МЕТОДИКА РАСЧЕТА ФИЛЬТР - ПРЕССА
Методика расчета фильтр - пресса (рис. 14) включает в себя определение технологических характеристик процесса фильтрования и необходимое число фильтров для обеспечения заданных общей производительности конструктивных параметрах аппарата. Кроме того, предлагается методика расчета суммарных материальных затрат на организацию процесса фильтрования в целом. Для этого предварительно необходимо вычислить свойства исходной суспензии и получаемых в ходе процесса фильтрата и осадка, а также константы фильтрования.
1. Удельное сопротивление осадка
,
где
-
среднее массовое удельное сопротивление
несжимаемого осадка; s - степень сжатия
осадка.
2. Количество твердой фазы, отлагаемой на фильтре 1 м3 фильтрата
,
где r ф - объемная масса фильтрата, кг/м3; С1 и С2 - концентрация сухого вещества соответственно в суспензии и осадке, кг/кг.
Рис. 14. Автоматический фильтр-пресс ФПАКМ: а-схема (1-фильтровальные плиты; 2-стяжка; 3,11-верхняя и нижняя плиты; 4,5-коллектор соответственно фильтрата и суспензии; 6-натяжное устройство; 7-фильтроваль-ная ткань; 8-привод передвижения ткани; 9-желоб; 10-транспортер; 12-электромеханическое зажимное устройство; 13-ролики; 14-ножи съема осадка; 15-нажимная плита;); б-схема работы фильтровальных плит (I-фильтрация; II-просушка осадка; III-выгрузка осадка; А-отвод фильтрата, концентрированной и слабой промывных вод; В-подача суспензии, промывной жидкости и воздуха; С-подача воды на диафрагму; 1-плита; 2-рама; 3-секция коллектора; 4-диафрагма; 5-спирали; 6-перфорированный лист).
3. Объем влажного осадка, отлагаемого 1 м3 фильтрата
,
где r c - объемная масса осадка, кг / м3.
4. Константы уравнений фильтрации и промывки
,
где m - динамическая вязкость фильтрата, кг · мин/м2 ; rm - удельное сопротивление осадка; p - давление фильтрации, кг/м2.
,
где m пр - динамическая вязкость промывки; n - число одновременно промываемых слоев осадка; pпр - давление промывки кг/м2; А - эмпирический определяемый коэффициент
,
где k - константа промывки; s 1 - начальная концентрация растворимого вещества в промывочной жидкости, %; s 2 - конечная концентрация растворимого вещества в промывной жидкости, %
5. Условный объем фильтрата на единицу площади:
,
где R0 - константа удельного сопротивления осадка, 1/м.
6. Максимальная производительность фильтр - пресса по фильтрату
,
где t в - вспомогательное время, мин.; F1 - площадь фильтрования, м2.
7. Минимальная продолжительность цикла работы фильтр - пресса
.
8. Минимальный удельный объем фильтрата, полученного за время фильтрации
.
9. Продолжительность процесса фильтрации
.
10. Продолжительность процесса промывки
.
11. Толщина осадка в раме фильтра
.
12. Необходимое число фильтров - прессов
,
где Q - производительность подаваемой суспензии, м3/мин.
13. При расчете фильтр - пресса по оптимальным условиям определяют следующие величины
- расходы по эксплуатации фильтр - пресса
,
где x - стоимость фильтр - пресса, тыс. руб.; i - время его амортизации, лет; z - число рабочих суток в году, сут; n1 - число рабочих часов в сутках.
- стоимость рабочих операций
A = a + b ,
где a - производственные затраты на фильтрацию, тыс. руб/ч;
- стоимость вспомогательных операций
B = b + d,
где d - затраты на загрузку, сборку и разборку фильтр - пресса, тыс. руб/ч.
14. Оптимальная продолжительность цикла
.
15. Оптимальная продолжительность фильтрации
.
16. Оптимальная продолжительность промывки
.
17. Минимальные затраты на один цикл работы
.
18. Оптимальная производительность фильтра
.
Определяем
соотношение 
,
которое определяет отклонение
рассчитанного максимального количества
фильтр - прессов от оптимума.
19. Оптимальное число фильтров для получения фильтрата в количестве Q:
.
20. Минимальные затраты при работе фильтр - пресса:
.
21. Оптимальный удельный объем получаемого фильтра:
.
22. Оптимальная толщина осадка в раме пресса:
.
23. Затраты на работу установки при максимальной производительности:
.
24. Число фильтр - прессов при их максимальной производительности:
.
25. Тогда затраты на работу установки составляют:
.
Задача 2. Рассчитать количество фильтр - прессов, необходимое для фильтрации заданной суспензии при следующих исходных параметрах:
Q - производительность подаваемой суспензии по фильтрату, м3/мин; P - давление фильтрации, Па; Pпр - давление промывки, Па; R0’ - константа удельного сопротивления фильтрующей ткани, 1/м; rm’ - константа удельного сопротивления осадка, 1/м; s - степень сжатия осадка; m - динамическая вязкость фильтрата, кг? мин/м2; m пр - динамическая вязкость промывной жидкости, кг? мин/м2; r ф - плотность жидкой фазы суспензии, кг/м3; r c - плотность твердой фазы суспензии, кг/м3; c1 - содержание твердой фазы в фильтруемой суспензии, кг/кг; c2 - содержание твердой фазы во влажном осадке перед просушкой, кг/кг; F1 - поверхность фильтрования, м2; s 1 - начальная концентрация растворимого вещества в промывной жидкости, %; s 2 - конечная концентрация растворимого вещества в промывной жидкости, %; k - константа промывки; t в - вспомогательное время, мин; a - производственные затраты на фильтрацию, тыс. руб/час; x- стоимость фильтр - пресса, тыс. руб; i - время амортизации фильтр - пресса, лет; z - число рабочих суток в году, сут; n1 - число рабочих часов в сутках, ч; d - затраты на загрузку, сборку, разборку фильтр - пресса, тыс. руб/ч.
Исходные данные по вариантам приведены в табл. 19 и 20.
Таблица 19
Данные для расчета ФПАКМ
|
№ п/п |
Q, м3/ мин |
P= Pпр кг/м2х10-4 |
R0, 1/м |
F1 м2 |
rm’, |
m = m пр, Кг мин/м2 |
r ф, кг/м2 |
r c, кг/м2 |
s 1, % |
s 2, % |
c1, кг/кг |
c2, кг/кг |
|
1 |
0,152 |
1,0 |
1,065 х1010 |
25 |
8,44 х107 |
0,915 |
1240 |
2400 |
5 |
1,5 |
0,187 |
0,344 |
|
2 |
0,152 |
1,0 |
|
25 |
|
х10-6 |
1300 |
2500 |
9 |
1,2 |
0,200 |
0,366 |
|
3 |
0,152 |
1,5 |
|
25 |
|
|
1400 |
2600 |
5 |
1,6 |
0,230 |
0,380 |
|
4 |
0,152 |
1,5 |
|
30 |
|
|
1500 |
2800 |
4 |
1,9 |
0,260 |
0,400 |
|
5 |
0,152 |
2,0 |
|
30 |
|
|
1600 |
2750 |
4 |
2,0 |
0,31 |
0,450 |
|
6 |
0,152 |
2,0 |
|
35 |
|
|
1700 |
2960 |
8 |
1,8 |
0,330 |
0,430 |
|
7 |
0,170 |
2,5 |
|
35 |
|
|
1450 |
3200 |
6 |
2,1 |
0,330 |
0,420 |
|
8 |
0,170 |
2,5 |
|
40 |
|
|
1560 |
3100 |
8 |
2,8 |
0,310 |
0,480 |
|
9 |
0,170 |
3,0 |
|
40 |
|
|
1620 |
3260 |
10 |
2,5 |
0,260 |
0,500 |
|
10 |
0,170 |
3,0 |
|
45 |
|
|
1700 |
3600 |
11 |
2,6 |
0,230 |
0,365 |
|
11 |
0,170 |
3,5 |
|
45 |
|
|
1790 |
2980 |
6 |
2,7 |
0,200 |
0,350 |
|
12 |
0,170 |
3,5 |
|
50 |
|
|
1850 |
3280 |
7 |
3,8 |
0,187 |
0,340 |
|
13 |
0,190 |
4,0 |
|
50 |
|
|
1700 |
3300 |
7 |
3,0 |
0,190 |
0,366 |
|
14 |
0,190 |
4,0 |
|
35 |
|
|
1800 |
3470 |
8 |
4,8 |
0,220 |
0,389 |
|
15 |
0,190 |
4,5 |
|
35 |
|
|
1900 |
3000 |
8 |
3,6 |
0,250 |
0,406 |
|
16 |
0,190 |
4,5 |
|
40 |
|
|
1950 |
3100 |
9 |
2,6 |
0,280 |
0,322 |
|
17 |
0,190 |
5,0 |
|
40 |
|
|
1240 |
2980 |
12 |
3,5 |
0,310 |
0,399 |
|
18 |
0,190 |
5,0 |
|
45 |
|
|
2000 |
3250 |
11 |
2,9 |
0,320 |
0,456 |
|
19 |
0,21 |
5,5 |
|
45 |
|
|
1300 |
3000 |
8 |
3,0 |
0,187 |
0,300 |
|
20 |
0,21 |
5,5 |
|
50 |
|
|
1400 |
2650 |
12 |
4,1 |
0,200 |
0,386 |
|
21 |
0,21 |
6,0 |
|
50 |
|
|
1500 |
2960 |
10 |
4,0 |
0,210 |
0,415 |
|
22 |
0,21 |
6,0 |
|
40 |
|
|
1600 |
2900 |
9 |
4,8 |
0,220 |
0,345 |
|
23 |
0,21 |
6,5 |
|
40 |
|
|
1700 |
3180 |
7 |
3,7 |
0,230 |
0,365 |
|
24 |
0,21 |
6,5 |
|
45 |
|
|
1800 |
2000 |
8 |
3,2 |
0,240 |
0,387 |
|
25 |
0,23 |
7,0 |
|
45 |
|
|
2000 |
2800 |
9 |
4,5 |
0,250 |
0,321 |
|
26 |
0,23 |
7,0 |
|
25 |
|
|
1900 |
3240 |
11 |
3,1 |
0,260 |
0,408 |
|
27 |
0,23 |
7,5 |
1,065 |
30 |
8,44 |
0,915 |
1850 |
2600 |
12 |
4,0 |
0,270 |
0,400 |
|
28 |
0,23 |
8,0 |
х1010 |
30 |
х107 |
х10-6 |
1800 |
2700 |
13 |
4,7 |
0,187 |
0,300 |
|
29 |
0,23 |
8,5 |
|
35 |
|
|
1750 |
2550 |
10 |
2,7 |
0,200 |
0,320 |
|
30 |
0,23 |
9,0 |
|
35 |
|
|
1700 |
2750 |
6 |
2,2 |
0,230 |
0,367 |
|
31 |
0,23 |
9,5 |
|
40 |
|
|
1650 |
2600 |
10 |
3,6 |
0,260 |
0,380 |
|
32 |
0,25 |
10,0 |
|
40 |
|
|
1600 |
2300 |
7 |
4,9 |
0,310 |
0,495 |
|
33 |
0,25 |
9,0 |
|
45 |
|
|
1550 |
2360 |
8 |
4,5 |
0,330 |
0,478 |
|
34 |
0,25 |
8,0 |
|
45 |
|
|
1500 |
2500 |
9 |
2,0 |
0,330 |
0,489 |
|
35 |
0,25 |
7,0 |
|
50 |
|
|
1450 |
2400 |
5 |
2,4 |
0,310 |
0,496 |
|
36 |
0,25 |
6,0 |
|
50 |
|
|
1400 |
2680 |
6 |
3,9 |
0,260 |
0,368 |
|
37 |
0,25 |
5,0 |
|
47 |
|
|
1350 |
2400 |
11 |
3,0 |
0,230 |
0,346 |
|
38 |
0,25 |
5,0 |
|
47 |
|
|
1300 |
2300 |
10 |
4,7 |
0,200 |
0,340 |
|
39 |
0,25 |
5,0 |
|
37 |
|
|
1250 |
2650 |
11 |
3,8 |
0,300 |
0,500 |
|
40 |
0,25 |
5,0 |
|
37 |
|
|
1200 |
2870 |
10 |
2,0 |
0,187 |
0,287 |
|
41 |
0,23 |
4,0 |
|
27 |
|
|
1450 |
2370 |
9 |
2,4 |
0,200 |
0,400 |
|
42 |
0,23 |
4,0 |
|
27 |
|
|
1240 |
3080 |
7 |
3,7 |
0,230 |
0,387 |
|
43 |
0,23 |
4,0 |
|
33 |
|
|
1240 |
2900 |
12 |
3,8 |
0,260 |
0,366 |
|
44 |
0,21 |
3,0 |
|
33 |
|
|
1500 |
3040 |
10 |
5,0 |
0,31 |
0,488 |
|
45 |
0,21 |
3,0 |
|
43 |
|
|
1500 |
2000 |
11 |
3,5 |
0,330 |
0,500 |
|
46 |
0,21 |
3,0 |
|
43 |
|
|
1600 |
3000 |
11 |
3,0 |
0,330 |
0,560 |
|
47 |
0,19 |
2,0 |
|
25 |
|
|
1600 |
3250 |
12 |
4,0 |
0,310 |
0,580 |
|
48 |
0,19 |
2,0 |
|
25 |
|
|
1700 |
2650 |
12 |
4,8 |
0,260 |
0,345 |
|
49 |
0,19 |
2,0 |
|
25 |
|
|
1700 |
3100 |
13 |
5,0 |
0,230 |
0,360 |
|
50 |
0,170 |
1,0 |
|
25 |
|
|
1800 |
2480 |
13 |
2,7 |
0,200 |
0,390 |
Таблица 20 Дополнительные данные для расчета
|
k |
t в, мин |
a, тыс. грн/час |
x, тыс. грн |
i, лет |
z, сут |
n1, ч/сутки |
d, тыс. руб/ч |
|
3,0 |
10 |
50 |
6х106 |
10 |
345 |
25 |
275 |