«Пудемский механический завод» является одним из старейших российских предприятий в производстве литья под давлением из цветных сплавов, отличающихся высокой прочностью, точностью и коррозионной стойкостью. «Пудемский механический завод» был основан в 1759 г. казанскими купцами П.А. Киларевым , Д.И. и А.И. Ляпиными.
В 2004 году было запущено производство ферротитана. Сталь с добавлением ферротитана приобретает особые свойства по устойчивости к коррозии. ООО «Пудемский механический завод» производит ФТи-70 по ГОСТ 4761-91 методом электрошлакового переплава из титановой стружки. Возможный объем производства — до 40 тонн в месяц. Основные потребители ферротитана — металлургические заводы Урала.
Титановая стружка — это отходы металлического титана и на завод она поступает с большим содержанием технических масел. Но для производства качественного ферротитана она должна быть сухой и содержать минимальное количество углерода (от 0,10-0,40%).
Поэтому перед плавлением ее отжимают от масла, затем моют в моечной машине типа бетономешалки и отжимают от лишней влаги. Для этих целей очень хорошо использовать фильтрующую центрифугу, так как она одновременно выполняет несколько функций — фильтрование и отжим. На заводе для этих целей используют горизонтальную фильтрующую центрифугу периодического действия с ручной выгрузкой осадка через борт.
Цель данной курсовой работы:
- а) изучить принципы центрифугирования, в частности центробежную силу и фактор разделения;
- б) изучить принцип работы фильтрующей центрифуги;
- в) рассчитать производительность и центрифуги;
- г) рассчитать коэффициент заполнения барабана центрифуги;
- д) проанализировать и дать свои предложения для повышения производительности на этапе подготовки сырья.
1.
Теоретические основы центрифугирования
1.1 Центробежная сила и фактор разделения
Если тело вращается вокруг своей оси, то на него действует центростремительная сила, направленная в сторону оси вращения. При этом согласно третьему закону механики возникает сила, равная по величине центростремительной, но противоположная ей по направлению. Эта сила называется центробежной ; она является таким образом силой инерции, возникающей при изменении направления движения тела.
Тема работы. Модернизация схемы электроснабжения ОАО «Томский ...
... «ТЭМЗ» возникла необходимость модернизировать устаревшую систему электроснабжения самого завода и его цехов. Для выполнения работы по модернизации вначале изучаем существующую схему электроснабжения завода и его цехов, и план расположения цехов ...
Центробежную силу (кгс)
(1)
где G — вес вращающегося тела (жидкости) в кгс;
- скорость вращения тела в м/сек;
- r — радиус вращения в м;
- окружная скорость вращения в м/сек;
g — ускорение силы тяжести в м/сек 2 ;
- n — число оборотов в минуту.
(2)
а при вращении тела весом 1 кгс
(3)
Уравнение (3) показывает, что увеличение центробежной силы легче достигается увеличением числа оборотов, чем увеличением диаметра барабана. Барабаны небольшого диаметра, но с большим числом оборотов могут развивать большую центробежную силу, чем барабаны большого диаметра, но при небольшом числе оборотов.
разделения
К р = (4)
Из сравнения уравнений (1), (3), (4) видно, что фактор разделения К р численно равен центробежной силе, развивающейся при вращении телом весом 1 кгс, и следовательно
К р = (5)
В зависимости от фактора разделения центрифуги делятся:
а) нормальные центрифуги (К р 3000);
б) сверхцентрифуги (К р > 3000).
По данным таблицы 1 рассчитаем фактор разделения:
К р = 304,2
1.2 Принцип работы фильтрующей центрифуги
В упрощенном виде центрифуга представляет собой быстро вращающийся вокруг своей оси пустотелый ротор. Суспензия загружается в ротор периодически или непрерывно. Продукты разделения выводятся из ротора также периодически или непрерывно.
Фильтрующие центрифуги имеют перфорированный ротор, на внутренней стенке (обечайке) которого уложена фильтровальная перегородка. При разделении суспензий в фильтрующих центрифугах в роторе под действием центробежной силы происходит фильтрация жидкости через фильтровальную ткань или металлическую сетку с одновременным отложением частиц твердой фазы; жидкость проходит через сита и затем через отверстия в роторе выбрасывается в кожух центрифуги, окружающий ротор, а осадок выгружается либо во время вращения ротора, либо после его полной остановки.
Процесс центрифугирования в фильтрующих барабанах протекает в три стадии: образование осадка, уплотнение осадка и, наконец, удаление из пор осадка жидкости, удерживаемой капиллярными и молекулярными силами.
Вследствие этого весь процесс фильтрации не может быть отождествлен с обычной фильтрацией, происходящей под действием сил тяжести. Лишь первый его период принципиально близок к обычной фильтрации и отличается от него только величиной гидравлического напора жидкости, протекающей через слой осадка под действием центробежных сил. В этот период влага в осадке находится в свободной форме и удаляется из него наиболее интенсивно. Второй период характеризуется уплотнением осадка и к нему применимы основные закономерности механики грунтов (дисперсных сред).
И, наконец, третий характеризуется проникновением воздуха в уплотненный осадок, т.е. механической сушкой осадка.
Скорость удаления влаги уменьшается от первого периода к третьему, причем часть влаги, удерживаемой молекулярными силами, удалить не удается. Очевидно, что второй и третий период, совершенно отличается от фильтрации. Длительность указанных выше периодов зависит от физических свойств и концентраций суспензий, а также от характеристики центрифуги. Первый период характерен для центрифугирования разбавленных суспензий при длительном подводе их в барабан; этот период практически отсутствует или непродолжителен при центрифугировании многих концентрированных суспензий.
Сложность и многообразие процессов центрифугирования затрудняет разработку теории процесса (особенно его кинетика) и точных методов расчета центрифуг.
центрифуга производительность коэффициент барабан
1.3 Технические характеристики центрифуги
На предприятии используют обычную центрифугу для отжима белья (рисунок 1).
Таблица 1 — Технические характеристики центрифуги
|
Загрузка, кг |
70 |
|
|
Скорость вращения, об/мин |
780 |
|
|
Внутренний диаметр ротора, мм |
900 |
|
|
Высота ротора, мм |
400 |
|
|
Потребляемая мощность, кВт |
5,5 |
|
|
Электропитание, В |
380 |
|
|
Габаритные размеры, мм |
1420х1420х850 |
|
|
Масса, кг |
900 |
|
Рисунок 1. Центрифуга фильтрующая
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/filtruyuchi-tsentrifugi/
1. ГОСТ 12.2.084 — 93 Машины и оборудование для прачечных и предприятий химчистки. Общие требования безопасности
2. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия, 1991.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.-М.: Химия, 1973.
4. Лукьяненко В.М., Таранец А.В. Центрифуги.- М.: Химия, 1989.
5. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. -М.:Химия, 1987.
6. Романков П.Г., Курочкина М.И., Мозжерин Ю.Я. и др.-Л.: Химия, 1989.
7. Соколов В.И. Центрифугирование.- М.:Химия, 1976.
8. Каталог. Центрифуги периодического действия фильтрующие и осадительные, маятниковые. ОАО «Курганхиммаш».
2. Технологический расчет фильтрующей центрифуги
2.1 Расчет производительности центрифуги
Обычно производительность центрифуг выражают объемом суспензии, поступающей в центрифугу в единицу времени (л/час), или весом осадка, получающегося после центрифугирования (кгс/час).
Производительность центрифуги любого типа зависит от скорости разделения, которая является, прежде всего, режимом процесса. Часовая производительность (м 3 /час) фильтрующей центрифуги определяется как
V час = (6)
где V — полный объем барабана центрифуги в м 3 ;
Общая длительность всего цикла центрифугирования составит
= ц + п + т + з + р , (7)
где ц — длительность собственно разделения, в сек.;
п — длительность периода пуска центрифуги в сек;
т — длительность торможения центрифуги в сек.;
з — длительность загрузки центрифуги в сек.;
р — длительность разгрузки центрифуги от осадка в сек.
Итак, на предприятии имеется фильтрующая горизонтальная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка. Диаметр барабана -900 мм, высота — 400 мм (таблица 1).
Длительность разделения — 900 сек, длительность периода пуска — 30 сек, длительность периода торможения — 180 сек, длительность загрузки центрифуги — 300 сек, длительность разгрузки — 600 сек. За сутки центрифуга совершает 30 циклов. Рассчитаем производительность центрифуги по формуле (6).
Для этого найдем объем барабана по формуле:
V б = R2 H, (8)
где R — радиус центрифуги в м;
- H — высота барабана центрифуги в м.
V б = 3,14 0,4502 0,4 = 0,25 м3
Длительность всего времени центрифугирования:
= 30 (900+30+180+300+600) = 60300 сек.
Значит, производительность центрифуги равна:
V час = = 0,0152 м3 /час.
2.2 Расчет коэффициента заполнения барабана
При вращении ротора жидкость, занимавшая при загрузке в неподвижный барабан некоторый объем с горизонтальной свободной поверхностью, распределяется по его боковой поверхности и вращается вместе с ним в виде кольца наружным диаметром D и внутренним — D 0 (рисунок 1).
Внутренний диаметр D0 обычно определяют диаметром отверстия в верхней крышке ротора.
Отсюда полный объем (м 3 ) ротора из формулы (8)
V б = (9)
а его рабочий объем, заполненный перерабатываемой суспензией
V р = /4(D-D0 )H, (10)
Зная V б и Vр , можно рассчитать степень использования объема ротора центрифуги, которая носит название коэффициента заполнения барабана
(11)
При данных D=0,93м и D 0 =0,83м
= 1-) 2 = 0,21
Рисунок 2. Схема экспериментальной установки:
1 — корпус центрифуги; 2 — ротор; 3 — стенка ротора; 4 — дренажная сетка; 5 — фильтрующая ткань; 6 — мерник фильтрата; 7 — водомерное стекло; 8 — вал центрифуги.
Заключение
Рисунок 3. Центрифуга ФМК-1101У-03
Для повышения производительности необходимо заменить устаревшую модель центрифуги на более современную. Например, центрифуга периодического действия ФМК-1101У-03 специально предназначена для отделения эмульсии и влаги от металлической стружки и мелких деталей на предприятиях машиностроительной и металлургической промышленности (рисунок 3).
Она относится к группе фильтрующих, маятниковых, контейнерных (с двумя сменными роторами) центрифуг.
Таблица 2 — Технические характеристики центрифуги ФМК — 110
|
Параметры |
Единицы измерения |
Значение параметров |
|
|
Ротор: |
|||
|
внутренний диаметр, |
мм |
1100 |
|
|
внутренняя высота, |
мм |
450 |
|
|
частота вращения |
об/мин |
740 |
|
|
фактор разделения при наибольшей частоте вращения |
330 |
||
|
рабочий объем |
дм 3 |
320 |
|
|
масса загружаемого продукта при наибольшей частоте вращения ротора, не более |
кг |
440 |
|
|
Потребляемая мощность |
кВт |
11 |
|
|
Продолжительность цикла, не менее |
с(мин) |
1200(20) |
|
|
Материал основных деталей центрифуги, соприкасающихся с обрабатываемым продуктом |
углеродистая сталь с покрытием химически стойкой эмалью |
||
|
Масса центрифуги |
кг |
2600 |
|
|
Средний срок службы, не менее |
лет |
8 |
|
Из таблицы 2 видно, какие преимущества имеет эта центрифуга. Во-первых, у нее больше вместимость, загрузка до 440 кг, во-вторых, она экономична, т.к. потребляемая мощность составляет всего 11 кВт и в-третьих — долговечна , так как выполнена из коррозионностойких материалов. Остальные характеристики: размер, частота вращения, продолжительность цикла почти такие же, как и у действующей сейчас центрифуги.
Также можно автоматизировать процесс доставки стружки от моечной машины к центрифуги, установив подходящий конвейер. Хотя недостатком при этом будет, то что для работы на этой операции нужно будет как минимум два рабочих, тогда как при ручном исполнении с этой работой может вполне справится и один человек.
И еще одна не менее важная деталь: продумать и установить очистительные сооружения, чтобы сливная вода после мойки титановой стружки от масел не попадала в наш красивый и замечательный Пудемский пруд.
