Міністерство аграрної політики України

Вінницький національний аграрний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДЛЯ ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З ДИСЦИПЛІНИ

«МАШИНИ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ПРОДУКЦІЇ»

для студентів напряму підготовки

0919 – Механізація та електрифікація сільського господарства спеціальності 6.091902 – Механізація сільського господарства

денної та заочної форми навчання

Лабораторна робота №4 Розрахунок фільтрів

Вінниця

2011

Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт з дисципліни «Машини та обладнання для переробки сільськогосподарської продукції» для студентів напряму підготовки 0919 – Механізація та електрифікація сільського господарства спеціальності 6.091902 – Механізація сільського господарства денної та заочної форми навчання. / Укладачі: В. М. Бандура, Л.В.Фіалковська, І.М. Берник. – Вінниця: ВНАУ, 2010. – с.

Укладачі: к.т.н., доцент кафедри «Процеси та обладнання переробних і харчових виробництв ім. професора П.С. Берника» В. М. Бандура; к.т.н., доцент кафедри «Процеси та обладнання переробних і харчових виробництв ім. професора П.С. Берника» Л. В. Фіалковська.

Відповідальний за випуск І.П. Паламарчук, д. т. н., професор ВНАУ

Рецензенти: д.т.н., професор ВНАУ М.Ф. Друкований; д.т.н., професор Вінницького національного технічного університету І. О. Сивак

Рекомендовано до друку:

- на засіданні методичної комісії факультету механізації сільського господарства ВНАУ протокол № 1 від “ “ 2011р.

- рішенням навчально-методичної комісії Вінницького національного аграрного університету протокол № від “ “ 2011р.

Розрахунок фільтрів

Фільтрування є універсальним методом розділення грубих і тонких суспензій, особливо в тих випадках, коли розділення повинно проходити без втрат продукту і у випадках, коли необхідно отримати осад з мінімальним вмістом вологи.

Продуктивність фільтрів характеризується швидкістю фільтрування, яка визначається кількістю фільтрату, що проходить через одиницю поверхні пористої перегородки за одиницю часу. Швидкість фільтрування залежить від величини тиску, товщини, структури і властивостей отриманого осаду, а також від в’язкості фільтрату.

Розрахунок барабана вакуум–фільтра

Основні розрахункові залежності. Барабанні вакуум–фільтри безперервної дії широко застосовуються у багатьох галузях харчової промисловості. Основним робочим елементом конструкції фільтра є барабан із зовнішньою фільтрувальною поверхнею. Конструкція барабана та наявність розподільного пристрою дають можливість створити нескінченну низку періодичних процесів: фільтрування, попереднього просушування осаду, його промивання, повторного пресування та знімання з поверхні фільтрувальної перегородки.

Барабанні вакуум–фільтри (рис.5.5) випускаються з поверхнею фільтрування 1, 3, 5, 10, 20, 40 м²; діаметром барабана 1; 1,75; 2,6; 3,0; 3,4 м; довжиною барабана 0,35...4 м; частотою обертання його – 0,1 ...4,5 кВт і а кутом занурення 130...200°.

Рис.5.5 - Схема роботи вакуум–фільтра: І – зона фільтрації; II – зона видалення фільтрату; III – зона промивання осаду; IV – зона видалення промиву; V – зона віддування осаду; VI – зона видалення осаду.

1 – фільтрувальна перегородка; 2 – барабан; 3 – поздовжні ребра; 4 – штуцер для відводу повітряно–водяної суміші; 5 – відвідні патрубки; 6 – розподільна головка; 7 – штуцер для підводу стисненого повітря; 8 – ніж; 9 – штуцер; 10 – штуцер для відводу фільтрату; 11 – мішалка.

Розрахункова робота виконується після ознайомлення з будовою та принципом дії вакуум–фільтрів. [1] У такій послідовності визначаються:

1) час фільтрування:

(5.32)

де В, V₀ – параметри розрахункового рівня;

(5.33)

(5.34)

де q_Т – маса твердої фази, яка відкладається на фільтрі під час одержання одиниці об’єму фільтрату, кг/м³.

(5.35)

И – відношення об’ємів відфільтрованого осаду та одержаного фільтрату:

(5.36)

де С_m – концентрація твердої фази в суспензії, %; W – вміст рідкої фази у відфільтрованому осаді до просушування, W = 80 %; ρ_oс – густина вологого осаду, кг/м³.

(5.37)

2) тривалість промивання осаду у процесі надходження рідини з форсунок:

, (5.38)

де α – відношення площі поверхні зони промивання, яку зрошують форсунками, до теоретично необхідної площі поверхні зони промивання, α = 1,1; – тривалість промивання осаду, с,

(5.39)

де N_пр – константа рівняння для часу промивання, с/м²,

(5.40)

де V_пр – потрібний об’єм промивної рідини на 1 кг вологого осаду, V_пр = 1,5·10^-3 м³/кг; μ_пр – середня в’язкість промивного фільтра, Па·с, μ_пр = 0,7μ;

3) кут сектора зони просушування:

(5.41)

де z, z_пр – кількість камер фільтра, відповідно, загальна і тих, що одночасно перебувають у зоні просушування, z = 24, z_пр = 2...4;

4) кут сектора від рівня рідини в резервуарі фільтра до середньої лінії початку всмоктування:

(5.42)

де φ_м – кут сектора мертвої зони від рівня рідини в кориті фільтра до верхньої мережі початку зони всмоктування, град, φ_м = 2...4°.

1) кут, який займають сектори знімання осаду та мертвих зон:

(5.43)

де – центральний кут, який займає сектор змішування осаду, = 50...45°;

2) кутова швидкість барабана, град/с,

(5.44)

3) кути секторів зони: фільтрування , промивання ; попереднього просушування де γ_п.с – кут від горизонтальної осі барабана до верхньої межі зони попереднього просушування, γ_п.с = 13...16°.

Кут занурення барабана в суспензію

4) тривалість: просушування осаду ; попереднього просушування осаду ; перебування ланки фільтра в зоні знімання осаду і в мертвих зонах; повного циклу роботи фільтра або обертання барабана фільтра τ = τ + + τ_пр + τ_c + . Частота обертання барабана фільтра b = 1/t_ф;

5) об’єм фільтру, одержаного з одиниці площі поверхні фільтрування за час , м³/м².

Середні швидкості фільтрування, віднесені до часу фільтрування і повного циклу роботи фільтра V_φ = τ_φ. Загальна площа поверхні фільтрування:

(5.45)

де К_з – коефіцієнт, що враховує зниження продуктивності фільтра внаслідок поступового забруднення фільтрувальної перегородки, К_з = 0,8.

Глибина занурення барабана в суспензію:

, (5.46)

де r_б – радіус барабана, м.

Продуктивність за вологим осадом, який знімається з фільтра:

(5.47)

де – вміст рідкої фази у відфільтрованому осаді після просушування протягом часу t_c, = 76.

Потужність привода витрачається на подолання таких моментів опору:

а) створювання внаслідок незрівноваженості шару осаду під час обертання барабана за умови, що осад покриває в площі поверхні фільтрування барабана, Н·м:

(5.48)

де l – довжина барабана, м; D – діаметр барабана, м;

б) зрізання осаду, Н–м:

(5.49)

де f₁ – коефіцієнт тертя під час зрізування осаду, f₁ = 0,2...0,3;

в) тертя барабана об суспензію, Н·м:

(5.50)

г) тертя цапфи вала фільтра об розподільну головку, Н·м:

(5.51)

де m – кількість розподільних головок, m = 2; f₂ – коефіцієнт тертя в шайбах (між шайбою і головкою), f₂ = 0,12; Т₀ – питомий тиск між терльовими поверхнями цапфи та головки, Т₀ = 300 кПа, Па; F_T – площа поверхні тертя, F_T/D = 0,023, м²; r_T –радіус кола тертя (F_T/r_T = 0,3), м.

д) тертя в цапфах вала:

(5.52)

де G_б – вага барабана, КН, G_б / D = 36; f₃ – коефіцієнт тертя в цапфах вала, f₃ = 0,1...0,12; d_j – діаметр цапфи вала, м, D/d_j = 6;

Обертальний момент на валі барабана:

М = М₁ + М₂ + М₃ + М₄ + М₅. (5.53)

Потрібна потужність на валі електродвигуна:

(5.54)

де ω – кутова швидкість обертання вала фільтра, с^-1; η – ККД привода фільтра, η = 0,6...0,7.