Теоретические основы расчета пропускной способности по жидкой фазе фильтрующего элемента вибрационного фильтра сгустителя Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

© Н.П. Максимов, А.И. Мазко

УДК 66.067.324

Н.П. Максимов, А.И. Мазко

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ПО ЖИДКОЙ ФАЗЕ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ВИБРАЦИОННОГО ФИЛЬТРА-СГУСТИТЕЛЯ

2002

О

дним из путей повышения производительности фильтров является вибрационное фильтрование. Вибрационное фильтрование является конструкционным способом интенсификации работы фильтра, т.е. интенсификация достигается только за счет конструктивных особенностей фильтра [1].

Действие вибрационного фильтра основано на сообщении фильтровальной перегородке и всему объему фильтруемой суспензии гармонических колебаний, что приводит к частичному или полному разрушению структуры осадка и непрерывной регенерации перегородки, что в свою очередь приводит к увеличению срока службы фильтровальной ткани, повышению производительности фильтра.

Предлагаемый фильтр (рис. 1) состоит из опорной рамы 1, в верхней части которой установлены пружины 2, поддерживающие раму 3, жестко приваренную к ванне 4. В нижней части опорной рамы также установлены пружины 5, жестко поддерживающие раму 6 с жестко приваренным приемником для осадка 7. Между ванной и приемником для осадка предусмотрено упругое герметичное уплотнение 8. В нижней части ванны 4 прикреплена при помощи сварки дополнительная рама 9, на которую установлены статоры двух электромагнитных вибраторов 10. В верхней части приемника для осадка имеется рама, к которой жестко крепятся якоря электромагнитных вибраторов 11 . В верхней части опорной рамы при помощи пружин 12 выставлены дополнительные конструкции 13, несущие фильтрующие элементы 14, связанные через гибкие рукава с вакуум-системой, и инерционные вибраторы 15. В нижней части приемника для осадка установлено разгрузочное устройство 16 с приводом, состоящим из электродвигателя 17, редуктора 18 и цепной передачи 19.

Каждый из тринадцати фильтрующих элементов (рис. 2)состоит из несущей балки 3, к которой приварены три вакуум-трубы 1 диаметром 50 мм, имеющие непосредственно в области фильтрования отверстия диаметром 20 мм. К вакуум-трубам приварен каркас 6, имеющий для большей прочности косынки 5, расположенные внутри каркаса. К каркасу с обеих сторон приварены перфорированные отверстиями диаметром 8 мм листы 7, приваренные точечной сваркой к вакуум-трубам. В верхней части вакуум - трубы соединены с горизонтальной трубой 4, соединенной гибким рукавом (не показан) с коллектором вакуума. Для большей жесткости фильтрующий элемент снабжен косынками 2. Снаружи

Рис. 1. Промышленный вибрационный фильтр - сгуститель

фильтрующий элемент обтянут фильтровальной тканью.

Фильтрующие элементы помещаются в ванну, где, будучи погруженными в суспензию и находясь под действием вакуума, «обрастают» твердыми частицами (кеком). Для отбивки кека с поверхности фильтровальной ткани предусмотрены два инерционных электрических вибратора. Процесс фильтрования осуществляется в пульсирующей среде, создаваемой двумя электромагнитными вибраторами. Фильтр работает в режиме фаз, причем колебания фильтрующих элементов не совпадают по фазовому режиму с колебаниями бункера с суспензией.

Пропускная способность по фильтрату фильтрующего элемента вибрационного фильтра определяется перепадом давлений и гидравлическим сопротивлением его, которое целесообразно рассматривать, как сумму сопротивлений слоя осадка на поверхности фильтроткани и тракта удаления фильтрата. Очевидно, что отдельно определяемые пропускные способности слоя и системы эвакуации фильтрата из фильтрующего элемента во всех случаях равны, поэтому их расположение в потоке последовательное. Из этого следует также, что ограничивающим производительность элемента фактором может оказаться не только пропускная способность слоя, но и пропускная способность системы удаления фильтрата. С этой точки зрения целесообразно исследовать сис-

о

см

5

СО

5

га'

I-

ш

Q.

I-

-D

е;

s

■&

S

о

ю

О

Разность давлений, МПа

тему на пропускную способность, чтобы оценить влияние на производительность фильтрующего элемента, как сопротивление слоя, так и сопротивление отсасывающей системы.

Будем полагать, что слой осадка содержит в основном сферические частицы, диаметром ^. Если поперечные размеры слоя осадка велики по сравнению с размерами частиц и жидкость движется через слой в ламинарном режиме, то объем фильтрата, полученного с поверхности фильтрования Sф, определяется зависимостью (1) [2]:

,2 -» / \ 11/ ' ч .

М3/С, (1)

F =

dw ApcSj

30-72¡dhoc

где d4 - диаметр частицы, м; Є - пористость слоя осадка; Ар - перепад давлений на слое, м; ^ - вязкость фильтрата, Н*с/м2; hoc - толщина слоя осадка, м; с - переводной коэффициент, Н/м3; Sj - площадь фильтрующей поверхности,

Рис. 2. Фильтрующий элемент

Рис. 3. Зависимость пропускной способности слоя осадка и отсасывающей системы от разности давлений

1. dT=12 мм,

2. dT=24 мм,

3. d II 00 И, É

4. dT-48 И, É

5. dT=96 И, É

6. 6 9 - и, É

Ut_

dr=

4 мм I- мм

Максимальную пропускную способность отсасывающей системы можно определить по выражению (2) [3]:

nd2T

М Робщ ~АР)

м3/с,

(2)

1+Z£

где dт - диаметр трубопровода, м; q - ускорение силы тяжести, м/с2; Ароещ - перепад давления в слое и отсасывающей системе (суммарный), м; ЕЕ, - общий коэффициент сопротивления отсасывающей системы.

Из выражений (1) и (2) можно определить Ар:

- К +J ( -К )2-4 А2( -К )А р

Ар=----------------------------

2 А

общ

(3)

где

К=

п

ldr2q

16(1+ЗД

А=

d jw4cSj 30,72^hae

Полученное значение Ар позволяет из выражения (1) определить пропускную способность слоя осадка, а следовательно, и отсасывающей системы. На основе изложенного был проведен расчетный анализ влияния на пропускную способность рассматриваемой системы толщины слоя осадка и гидравлического сопротивления рассматриваемой системы. Расчеты были сделаны для конкретных случаев при: d4 = 0,000075 м; 8 = 0,4; с = 10000 н/м3; Sф = 1 м2; ¡1= 10'3Н*с/м2; q = 9,8 м/с2; Лробщ = 1,97 ^ 7,25 м, ^с= 0,04 ^ 0,07 м и при различных dт в диапазоне от 0,012 до 0,096 м, соответствующих значениям Е от 2,5 до 15.

Результаты расчета (рис. 3 и 4) позволяют сделать следующие выводы влияния исследуемых факторов на пропускную способность слоя и отсасывающей системы фильтрующего элемента.

Увеличение перепада давления обеспечивает повышение пропускной способности системы (а следовательно, и производительности фильтра). Эта зависимость близка к линейной; при повышении перепада давлений от 0,02 до 0,073 МПа (т.е. примерно в 4 раза) пропускная способность при всех вариантах dТ возрастает примерно в 2 раза.

При значительных сопротивлениях отсасывающей системы фильтрующего элемента влияние сопротивления слоя осадка относительно невелико, его влияние

V

м

м

Рис. 4. Зависимость пропускной способности слоя осадка и отсасывающей системы от диаметра труб

1. ДРобщ=0,02 МПа, h ос=4 мм.

2. ДРобщ=0,02 МПа, h ос=7 мм

3. ДРобщ=0,072 МПа, h ос=4 мм

4. ДРобщ=0,072 МПа, h ос=7 мм возрастает при снижении сопротивления отсасывающей системы и особенно при значительных перепадах давлений.

Снижение сопротивления отсасывающей системы следует рассматривать как условие повышения эффективности вибровакуумного фильтра - сгустителя.

--------------------СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Максимов Н.П., Соколов ВН. Вибрационный фильтр. Авторское свидетельство № 1313492. БИ № 20, 1987.

2. Жужиков В.И. Фильтрование, теория и практика разделения суспензий. - М.: Изд. Химия, 1971.

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

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------------------------------

Максимов Н.П., Мазко А.И. — Северо-Кавказский государственный технологический университет.

Диаметр труб, мм

© Н.П. Максимов, С.Г. Кибизов, 2002

УДК 622.794.2 + 032

Н.П. Максимов, С.Г. Кибизов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ ВИБРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ КЕКОВ

Н

аиболее эффективным направлением развития аппаратов для обезвоживания является создание агрегатов с вибрационным воздействием на обрабатываемые среды, позволяющим интенсифицировать тепло- и массообмен между частицами материала и газом за счет турбулизации пограничного слоя и обеспечивающим устойчивый гидродинамический режим [1]. Это объясняется тем, что вибрационное воздействие на обрабатываемые среды легко поддается

регулированию путем изменения амплитуды и частоты вибрации и дает возможность оптимизировать режимы технологических процессов. Поэтому вибрационная техника находит все более широкое применение во многих областях промышленности для транспортирования и дозирования материалов, разделения смесей по фракциям, фильтрования, гранулирования и др.

В настоящее время широко применяются различные конструкции устройств для обезвоживания вязкопластичных и пастообразных материалов [2]. Однако эти устройства имеют ряд

существенных недостатков: малую площадь теплообменной поверхности, большие потери тепла с отходящими газами и высокую относительную влажность готового продукта.

В Северо-Кавказском государственном технологическом университете наработан большой теоретический и исследовательский опыт по решению ряда актуальных проблем виброобезвоживания и вибросушки, в основе которых лежат фундаментальные разработки в области изучения вибровязкости, тепло-и массообмена [3]. Разработана конструкция нового устройства, работающего на основе вибрационного воздействия, позволяющего значительно интенсифицировать процесс термообработки суспензий и исключить недостатки известных сушильных агрегатов (рисунок).

Конструктивно вибросушилка представляет собой цилиндрический корпус 1 с закрепленным в нем колосниковым подом 2, на котором свободно уложены металлические шары 3. Корпус соединен с несущими рамами 4 и 5, установ-