоматического фильтр-пресса ФПАКМ по следующим параметрам:

 

Таблица 4.5.1 – Исходные данные для расчета производительности

№ вар.			, с			,
	5 104	5 104		0, 35	4 1010	0, 5 103
	4 104	4 104		0, 2	3 1010	0, 2 103
	6 104	4 104		0, 11	6 1010	0, 1 103
	5 104	3 104		0, 26	9 1010	0, 3 103
	7 104	5 104		0, 14	2 1010	0, 8 103
	9 104	7 104		0, 27	5 1010	0, 7 103
	4 104	3 104		0, 19	7 1010	0, 9 103
	6 104	6 104		0, 12	8 1010	0, 6 103
	5 104	5 104		0, 31	3 1010	0, 4 103
	8 104	7 104		0, 3	5 1010	0, 5 103

 

При расчёте считать, что вязкость фильтрата близка к вязкости промывной жидкости (), константа промывки К = 1, 7.

 

4.6 Задание для самостоятельного расчета на прочность вертикальной конструкции автоматического фильтр-пресса

Рассчитать прочность вертикальной конструкции автоматического фильтр-пресса ФПАКМ по следующим параметрам:

 

Таблица 4.6.1 – Исходные данные для расчета на прочность конструкции фильтр-пресса

№ вар.	, МПа	, м2	, м2	, м2
	0, 5		1, 26	0, 0314
	0, 4		0, 945	0, 00785
	0, 6		0, 63	0, 07065
	0, 5		0, 63	0, 0314
	0, 7		1, 26	0, 0314
	0, 9		1, 26	0, 07065
	0, 4		0, 63	0, 07065
	0, 6		0, 945	0, 0314
	0, 5		1, 26	0, 00785
	0, 8		0, 945	0, 00785

 

Расчёт произвести для стали марки Ст4. Если условие прочности не выполняется, необходимо выбрать более прочную сталь и повторить расчёт.

 

4.7 Контрольные вопросы

 

· Дайте определение фильтрования.

· Какие бывают режимы фильтрования?

· Каким образом можно интенсифицировать процесс фильтрования? Назовите основные этапы разделения суспензий.

· Опишите свойства фильтровальных перегородок.

· Объясните, как устроены разные типы фильтров.

· Как рассчитывается производительность фильтр-пресса ФПАКМ?

· Расчёт на прочность конструкции фильтр-пресса ФПАКМ.