Разделение «жидкость – твердое» тело центрифугированием. Технологический и конструктивный расчет центрифуг3.4 Конструктивный расчёт центрифуги

Цель работы: Приобретение навыков по очистке воды от твердых частиц методом центрифугирования, выбор и расчет центрифуг.

Задание 7 - Расчет центрифуги

В теоретическом анализе процессов центрифугирования следует отметить наличие белых пятен, относящихся к проблемам гидродинамики жидкостей в поле центробежных сил. При практических расчетах и анализе процессов центрифугирования приходится пользоваться упрощениями, схематизацией и допущениями, а также результатами широкомасштабного эксперимента.

1. Определяем рабочий объем ротора центрифуги, м³:

V = Q*τ                                               (1)

где Q – расход сточной воды, м³/с;

τ – время центрифугирования, принимаем 120 с.

2 Так как ротор обычно заполняют на половину или на 2/3, то полный объем ротора:

V = 1,5*V_раб                                     (2)

если принять L равным R ротора, то:

L=R=                                         (3)

3 Определяем среднее расстояние от оси ротора до частиц, м:

r_ср=                                           (4)

где r₀ – радиус свободной поверхности жидкости в роторе, r₀ = 0,866 R.

4 Определяем угловую скорость вращения ротора, рад/с:

                                (5)

где

v_ос – скорость осаждения частиц в гравитационном поле, м/с, находят по формуле:

v_ос=                                             (6)

где d_ч – минимальный эквивалентный диаметр осаждаемых частиц, м;

ρ_г – кажущаяся плотность частиц, кг/м³;

ρ_ж – плотность жидкости, примем 1020 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, равная 9,81 м/с²;

μ – динамическая вязкость жидкости, принимаем 10^-3 Па∙с.

5 Индекс производительности центрифуги:

Uц =

(7)

где ρ_г – кажущаяся плотность частиц, кг/м³;

ρ_ж – плотность жидкости, примем 1020 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, равная 9,81 м/с²;

μ – динамическая вязкость жидкости, принимаем 10^-3 Па∙с.

6 Производительность по осадку, м³/ч или кг/ч:

Qос = С0Q/ρч, или Qос = С0Q

(8)

где С₀ – концентрация твердых частиц в сточной воде, кг/м³.

7 Площадь поверхности барабана, м²:

S = S₁₊S₂₊S₃= π R ² + π(R ² - r ₀ ²)+2 π RL = π(2 R ²- r ₀ ² +2 RL)        (9)

где S₁ и S₂ – площади торцевых частей (сплошная сторона и сторона подвода воды и механизма съема осадка);

S₃ – площадь боковой части.

Объем материала барабана, м³:

Vм = S∙h

(10)

где h – толщина материала (принимаем равной 5 мм.).

8 Масса барабана, кг:

Mб = Vм∙ρ т

(11)

где ρ_т – плотность материала барабана (обычно сталь плотностью 7900 кг/м³).

9 Масса суспензии, кг:

тc = ρ m*Vраб

(12)

10 Количество суспензии за единицу времени, кг/с:

G = Q*ρж

(13)

11 Затраты энергии на центрифугирование или мощность электродвигателя на рабочем ходу, Вт:

N_р=N_в+N_с+N_т=0,005*R^4*L*ρ*w³+0,5*Gr_ср²*w²*+(m_б+m_c)*g*k*r_В*w (14)

где N_т – мощность для преодоления силы трения вала в подшипниках;

N_с – мощность для закручивания поступающей суспензии;

N_в – мощность для взаимодействия вращающегося ротора с воздухом;

ρ =1,29 кг/м³ – плотность воздуха;

k – коэффициент трения, принимаем k = 0,1;

радиус вала –r_в= 0,025м.

12 Мощность для пуска, Вт:

Nп=2,5Nр

(15)

 

 

Задание 8 - Флотационная очистка сточных вод

Расчет флотатора

При проектировании флотаторов-отстойников следует принимать:

- общее время пребывания воды во флотаторе-отстойнике τ _общ = 20 мин;

- время пребывания воды во флотационной камере τ _к = 5–7 мин; τ

- общая высота флотатора-отстойника Н = 3 м;

- Vк скорость движения воды во флотационной камере принимаем равной в диапазоне 10-20 м/ч;

- высота флотационной камеры Нк = 1,5 м.

1. Диаметр флотационной камеры определяют по формуле:

                                                                                 (4.1)

где:

Q – расход сточных вод, поступающих на один флотатор-отстойник, м³/ч;

v_к – скорость движения воды во флотационной камере, м/ч.

Подставляем исходные данные в формулу 4.1:

= 5,95 м

2. Диаметр флотатора – отстойника, м, определяют по формуле:

                                                                              (4.2)

где v_о – скорость движения воды в отстойной зоне, равная 4,7 м/ч;