4 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: , , , .

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			,
1	510^4	510^4	100	0,35	410^10	0,510^3	20
2	410^4	410^4	95	0,2	310^10	0,210^3	11
3	610^4	410^4	135	0,11	610^10	0,110^3	17
4	510^4	310^4	140	0,26	910^10	0,310^3	13
5	710^4	510^4	120	0,14	210^10	0,810^3	21
6	910^4	710^4	110	0,27	510^10	0,710^3	15
7	410^4	310^4	120	0,19	710^10	0,910^3	23
8	610^4	610^4	130	0,12	810^10	0,610^3	16
9	510^4	510^4	115	0,31	310^10	0,410^3	14
10	810^4	710^4	105	0,3	510^10	0,510^3	20

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	, м^2	, м^2	, м^2
1	0,5	10	1,26	0,0314
2	0,4	15	0,945	0,00785
3	0,6	25	0,63	0,07065
4	0,5	22	0,63	0,0314
5	0,7	12	1,26	0,0314
6	0,9	20	1,26	0,07065
7	0,4	31	0,63	0,07065
8	0,6	25	0,945	0,0314
9	0,5	10	1,26	0,00785
10	0,8	12	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.