Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Тема: Расчет процесса разделения неоднородных систем под действием силы тяжести в аппарате периодического действия

В курсовой работе произведены материальные расчеты процесса разделения, определена скорость осаждения частиц, рассчитаны геометрические размеры аппарата

Курсовой проект содержит 4 рисунка.



Введение

В промышленности неоднородные системы, к которым относятся суспензии, эмульсии, пены, пыли, туманы, нередко приходится разделять на составные части. неоднородный система раздел

Методы разделения выбирают в зависимости от агрегатного состояния фаз (газообразной, жидкостной и твердой), а также физических и химических свойств среды (плотность, вязкость, агрессивность и т. д.). Принимаются во внимание капитальные и эксплуатационные расходы.

В зависимости от относительного движения фаз различают два метода разделения: осаждение и фильтрование. В процессе осаждения частицы дисперсной фазы движутся относительно сплошной среды. При фильтровании - наоборот.

Процессы осаждения осуществляются в полях механических сил (гравитационном и центробежном) и в электрическом поле.

Отстаивание является частным случаем процесса осаждения и протекает под действием гравитационной силы. Движущей силой процесса отстаивания является разность между силой тяжести и выталкивающей силой (силой Архимеда).

Отстаивание применяют для грубого разделения суспензий, эмульсий и пылей. Характеризуется низкой скоростью процесса и низким эффектом разделения, т. е. отстаиванием не удается полностью разделить неоднородную систему. В то же время простое аппаратурное оформление процесса и низкие энергетические затраты определяют его широкое применение в различных отраслях промышленности.

Отстаивание проводится в аппаратах, называемых отстойниками периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.

С целью увеличения скорости процесса разделения суспензий и эмульсий процесс осаждения проводят под действием центробежной силы в машинах, которые называются центрифугами.

Центрифуги по принципу действия делятся на фильтрующие и отстойные. По характеру протекания процесса разделения отстойные центрифуги в основном аналогичны отстойникам, поэтому они называются отстойными центрифугами.

Процесс разделения суспензий в отстойных центрифугах складывается из стадий осаждения твердых частиц под действием центробежной силы на стенках барабана и уплотнения частиц.

Процесс разделения в центрифугах происходит не только быстрее, но и качественнее, что характеризует степень технического совершенства данного оборудования.

Инженерный расчет процессов разделения лежит в основе правильного подбора оборудования и его эффективного использования.



Технологический расчет

1. Материальный расчет процесса

Выполнить материальный расчет отстойника для разделения неоднородной системы по следующим исходным данным:

Масса исходной суспензии, кг

Продолжительность осаждения, ч

Концентрация вещества дисперсной среды, %

- в системе

- в осветленной жидкости

- во влажном осадке

Плотность вещества дисперсной фазы, кг/м3 с1=2150

Плотность вещества дисперсной среды, кг/м3 с2=1000

1. Масса осветленной жидкости:

2. Масса влажного осадка:

или

3. Плотность исходной суспензии:

кг/м3 

4. Плотность осветленной жидкости и влажного осадка:

= 1003,81 кг/м3

= 1356,85 кг/м3.

5. Объемы исходной суспензии, осветленной жидкости и влажного осадка:

м3

м3

м3

6. Проверка расчета по балансу объемов:

Vc= Vж + V0 = 8,54 + 1,125 = 9,66 м3.

7. Производительность по осветленной жидкости:

-4 м3/с

2. Скорость осаждения

Существует несколько методов расчета скорости осаждения частиц.

Обычно под скоростью осаждения понимают скорость движения частицы в среде под действием разности сил тяжести и Архимеда, при условии, что эта разница равна силе сопротивления среды.

Наиболее простой метод расчета скорости по формуле Стокса.

Для отстаивания эта формула имеет вид:

где d - размер частицы (диаметр), м;

- вязкость жидкости, Па * с.

Ограниченность применения этой формулы заключается в том,

что она позволяет достаточно точно рассчитать скорость только для

частиц шарообразной формы и применима в тех случаях, критерий

Рейнольдса не превышает

2

Рис. 2. Движение твердого тела в жидкости:

а) ламинарный поток;

б) турбулентный поток;

в) силы, действующие на движущуюся частицу

G- сила тяжести

А - сила Архимеда

R- сила сопротивления среды.

Re>2-режим турбулентный 

Для расчета скорости при больших числах Рейнольдса и для частиц несферической формы разработан ряд методов. Один из них основан на использовании коэффициента сопротивления ж, по физическому смыслу являющегося аналогом критерия Эйлера:

где R- сила сопротивления, действующая на движущуюся частицу;

F - площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную направлению движения. Скорость определяется по формуле, выводимой из условия равенства сил, действующих на частицу:

Для практического использования этой формулы необходимо предварительно вычислить коэффициент сопротивления:

- для переходного режима (рис. 2, б) при 2 <Re< 500

,

Данный метод позволяет достаточно просто рассчитывать скорость движения частиц при больших значениях критерия Рейнольдса.

Неудобством метода является необходимость предварительно задаваться значением скорости для расчета ж, и поэтому на практике его используют при расчете скоростей движения в автомодельной области, когда Re> 500.

В переходном режиме скорость осаждения удобно рассчитывать, используя критерий Архимеда:

.

В зависимости от величины критерия Архимеда устанавливается в каком режиме будет происходить осаждение.

При условии Аr < 36 будет наблюдаться ламинарный режим и для дальнейшего расчета используется критериальное уравнение:

При условии 36 <Аr< 83000 режим осаждения будет переходным:

Re=0,152Ar0,714.

Если Аr> 83000, то режим - автомодельный турбулентный:

Re=1,74.

Для последующего расчета скорости движения частицы в жидкости следует воспользоваться формулой

Наряду с описанными выше чисто аналитическими методами существуют методы расчета с использованием графических зависимостей Так, критерий Рейнольдса можно определить по графику в зависимости от предварительно рассчитанного критерия Архимеда.

Тем же графиком можно воспользоваться для нахождения критерия Лященко, который является производным от критериев Рейнольдса, Фруда и симплекса плотностей:

Скорость осаждения в этом случае определяют, используя следующую формулу

На графике (рис. 3) нанесены кривые, позволяющие рассчитывать скорости осаждения частиц неправильной формы. Для определения их эквивалентного (условного) размера используют зависимость, позволяющую вести расчет, исходя из объема или массы частицы расчетной величины. При этом под условным размером частицы понимают диаметр шара, объем которого равен объему частицы:

где V4 -- объем частицы расчетного размера, м3;

Go - масса частицы, кг.

Расчеты скорости движения частицы по приведенным выше методам соответствуют некоторым идеализированным условиям осаждения.

При движении частиц в системах с большой концентрацией следует учитывать поправку на стесненность:



где объемная концентрация частиц в системе.

Действительная скорость осаждения составляет:

Расчетный размер осаждаемых частиц, мкм d= 15

Вязкость дисперсной среды, Па*с 0,86*10-3

1 .Скорость отстаивания по формуле Стокса:

м/с.

2. Критерий Рейнольдса:

3. Поправка на стесненность движения.

Предварительно вычисляем объемную концентрацию системы:

Поправка составит:

=0,8623.



4. Действительная скорость осаждения:

м/с.

3. Геометрические размеры отстойника

В данном разделе определяются основные характерные размеры отстойника. Основной характеристикой аппарата, используемого для осаждения в поле сил тяжести, является поверхность осаждения:

Под поверхностью осаждения отстойника обычно понимают площадь проекции днища на горизонтальную плоскость. Независимо от того, как организуется процесс: периодически, непрерывно или полунепрерывно, поверхность осаждения во всех случаях будет одинаковой.

Далее рассмотрим расчет размеров отстойников отдельных типов.

Отстойник периодического действия

Отстойник периодического действия представляет собой емкостной аппарат цилиндрической (рис. 4, а) или прямоугольной формы (рис. 4, б) с коническим или пирамидальным днищем, периодически заполняемый суспензией и периодически освобождаемый от осветленной жидкости и осадка (рис. 4).

При расчете цилиндрического отстойника определяется его полный геометрический объем:

где к3 - коэффициент загрузки меньше 1, обычно равен 0,8 - 0,95.

Для цилиндрического отстойника по поверхности осаждения находят диаметр:

Рис. 4.

Для аппарата периодического действия соотношение между длиной l и шириной b можно принять произвольно (обычно это соотношение близко к 1). Важно, чтобы произведение длины на ширину соответствовало величине поверхности осаждения:

F=l*b.

Высота жидкости в цилиндрической части аппарата:

где h- высота днища.

Геометрические размеры цилиндрического отстойника периодического действия:

1. Поверхность осаждения:

м2

2. Полный геометрический объем, принимая к3 = 0,9:

м3

3. Диаметр аппарата:

м.

4. Высота жидкости в цилиндрической части при = 45°:

м.

5. Полная высота цилиндрической части:

м.

6. Высота слоя осадка.

Объем днища

м3



меньше объема осадка. Осадок будет заполнять все днище и некоторый объем в цилиндрической части. Высота осадка в коническом днище:

м3

Анализ технологического процесса

Производство кваса это сложный технологический процесс. Одной из стадий является отстаивание. Отстаивание осуществляется с помощью специального оборудования. В данной работе рассматривался отстойник периодического типа, параметры которого я рассчитывала в своей курсовой работе. В процессе отстаивания осаждаются крупные частицы и уходят. Особенность отстойника периодического действия в том, что он не постоянно наполнен а периодически сливается и снова наполняется.

Анализ конструкций аппарата

1. Статистические отстойники

Для отделения от воды различных загрязнений нефтепродуктами используют статические отстойники. Это длительный процесс, до двух суток. А поступление сточных вод весьма неравномерно.

Поэтому для такой очистки сточных вод строят буферные водоёмы большого объема. Поскольку отделить всплывшие примеси тяжело без откачки, используют схему минимум с двумя буферными водоёмами.

Алгоритм работы такой:

· заполнение;

· отстой;

· выкачка.

Буферные резервуары нивелируют неравномерность объема поступающего на очистительные сооружения сточных вод, и позволяют намного снизить концентрацию нефти.

2. Устройство различных типов динамических отстойников

В зависимости от веществ, от которых динамические отстойники очищают сточную воды, бывают следующие типы:

· песколовки;

· мазутоловки;

· бензоловки;

· нефтеловушки;

· жироловки;

· специальные.

По виду направления протекания воды отстойники бывают горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальный отстойник работает следующим образом.

Выпавший осадок скребками перемещают к приямку и гидроэлеваторами или насосами удаляют. Плавающие фракции удаляют поперечными лотками через специальный наклонный парапет.

Вертикальный отстойник имеет коническое дно, откуда откачивают осадок. Течение воды происходит снизу верх.

Радиальный отстойник имеет круглую форму. Вода движется от центра к краям, или, наоборот - от периферии к центру. Диаметр может достигать 100 м. При впуске воды в центр требуется большая скорость протока, из-за чего не так эффективно происходит очищение. Отстойник радиальный при впуске воды на периферии имеет большую эффективность.



Трубчатые отстойники

Трубчатый отстойник имеет главный рабочий элемент -- труба 2,5-5 см в диаметре и длиной порядка одного метра. Размеры зависят от типовой характеристики загрязнения и параметров гидродинамики потока. Используют трубчатые отстойники с малым и большим (от 10є до 60є) наклоном рабочих элементов.

Вариант с малым наклоном используют при малом загрязнении твёрдых примесей.

Эффективность очистки сточных вод не менее 80%. Однако, надо периодически чистить трубы от осадка, что требует устройства двух участков отстоя. Пока один участок чистят от осадка, второй находится в рабочем режиме.

Для крутого угла наклона очистка не нужна, ибо осадок сползает сам по трубам за счёт крутого угла наклона.

Продолжительность работы при очистке увеличивается с увеличением длины труб. Стандартные трубные блоки имею длину 3 м. Трубы изготавливают из ПВХ или полистирольного пластика. 

Отстойные пруды

Отстаивание в прудах - самый простой метод очистки сточных вод. Под действием притяжения дисперсные компоненты оседают на дно или всплывают на поверхность.

Обычно очистные пруды имеют несколько частей. Но такому способу очистки присущи масса недостатков.

Это:

· необходимость большой площади;

· высокая цена;

· загрязнение воздуха испаряющимися летучими газами;

· влияние ветра на качество очистки;

· большая трудоёмкость при сборе нефти и осадка с больших площадей.

Динамические отстойники для нефти и песка

Отстаивать сточные воды в вертикальных резервуарах можно в динамическом или статическом режиме.

Отстойники при динамическом режиме могут быть меньшего объёма, и их наполнение и опорожнение производится одновременно. К тому же достаточно только одного резервуара, в отличии от статического варианта.

Однако в этом случае необходимо специальное оборудование, следящее за уровнем воды и нефти. Автоматика должна отслеживать уровни и вовремя перекрывать вход или выход из резервуара в зависимости от уровня сточных вод. Должны быть предусмотрены отдельные средства для удаления плавающей фракции нефти и осевшего песка.

Для лучшего разделения добавляют ПАВ (поверхностно активные вещества). Осадок удаляют через дренаж из перфорированных труб, всплывшие нефтепродукты по специальной трубе, предварительно подогнав сливом уровень вод под эту трубу. Для этого в резервуаре должны быть точные датчики уровня.



Заключение

В данной курсовой работе я провела материальные расчеты процесса разделения жидкости, по числу Re определила вид движения твердого тела в жидкости под действием силы тяжести. Определила скорость осаждения частиц и рассчитала геометрические размеры аппарата, по которым построила чертеж отстойника.



Список источников

1. http://knowledge.allbest.ru/manufacture/2c0b65635a3bc78b5c43b88421206d27_3.html

2. http://kanalizaciya-expert.ru/naruzhnaya/stochnye-vody/otstojnik-dlya-vody-258

«Технология пищевых производств» Л.П. Ковальская, И.С. Шуб, Г.М. Мелькина; ред. Л.П. Ковальская

Размещено на Allbest.ru

...