Розрахунок центрифуг

Технологічний розрахунок центрифуг заключається в визначенні їх продуктивності та витрат енергії на центрифугування; метод розрахунку продуктивності і витрат енергії на центрифугування проводиться слідуючим чином.

Відстійні центрифуги безперервної дії (рис. 1,а)

Продуктивність центрифуги, м³/с, по освітленій рідині визначається рівнянням

𝑄= / τ, (1)

де =(π/4) ( - ) 𝐻 - робочий об’єм барабану центрифуги, м³;

τ - середній термін перебування частини в барабані, с.

Необхідна умова нормальної роботи такої центрифуги наступна: термін перебування частини в барабані центрифуги τ повинен бути більший (рівний) терміну осадження частини , тобто

τ (2)

При осадженні частин в ламінарному режимі (в умовах, які відповідають закону Стокса) під дією центробіжної сили швидкість осадження

= = · . (3)

проінтегрувавши це рівняння в межах від до R, отримаєм

= ;

= (4)

Прийнявши для простоти в рівнянні (1) τ , отримаємо слідуючий вираз для розрахунку продуктивності відстійної центрифуги:

𝑄= = (5)

Фактична продуктивність центрифуги менша теоретичної внаслідок ковзання рідини відносно стінок барабану (до досягнення нею частоти обертання барабану), утворення вихревих потоків, які затрудняють осідання мілких частин та дія інших факторів

Фільтруючі центрифуги безперервної дії.

Спрошений розрахунок центрифуг цього типу оснований на приміненні рівняння

ω = = для фільтрування при постійній різниці тисків.

Для центрифуг безперервної дії це рівняння можна упростити, так як товщина шару осаду постійна, тому постійні швидкість і опір фільтруванню. Тоді продуктивність центрифуги 𝑄, м³/с, можна визначити із рівняння

𝑄 = = , (6)

де - величина рухомої сили при центробіжному фільтруванні, Па;

= π D 𝐻 - поверхня фільтрування, м²

Для визначення перепаду тиску обумовленого дією центробіжної сили виділимо у обертаючійся разом з барабаном суспензії еленентарний шар товшиною на відстані 𝑟 від осі обертання. Маса цього шару суспензії = 𝑉 = 𝐻 2 π 𝑟 (7)

де - густина суспензії, кг/м³.

Діюча на елементарний об’єм суспензії центробіжна сила і тиск рівні відповідно:

= 2 π 𝐻

= = = (8)

Проінтегруємо рівняння (8) в межах від 0 до та від до R, отримаєм загальний перепад тиску при центробіжному фільтруванні

= 0,5 (R² - )= (R² - ) (9)

Продуктивність фільтруючої центрифуги

𝑄= π 𝐻 (10)

Центрифуги періодичної дії.

Розрахунок їх продуктивності основується на експерементальних даних, так як центрифуги працюють в нестандартному режимі. Цикл роботи центрифуги складається із слідуючих стадій: 1-загрузки суспензії; 2-пуск та розгон барабану; 3-центрофугування; 4-промивання осаду; 5-зупинка барабану; 6-розгрузка осаду; Задача розрахунку зводиться, як правило, до визначення оптимальної продовжуваності стадії центрофугування, яка відповідає найбільшій продуктивності центрифуги. Цю величину визначають експерементально.

Витрати енергії на центрифугування.

Потужність, необхідна для обертання барабану центрифуги періодичної дії, змінюється за час циклу його роботи в залежності від стадії. Найбільша потужність - пускова , кВт, її значення визначається чотирьома складовими:

= (11)

З рівняння (11) - потужність, яка затрачується на придання барабану окружної швидкості:

= = (12)

де - маса барабану, кг; = 𝑤 R - окружна швидкість барабану, м/с;

час пуску (розгону) барабану, с.

Потужність, яка затрачується на приведення в рух маси матеріалу,

= = (13)

де - маса матеріалу, кг.

Потужність, яка затрачується на подолання сил тертя в підшипниках,

= λ В /1000 (14)

де - загальна маса обертаючих частин центрифуги і матеріалу, кг;

В - окружна швидкість цапфи валу, м/с;

λ коефіцієнт тертя.

Потужність, яка затрачується на подолання тертя барабану о повітря,

= 1,32 · 𝐻

де 𝐻 - висота барабану, м;

𝑛 - частота обертання, .

Потужність електродвигуна приймається з запасом 10-20%; в робочий період витрати енергії значно менші:

(15)

В центрифугах безперервної дії частина енергії витрачається на вигрузку осаду із центрифуги. Потужність, необхідна для цього, визначається в залежності від методу вигруження. Інші види затрат визначаються по тих же рівняннях, що і для центрифуг періодичної дії.

Поиск по сайту: