Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Болдырев Ю.Н. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов целлюлозно-бумажного, лесохимического и гидролизного производств учеб. пособие для целлюлоз.-бумаж. техникумов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

11.36 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 298 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

осветленной жидкости
К ж = ^ ^ = 1 6 , 9 1 5			л";
влажного осадка	_2500_		з
	_2500_		з
0	1250	Л	•

8. Секундную производительность отстойника по осветленной жидкости определяем из выражения (5-37):

V№K= збоо1,^ =5,87 • Ю - 4 м?\сек\

9.Критерий Архимеда равен:

д203 ( 2 - 1) 1031QI3

1018 . 1022 . 9,81

и.шоч-.

10. Режим ламинарный, поэтому скорость осаждения одиночной частицы в неограниченной среде находим по формуле (1-91) с уче том формулы (1-93):

та0=	1000 • Ю - 6			• 0,056 • 0,0784		0 л Q	л А	_ ,	,		сек.
та0=			20 • 10	—R	•	=2,18	• 10		4 м	'	сек.
0			20 • 10	6 • 1005						'
11. Вычисляем объемную долю жидкости							в	суспензии по фор
муле		,		л-рс	0,03-1030,9		_
	= 1	,	_ є = = _	л-рс	0,03-1030,9		_	n o	i
д	= 1		_ є = = _	£ с _ =	_		=0,031;

є= 1 —0,031 =0,969.

12.Так как є > 0 , 7 , поэтому величину Ф(е) находят по формуле

(1-98):


	Ф ( Є) =		10-1,82(1-0,969) =			! 0-0,056=		о,88.
13.	Скорость стесненного движения						находим		по формуле (1-96):
	да=2,18	- Ю-4 • 0,972		• 0,88=			1,8 • 10~4		м/сек.
14.	Поверхность	осаждения		находим по уравнению (5-6):
		Р	1,3 • 19 500 • 0,85				1 р		2
			8 • 10,05 • 1,8		•	8,36	'	М " '
Далее рассчитываем			отстойник		периодического действия. При

нимаем вертикальный цилиндрический резервуар с коническим дни щем (а = 30°).

15. Находим диаметр отстойника:

і / 4/?

і / 4 • 4,12

n „ ,

16.	Емкость	отстойника		при из = 0,95 определяем					по формуле
(5-19):
			V	1 8 ' 9 1 5	9 0		1/3
			V ~	0,95	~ г	и	М •
17.	Высоту	цилиндрической части				рассчитываем по			уравнению
(5-16):
		^ 2 0 ~ ( 0 ' 0 4 Л 2 5 ' 2 ' 3 4 3 )					- 4 - 8 2
причем	/С2 =0,131, tg30° = 0,0755.						найдем	по формуле (5-25):
18.	Высоту	жидкости в отстойнике					найдем	по формуле (5-25):
		„ _	18,915—(0,0755 • 2,343) _ л •					М.
		П\ —	:	А~\2			— 4,60	М.

Отстойник получился громоздким, что требует интенсификации процесса или уменьшения производительности. Поэтому систему бу дем отстаивать половинными партиями.

19. Высота жидкости в отстойнике будет равна

tlx—	9,46 — (0,0755 • 2,343)	0
tlx—	2TJ2	— 1 м -

20. Приняв высоту цилиндрической части отстойника # i —2,3 м, определяем коэффициент полезного использования емкости, приме няя уравнение (5-19) и подсчитывая емкость отстойника как сумму двух емкостей — цилиндрической части и днища:

9;46	_ П Q
° 3 ~ 4,12 • 2,3 +• 0,0755 • 2,343	и ' У -

21. Полную высоту резервуара с учетом высоты конуса рассчи тываем по уравнениям "(5-22) и (5-23); приняв rf=0,08 м, получаем:

Я д = 2 ' 3 4 - ° - 0 8	tg 30° = 1,13 • 0,575=0,65 At;
Нв	= 2,3 + 0,65 = 2,95 м.

22. Объем влажного осадка, оставляемый		в отстойнике каждой
партией, составит 1 мъ.
Емкость днища, считая	его усеченным конусом, при учете вы-
гружного отверстия, найдем по уравнению
V№ = Ko(Ds — ds)	Уди = 0,0755(2,343	— 0,083 )~1 м*.

Влажный осадок разместится в днище.

23. Наибольший диаметр усеченного конуса, занимаемого влаж ным осадком, определим по уравнению (5-28):

24. Высоту осадка в днище по вертикали	находим	по формуле
(5-29):
И„= 2 - 3 4 - 0 - 0 8 t g 3 0 ° = 0 , 6 5 м.'
6. Расчетные формулы для определения	скорости	отстаивания

в поле центробежной силы при различных режимах осаждения сле дующие:

	для Ф А г < 3 6 (ламинарный режим)
	Re= - jj - (Ar4>);						(5-51)
	для ФАг = 364-84 000 (переходный режим)
	Re = 0,15(Ar®)°.7 1 5 ;						(5-52)
	для Ф Аг>8400 (турбулентный режим)
	Ре = 1,74(АгФ)°.5 ,						(5-53)
здесь Ф — фактор разделения, который равен
	<b==^=£-==JlL^j£L		rg	уоо •			(5-54)
	g	a	rg	уоо •			^	'
где	С — центробежная сила;
	G — силы тяжести;
	и — окружная скорость;
	г — радиус вращения;
	g — ускорение силы тяжести;
	п — число оборотов в минуту;
	со — угловая скорость вращения.
	7. Расчет гидроциклонов	проводится		в такой		последовательно
сти	[4]:
	1. Находят критерий Рейнольдса		во	входном		патрубке	гидро
циклона по формуле
	ReBX==	• 4	^1 р_2	•	>		(5-55)
где	L — длина гидроциклона;
	d4 — минимальный	диаметр	улавливаемых частиц				(при
	этом предполагается, что только 50% частиц с этим
	диаметром улавливается, а остальные 50%						удаля
	ются с очищенной жидкостью);
	Pi — р —- разность плотностей частиц и жидкости;
	Ар — сопротивление гидроциклона;
	Ь —диаметр входного патрубка;
	К — критерий эффективности;
	р — вязкость суспензии.

С учетом оптимальных значении L/D = 5;		D/b — 3,58;	К = 3,5
формула (5-56) получает вид:
Re.v=6.5 4(?i-?)*P	;	-	(5-56)

2. Находят значение А по графику 5-6 в работе [4]:

A=f(ReBX).

3. Определяют критерий Эйлера для гидроциклона с воздуш ным столбом по эмпирическому уравнению

где	є — коэффициент,	учитывающий				шероховатость				стенок	гид
	роциклона;
у,	п — постоянные,	зависящие от				размеров		элементов аппа
	рата; их значение находят по графикам 5-7									[4]:
	/ г = = ?(іт;		тг);		-^(тг;		4г);
	с?вых — диаметр патрубка для очищенной массы;
Q, Q i — производительность					гидроциклона			по	начальной		су
	спензии и по очищенной массе;
	D — диаметр гидроциклона.
С учетом оптимального гидроциклона
	Eu =		l +	3,5A(-§L)°'8 S .				"		(5-58)
4.	Скорость гидроциклона			во	входном		патрубке		е	воздушным
столбом
		*	. - У		Ц .					(5-59)

без воздушного столба (с противодавлением)

5. Диаметр входного патрубка равен

^вхР

6. Размеры циклона, исходя из оптимальных соотношений, опре деляют по формуле

D = W ;

L = 5 D ' 4.ы*=0,34Я; / = 0 , 4 D ,

(5-62)

где / — длина выходного патрубка.

Минимальный диаметр улавливаемых частиц и эффективность разделения для гидроциклона с заданными размерами и произво дительностью рассчитываются в следующей последовательности:

1) скорость во входном патрубке находят по выражению:

	•»вк=^р-;	(5-63)
2)	критерий Рейнольдса равен:
	R e B X = - ^ ;	(5-64)
3)	значение А определяют по графику 5-6 в работе	[4] в зави

симости от ReB\",

								Qi
4)	критерий Эйлера при известном соотношении —х- вычисляют
по формулам (5-57) или (5-58);								У
по формулам (5-57) или (5-58);
5)	гидравлическое сопротивление определяют по формулам:
для гидроциклона с воздушным столбом
		A/>=-?rf2u р г 4 ;									(5-65)
без воздушного столба
6)			Др = Е и р ^ х		;					•	(5-66)
6)	критерий эффективности К находят по выражению
				' J			;				(5-67>
7)	диаметр улавливаемых частиц определяют по формуле
	А	= ,	Г	, * ' \ , А „ Г .							(5-68)
или через критерий ReB X по формулам					(5-55)			или (5-56).		диамет
Пример 6. В гидроцнклоне оптимальной								конструкции		диамет
ром 300 мм очищается целлюлозная масса							плотностью		1000		кг/м3,
вязкостью 1,5-10—3 н-сек/м2.				Плотность		частиц 2500 кг/м3.				Произ
водительность 3200 л/мин.			Определить минимальный диаметр								улав
ливаемых частиц. Стенки гидроциклона						гладкие (е = 1).
Р е ш е н и е . I . Рабочая				длина	гидроциклона				Z. = 5<300 =
= 1500 мм, диаметр входного патрубка						6=0,28-300 = 84 мм.					При
нимаем b = 100 мм.
2.	Скорость во входном патрубке гидроциклона находим по фор
муле	(5-63):
	_		4-3200		_	с	о	[ п о
	V b x ~	60 • 1000 • 3,14 • 0,12 — о . »						м/сек.

3. Критерий Рейнольдса во входном патрубке определяем по уравнению (5-64):

К е и _ 6,3.0,1 ^ о о о ^	. юз.
1,0 • 10

4. Величину А находим по графику 5-6 [4], она равна 3,0.

5. Задавшись отношением - ^ - = 0 , 9 критерий Эйлера вычисляем

по формуле (5-58):

Ей = 1 + (3,5 • 3 • 0,90-8 • 1) = 10,56, 6. Сопротивление гидроциклона находим по выражению (5-66):

	Ар =	10,56 • 1000 • 6,82	= 486 000 н/м2.
7. Минимальный		диаметр улавливаемых			частиц определяем по
формуле (5-56):
,	л 1	450 • 10 (1,5 • 10	)		1 Г _ ,
£ / ч = 1 /		2500-1000		=0,04о • 10 3 Л.
		6,5 2 b W , 1 U W 486 000

Пример 7. Спроектировать оптимальный гидроциклон для очи стки бумажной массы, если требуется улавливать частицы диамет

ром <іч = 10 мк,

располагаемые

затраты давления

на

преодоление

сопротивления Д р = 2 , 8 кгс/см2,

отношение-^— = 0,9; разность плот

ностей частицы в жидкости

ве

вяз

(pi — р) = (2700-=-1000) = 1700 кг/м3,

кость суспензии и. = 1,5 • Ю -

3 м •

сек/м2.

Р е ш е н и е .

1. Критерий

Рейнольдса

определяем

по

формуле

(5-56):

6,5 (10 • 10~6)2 (2700 — 1000) • 2,8 • 9,81 • 104

ReDX=

135000.

' ш

' "~ши~_™>

' -° • *'OL

•ш

(1,5 • Ю - 3 ) 2

2. Величину А = 2

находим по рис. 5-6 [4].

3. Критерий Эйлера при

є = 1 (стенки

гидроциклона

гладкие)

определяем по уравнению (5-58):

Еи = 1+3,5 - 20,90 -8 . 1=7,44.

4. Скорость

во входном

патрубке

гидроциклона

находим

по

формуле (5-60):

2,8 • 9,81 - 10-»

1000-7,44

=6>1

МІСЄК-

5. Диаметр

входного патрубка вычисляем

по

формуле (5-61):

135 000 • 1,5 • Ю - 3

nnooi

Ь -

бЛ^Тооо

=0-0331 л

t» = 33,1 мм.

Диаметр гидроциклона

Длина циклона	(рабочая) L — 5-118 = 590 мм.
Диаметр выходного		патрубка: dBux = 0,34 • 118 = 40		мм.
Производительность		гидроциклона находим	из	выражения
(5-63):
Q = - ^ i	. 0,0331= • 60 • 1000 • 6,1=316		л\мин.

8. Количество воды, удаляемое в единицу времени на сгусти теле, или скорость фильтрации при постоянном фильтрационном напоре, можно найти в работе [20] по формуле (23):

,= ,	+	,	' ( 5 .6 9 )
А (С	- С 0 + в//) +	С 0 ( А 0 - А )

где К — коэффициент фильтрации;

Я— напор;

С— постоянная интегрирования;

С'0 — начальная концентрация волокон в массе;

о — коэффициент пропорциональности;

X — эквивалентная толщина слоя массы, в котором потери на пора соответствуют потерям в сетке; ,

h0 — начальная напор;

h — действующий напор.

Коэффициент фильтрации связан со степенью помола зависимо

стью в градусах Шоппер-Рнглера:
/С=Л — Я ° Ш Р .	(5-70)

Время обезвоживания с учетом формулы (5-70) находят по урав нению

' E = g Я С 1 ( Л - Д ° Ш Р ) ( с о ( А 0 + А ) 2 - СІА0 (А0 — Д ) — X d ( А 0 - А ) ] .

(5-71)

Скорость фильтрации воды через слой оседающих волокон при снижении напора определяют из выражения

Kh [c0 T -Co + 4-(ft0 +ft)l

"•—	L	"	J	(5-72)
	і\с0-С'0	+ ~^+h)\+C'u(hu-h)		'

где Со — концентрация слоя	бумажной массы, осевшей под дейст
вием сил тяжести;	она определяется по табл. 2 в [20].

Время полного истечения Ті находят по формуле
К	Со	l n	= _ + с 2 1 п ^ .	(5-73)


Постоянные интегрирования		Сі и С2	определяют по формулам:
С, =		а		(5-74)
	Со-С;+4-Ао,
		~~0
С 2	=	1 C i " " ,		(5-75)
здесь при т = 0 h = h0, при т > 0 /г = /г.				(5-76)
С учетом формул (5-69)	и (5-71), задавшись площадью			фильт
рации F, находим объем фильтрата V:
	V = vFx.			(5-77)

При расчетах фильтров часто вводится величина удельной про изводительности фильтра q, которая связана с характеристиками фильтра зависимостями-

— - £ ~ f - T f . <s-78>

где А р — перепад давления;

R— сопротивление фильтрования, определяемое по формуле

R^Roc+Ruep^ruq+Rnep,

(5-79)

здесь Roc — сопротивление осадка;

Rnep — сопротивление перегородки; -Roc

г= — удельное сопротивление осадка;

б—толщина слоя осадка;

и — объем осадка, приходящийся на 1 м3 фильтрата:

„ _ °ос	_ . .	/"52+ 2Рт8	м?1м?,	(5-79')
?0QVd	г	4т

Рт — удельное сопротивление ткани.

Скорость промывки слоя осадка определяют по уравнению:

где Ар — перепад давления при промывке;

Гщ> — удельное сопротивление осадка при промывке;

гп,=~г,

(5-81)

где р, рщ, — вязкость фильтрата и промывной жидкости; г. — удельное сопротивление осадка при фильтрации.

Объем промывной жидкости, получаемой с единицы поверхности фильтра, находят из выражения:

VBP

= Luq

м3/м3,

(5-82)

где L — расход промывной воды на 1 м3 влажного

осадка,

м3/м2.

По удельному объему промывной жидкости

Упр и скорости

про

мывки ш п р определяют продолжительность промывки:

Vnp

Lag (rnpu<7 + Rncp)

•

c ...

P =

(5-83)

Пример

8. Рассчитать барабанный вакуум-фильтр, если продол

жительность

фильтрации

т = 1 мин, толщина

слоя

осадка на филь

тре 6 = 10 мм, динамический

коэффициент вязкости

фильтрата и.=

= 1 • 10~6 кгс-мин/м2

[9,80610_ в н-мин/м2).

Коэффициент

удель

ного сопротивления

осадка

г = 5 • 1014 1/ж2;

сопротивление

ткани

(сетки)

р т = 2 • 1011

1/м2;

весовое

количество

фильтрата

GH i =

= 1192

кг,

продолжительность

промывки

т п р = 0 , 5 6 5

мин;

плот

ность фильтрата

р ж = 1005 кг/м3;

т р = 8 ч — время

работы фильтра.

Р е ш е н и е .

1. Объем осадка, приходящийся

на 1 м3

фильтрата,

находим по формуле

(5-79'):

/-52+ 2Р8 _

(5 • 10м

• 1,02

• 10~4) (2 • 210" • 1,0 • 10~2 )

~ 106

4,1 • 8 • 103

—

= 1,69 Мг\мг.

2. Производительность 1 м2 фильтрующей поверхности опреде ляем по формуле

	1/,=—=4^=0,00592				л31м\
	1	и	1,69		'
3.	Объем фильтра находим по отношению
	у	О ж	_	1192 .	, з
	1 / ж — — —			1 0 0 5 — 1,1»о л .
4.	Поверхность фильтрации			равна
	1 Ф	трУ]	60 • 80,0059 и		, Ч г 1 /

5. Принимая суммарную продолжительность сборки, разборки фильтра, разгрузки, продувки т у = 1 , 3 мин, находим продолжитель ность всех циклов:

ті=т+Ту+Тщ>= 1 + 1,3 + 0,565 = 2,86 мин.

6. Степень использования поверхности барабана для фильтра ции определяем по отношению

7. Поверхность барабана находим по формуле

	9	0,35	'
9. Теоретическую	производительность			центрифуг можно опре
делить по следующим	формулам:
	Кт = а2 м3/сек,				(5-84)
	2 = CPF,				(5-84a)
где Ф — фактор разделения, определяемый по формуле					(5-54);
F — поверхность	осаждения	твердой фазы в барабане центри
фуги.		a = wo		(WQ — скорость осаждения
Для осадительных	центрифуг	a = wo		(WQ — скорость осаждения
частиц твердой фазы под действием сил тяжести), для					фильтрую
щих центрифуг а = К	(К — постоянная			фильтрования,	зависящая
от свойств осадка и определяемая опытным путем).
С достаточной для технических расчетов точностью					значение 2
находят по уравнению

. w2(R + rQ)

где Ф с р = г

2£

R + ro

2 = ' V c p ,

(5-85)

средний фактор разделения;

•средний радиус слоя разделяемой суспензии,

		включая слои осадка;
Fcr?	= nL (R + r0)	— средняя поверхность разделения, м2;
	R — внутренний радиус барабана, м;
	го — внутренний радиус				кольцевого слоя	суспен
		зии в барабане, м;
	L	— длина барабана, м.
Более точные формулы расчета центрифуг различных типов сле
дующие	[41]:
для фильтрующих центрифуг с цилиндрическим барабаном
			*(R2^r2)	Ln2
		2 = - *		{—;		(5-86)
			900 l n - ^ -
для отстойных центрифуг с коротким					цилиндрическим	бараба
ном
		V — .2nn2Lrl				(5-87)
		^	900
для отстойных центрифуг с коническим					барабаном
			nrln2!.
		S =	900	•		( 5 ' 8 8 )

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 298 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ