Розрахунок та проектування редуктора вакуум-фільтра, його призначення у хіміко-технологічній промисловості та основні технологічні хара

Міністерство освіти і науки,молоді та спорту України

Дніпропетровський національний університет

Кафедра хімії та хімічної технології ВМС

Факультет – хімічний

ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА

до курсової роботи на тему

Розрахунок та проектування редуктора вакуум-фільтра, його призначення у хіміко-технологічній промисловості та основні технологічні характеристики.

Студента групи: ХВ-10-3  Чуба Е. В.

Керівник проекту: Клюшник Д.В.

Зав. кафедрою: Нестерова О.Ю.

Дніпропетровськ

2012 р.

Дніпропетровський національний університет

Кафедра                           хімії та хімічної технології ВМС

Дисципліна прикладна механіка                    

Спеціальність  хімік – технолог

Курс   2-ий Група      ХВ-10-3 Семестр 2-ий

ЗАВДАННЯ

до курсової роботи студента

Чуба Евгена Валерійовича

1. Тема роботи: Розрахунок та проектування редуктора вакуум-фільтра, його призначення у хіміко-технологічній промисловості та основні технологічні характеристики.
2. Строк здачі студентом роботи:
3. Вихідні дані до проекту:

а) потужність робочого органу P=22 кВт

б) двигун асинхронний

в) напруга цехової  мережі 380 В

г) трифазна мережа 50 Гц

4. Зміст розрахунково-пояснювальної  записки:

5. Перелік графічного  матеріалу:

6. Дата видачі завдання:

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис

Дата

Розробив

Чуб Е.В.

Літера

Аркуш

Аркушів

Перевірив

Клюшник Д.В.

      1

ДНУ. ХВ-10-3

Н. контр.

Затвердив

Зміст

Вступ …………………………………………………………………………...3

Види вакуум-фільтрів……………………………………………………….....4

    барабанний вакуум-фільтр із зовнішнью фільтруючою

    поверхнею…………………………………………………………………....4

   дискові вакуум-фільтри..…………………………………………………...11

    стрічкові вакуум-фільтри…………………………………………..……....11

    тарільчаті вакуумфільтри…………………………………………………..13

    карусельні вакуум-фільтри…………………………………...…………… 15

      Барабанний вакуум-фільтр………………………………….……….………..16

    принцип роботи  барабанного вакуум-фіьтра………………………..…….21

Спеціальна частина……………………………………………………..……...23

Висновок…………………………………………………………………..…....33

Список використаної літератури………………………………………….......34

ХТВМС 05.2012.

Арк..

2

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата 

                                      ВСТУПбарабан вакуумный фильтр газовый

Фильтрование применяют  в промышленности для тонкого разделения жидких или газовых гетерогенных систем. С его помощью можно добиться значительно более полной, чем в процессах осаждения, очистки жидкости или газа от взвешенных частиц и, соответственно, более высокого выхода продукта (если им является твердая фаза суспензии).

В процессе фильтрования твердые частицы либо задерживаются  на поверхности фильтровальной перегородки, образуя осадок, либо проникают в  ее глубину, задерживаясь в порах. В  соответствии с этим различают фильтрование с образованием осадка и фильтрование с закупориванием пор. Иногда их совмещают (применяя фильтрование с образованием осадка и закупориванием пор).

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений до и после фильтра. Если эта разность создается с помощью насоса, компрессора или вакуум-насоса, то происходит фильтрование под действием перепада давления, если с помощью центробежных сил - центробежное фильтрование (центрифугирование).

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

3

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата 

ВИДИ ВАКУУМ-ФІЛЬТРІВ

БАРАБАННИЙ  ВАКУУМ-ФІЛЬТР ІЗ ЗОВНІШНЬОЮ ФІЛЬТРУЮЧОЮ ПОВЕРХНЕЮ.

Барабанные вакуум-фильтры  имеют диаметр до 3,5 м и длину  до 8 м с поверхностью фильтрования от 5 до 100 кв.м. Угол погружения барабана в корыто зависит от концентрации и фильтруемости суспензии.

Рис.1.Схема барабанного вакуум-фильтра

Фильтры малого погружения (угол 80-100 °) предназначены для легко  фильтруемых суспензий. Для трудно фильтруемых суспензий угол погружения – около 200 °. Фильтры общего назначения имеют угол погружения 135-145 °. Наибольший угол погружения (210-270 °) имеют фильтры для низко концентрированных суспензий с волокнистой твердой фазой. Режимы работы барабанного вакуум-фильтра представлены на рисунки.

Рис.2. Режимы работы барабанного вакуум-фильтра (а), неподвижная часть золотника (б), подвижная часть золотника (в)

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

4

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата 

Реже используются в  промышленности барабанные вакуум-фильтры  других конструкций: со сходящим полотном, барабанные вакуум-фильтры сгустители, с внутренней фильтрующей поверхностью и т. д.

Барабанные фильтры, работающие под давлением, принципиально не отличаются от барабанных вакуум-фильтров. Фильтр помещается в корпус, рассчитанный на давление 0,3-0,4 МПа. Осадок выгружается  с помощью шлюзовой камеры.

Расчет на прочность  барабанного вакуум-фильтра. Основными расчетными элементами являются обечайка барабана, торцовые крышки и цапфы. Цапфы рассчитываются обычными методами, одновременно на изгиб и кручение под действием веса барабана, усилий от механизмов отжима и съема осадка, приводного крутящего момента и тормозного момента распределительной головки. Определенные особенности имеет расчет обечайки и торцовых крышек.

Обечайка. Погруженная в суспензию обечайка испытывает переменные нагрузки от гидростатического давления, равномерно распределенного по длине, усилия от механизмов отжима и съема осадка и от собственного веса барабана. Каждая из этих нагрузок создает нормальные напряжения в окружном и осевом направлениях.

Для упрощения расчета  влияние ребер и колец жесткости  не учитывается. Расчет ведется по РТМ 26-01-82-76 "Барабанные вакуум-фильтры. Методы расчета на прочность". Корпус барабана представляют как цилиндрическую оболочку, защемленную по краям и нагруженную указанными силами.

Максимальные напряжения в нижней части барабана и в середине его длины определяют по нижеприведенным формулам:

• осевое и окружное напряжения от действия гидростатического давления

• напряжения от усилий отжима и съема осадка

• напряжения от веса барабана

где ρ_c – плотность суспензии, кг/куб.м;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

R – внутренний диаметр барабана, м;

s – толщина стенки обечайки, м;

A_k, B_k, Ф_k – функции;

q – усилие от механизмов отжима и среза, Н/м;

М_б – изгибающий момент от веса барабана, Н·м;

μ – коэффициент Пуассона.

Изгибающий момент от веса барабана определяют в предположении, что вес барабана сосредоточенно приложен к его середине. Усилие отжима и среза ориентировочно можно  принять равными 4-5 кН/м.

Функция Ф_k зависит от угла погружения барабана φ₀

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

6

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата 

Функции A_k и B_k выражаются через так называемые функции Крылова:

где L – длина обечайки, м.

Значения A_k и B_k можно определить по графикам, построенным по таблицам функций F₁ и F₃ в пределах от 0 до π.

По формуле (а) знак перед слагаемым 0,0005 выбирают так, чтобы выражение  в фигурных скобках было максимальным по модулю.

Суммарные напряжения

Эквивалентное напряжение определяется по 4-ой (энергетической) теории прочности

Допускаемое напряжение [σ] по пределу выносливости при числе циклов нагружения 10⁶ определяют по таблицам или графикам. Коэффициент концентрации напряжений можно принять k_σ = 2,5. Тогда условие прочности

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

7

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата 

Торцовая крышка – это круглая  пластина, укрепленная ребрами и  снабженная в центре жесткой ступицей. Пластина нагружена в центре сосредоточенным изгибающим моментом М от цапфы, равным произведению опорной реакции на расстояние между серединами подшипника и торцовой крышки. Пластина защемлена по наружному контуру.

Схема к расчету  торцовой крышки

Опыт показывает, что  наиболее часто выход фильтра  из строя обусловлен растрескиванием  торцовой крышки в месте сопряжения ее с цапфой.

Рассмотрим сначала  изгиб круглой пластинки, жестко закрепленной по краю и имеющей в центре жесткую ступицу, к которой приложен изгибающий момент М.

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

8

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис

Дата 

Схема действия изгибающих моментов

Будем считать напряженное  состояние стенки плоским; в ней  действуют напряжения σ_r – радиальное и σ_t – окружное. Примем, что прямые, нормальные к срединной поверхности до деформации, остаются таковыми после нее.

Рассмотрим деформацию бесконечно малого отрезка радиуса срединной  поверхности. Точка b расположена на расстоянии r от центра, а точка с – на расстоянии r +dr.

Схема к расчету изгиба пластинки

Пусть w и θ – прогиб пластины и угол поворота нормали к срединной поверхности в точке b. Отрезок bc лежит на срединной поверхности и длина его не меняется. Найдем деформацию такого же отрезка lm, лежащего не расстоянии z от bc. Из простых геометрических соображений запишем:

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

9

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата 

Учитывая, что  , и используя уравнение Гука, получим:

рассматриваемого случая имеет  вид

Для определения напряжений и прогибов пластины с радиальными ребрами  используем метод минимизации полной энергии пластины в состоянии  равновесия. Полная энергия равна  сумме потенциальной энергии нагрузки Z и деформации U.

Зададимся некоторой функцией, выражающей зависимость прогиба w₀ оребренной пластины от прогиба w неоребренной пластины и от неизвестных пока величин А и е, т. е.

Деформацию оребренной пластины можно представить как  ее изгиб относительно нейтральной  линии, расположенной на расстоянии е от срединной поверхности.

Примем допущения:

• деформация пластины равномерна по окружности (это справедливо, если число ребер более 6).
• прогиб оребренной пластины пропорционален прогибу неоребренной.
• смещение е нейтрального слоя относительно срединной поверхности постоянно по радиусу.

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

10

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата 

ДИСКОВІ ВАКУУМ-ФІЛЬТРИ

Состоят из дисков, разделенных на секторы Секторы обернуты фильтрующей тканью. Площадь поверхности фильтрования достигает 100 м².

Фильтрующие элементы соединяются  через трубовал и распределительную  головку поочередно с тремя вакуумированными полостями и с четвертой – отдувочной полостью. При соединении с отдувочной полостью в фильтрующие элементы подается фильтрат, скидывающий с них осадок на дно. При дальнейшем вращении трубовала фильтрующие элементы поочередно соединяются с вакуумированными полостями, давление в которых соответствует трем ступеням последовательно уменьшающегося остаточного давления. Это выравнивает чистоту фильтрата по мере накопления осадка на фильтрующем элементе.

Рис.3.Схема дискового вакуум-фильтра:

а) общая схема; б) сектор диска. 1 – вал; 2 – диски; 3 – корыто; 4 – распределительная головка; 5 – ткань; б – стенки сектора; 7 – накладка; 8 – шпильки; 9 – штуцер; 10 – ячейка вала

СТРІЧКОВИЙ  ВАККУУМ-ФІЛЬТР

Представляет собой работающий под вакуумом аппарат непрерывного действия, в котором направления силы тяжести и движения фильтрата совпадают. Схематически фильтр изображен на рис. 4.

Перфорированная резиновая  лента 2 перемещается по замкнутому пути с помощью приводного 8 и натяжного З барабанов. Фильтрующая ткань 5 прижимается к ленте при натяжении роликами б. Из лотка 4 на фильтрующую ткань подается суспензия. Фильтрат отсасывается в вакуум-камеры 1, находящиеся под лентой, и выводится из аппарата. Отложившийся

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

11

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата 

на ткани осадок промывается  жидкостью, подаваемой из форсунок 9. Промывная  жидкость отсасывается в другие вакуум-камеры и также отводится из аппарата.

Рис.4.Схема ленточного вакуум-фильтра

1 -вакуум-камеры, 2 - перфорированная  лента, З натяжной бара6ан, 4—лоток  для подачи суспензии; 5 - фильтровальная  ткань, б -натяжные ролики; 7- валик  для перегиба ленты; 8 - приводной  барабан 9—форсунки для подачи  промывной жидкости

Осадок благодаря вакууму подсушивается и при перегибе ленты через валик 7 отделяется от ткани и сбрасывается в бункер. На обратном пути между роликами б фильтровальная ткань обычно регенерируется: очищается с помощью механических щеток, пропаривается или промывается жидкостью.

К достоинствам ленточных  фильтров, помимо упомянутого выше совпадения направлений фильтрования и осаждения, относятся простота устройства (отсутствие специальной  распределительной головки), хорошие  условия промывки и обезвоживания  осадка. Благодаря простоте съема осадка и регенерации ткани возможна обработка труднофильтруемых материалов.

ДНУ. ХВ-10-3

Арк..

12

Зм.

Аркуш

№ докум.

Підпис 

Дата