Курсовая работа - Расчет горизонтальной автоматической центрифуг. Содержание введение технологическая стадия выделения сульфата калия конструкция центрифуги 1 Конструкции центрифуг 2 Конструкция проектируемой центрифуги расчет
 Скачать 241.59 Kb.
|
1 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СТАДИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ 2. КОНСТРУКЦИЯ ЦЕНТРИФУГИ 2.1 Конструкции центрифуг 2.2 Конструкция проектируемой центрифуги 3. РАСЧЕТ ЦЕНТРИФУГИ 3.1 Технологический расчет 3.2 Энергетический расчет 3.3 Прочностной расчет ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ АННОТАЦИЯ ВВЕДЕНИЕ Калия сульфат (сернокислый калий), K2SO4 - соль; бесцветные кристаллы, плотность 2,66 г./см.3, tпл. 1074 °С. Растворимость 11,1 г. на 100 г. H2O при 20 °С, 24,1 г. при 100 °С. Хорошо растворим в воде, не подвергается гидролизу. Не растворим в концентрированных растворах щелочей или в чистом этаноле. Калия сульфат входит в состав природных калийных солей, например шёнита K2SO4•MgSO4•6H2O, из которых и добывается. Применяется для получения квасцов, поташа. В сельском хозяйстве Калия сульфат используется как концентрированное бесхлорное калийное удобрение; содержит не менее 45—52 % K2O, не более 1 % MgO и не более 10% влаги. 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СТАДИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ Основными способами получения хлорид аммония являются: Переработка галургическими методами- растворением и кристаллизацией полимерных сульфат калийных руд; Конверсионным и ионитным способами на основе взаимодействия хлористого калия и различных сульфатных солей; При производстве соляной кислоты и серной кислоты или сернистого газа и хлористого калия; Гидротермическим методом на основе взаимодействия сульфатных солей. При получение галургическим методом ведется по реакции: K2SO4∙MgSO4+2KCl=2K2SO4+MgCl2 Массовая доля K2O в сухом веществе не менее 53%. Массовая доля воды не менее 0,5% Схема получения сульфата калия представлена на рисунке 1.  Рисунок 1. Технологическая схема стадии получения сульфата калия. 2,4, 7- насосы; 2 – растворитель; 3 – отстойник; 5 – вакуум-кристаллизатор; 6 – центрифуга; 8 – сборник маточника. Технологическая схема, предусматривает комплексное использование сырь с получением калийных удобрений. Породу, предварительно измельченную до-5мм, обрабатывают оборотным горячим щелоком при температуре 65-70˚С в растворителе 1. В процессе выщелачивания в щелоке растворяются каинит, сильвинит, шенит, леонит и другие легко растворимыеминералы, в отвале остаются галит, лангебейнит, полигалит и гипс. Горячий щелок насосом 2 подается в отстойник 3. Щелок осветляют от нерастворимых примесей и насосом 4 направляют на вакуум-кристаллизационную установку 5 для выделения шенита. Для кристаллизации чистого шенита без примеси NaCl к щелоку добавляют маточные растворы, получаемые при последующем разложении шенита на сульфат калия. Кристаллизация шенита заканчивается при 20 ˚С, полученную пульпу сгущают и подвергаютфильтрации; часть маточного раствора после кристаллизации шенита возвращают в начало процесса на выщелачивание руды, другую часть подвергают выпарке для регенерации солей калия. Сгущенную пульпу сульфата калия центрифугируют на центрифуге 6. Сульфат калия промывают водой с температурой 20-50oC и отправляют на сушку. Маточный раствор после центрифугирования присоединяют к щелоку, направляемому на кристаллизацию шенита. Технологическая схема переработки калийных руд предусматривает регенерацию солей, содержащихся в выводимых из процесса избыточных маточных щелоках. С этой целью щелока подвергают выпарке последовательно в 3-4 стадии, выделяя после первой стадии поваренную соль пищевых сортов, после второйи третьей, смешанные калийные соли (каинит, карналит), после четвертой бишофит различной сортоности. Таким образом, по данной схеме получают удобрение в виде сульфата калия, калимагнезит. 2. КОНСТРУКЦИЯ ЦЕНТРИФУГИ 2.1 Конструкции центрифуг Центрифугирование - процесс механического разделения жидких неоднородных систем путем осажденияв поле центробежных сил, создаваемых во вращающемся барабане центрифуги. Методом центрифугирования достигается достаточно четкое и в то же время быстрое разделение суспензий и эмульсий в центробежном поле. В центрифугах разделяют самые разнообразные жидкие неоднородные системы: сырую нефть, суспензии поливинилхлоридной смолы, смазочные и растительные масла, смеси кристаллов солей с маточными растворами, каменноугольный шлам, суспензию крахмала, дрожжевую суспензию и др. Центрифуги делят на два основных класса - осадительные и фильтрующие [2]. Осадителъные центрифуги имеют отличительную конструктивную особенность - барабан со сплошной (неперфорированной) стенкой. Разделение суспензии в такой центрифуге происходит путем осаждения взвешенных в жидкости твердых частиц под действием центробежных сил. Осаждение частиц в центрифуге происходит так же, как в отстойнике, но со значительно большей скоростью. Фильтрующие центрифуги имеют барабаны с перфорированной стенкой. Поверхность барабана изнутри обычно покрыта фильтровальной перегородкой (тканью или сеткой). Фильтрующие центрифуги являются по существу фильтрами, в которых движущая сила (разность давлений) создается под действием центробежных сил, действующих на вращающуюся в барабане жидкость. Такие центрифуги бывают как периодического, так и непрерывного действия. По способу выгрузки осадка центрифуги подразделяются на центрифуги с ручной выгрузкой, пульсирующей, вибрационной, инерционной, шнековой, гравитационной и выгрузкой ножом. По заданию предлагается к проектированию осадительная шнековая центрифуга (ОГШ), которые применяют для обезвоживания кристаллических и зернистых продуктов, классификации материалов по крупности и плотности, а также для осветления суспензий. Широкое распространение осадительных центрифуг объясняется универсальностью этих машин. Их успешно используют для разделения суспензий с размером частиц от 0,005 мм до 1 мм и объемной концентрацией от 1 до 40%. В зависимости от назначения осадительные центрифуги подразделяют на три группы : обезвоживающие универсальные осветляющие. Обезвоживающие центрифуги предназначены для разделения высококонцентрированных суспензий с твердыми частицами размером не менее 25 мкм. Для этих машин характерна высокая производительность по осадку и сравнительно низкая влажность последнего. Фактор разделения обычно Кр < 2000, отношение длины барабана к его диаметру менее 1,7. Промывка осадка предусмотрена в конструкциях только обезвоживающих центрифуг. Универсальные осадительные центрифуги используют для разделения суспензий малой и средней концентраций с частицами твердой фазы размером более 10 мкм. При работе этих центрифуг получают сравнительно чистый фугат и осадок с небольшой влажностью. Фактор разделения 2000 - 3000, отношение длины барабана к диаметру 1,7 - 2,2. Осветляющие центрифуги применяют для очистки низкоконцентрированных суспензий от высокодисперсной твердой фазы. Эти машины характеризуются высоким фактором разделения (более 2500), отношением длины барабана к диаметру более 2,2, высокой производительностью по суспензии и получением чистого фугата. В зависимости от направлений движения в роторе осадка и разделяемой суспензии различают центрифуги противоточные (осадок движется навстречу потоку суспензии) и прямоточные (направления движения осадка и суспензии совпадают). Роторы центрифуг могут быть горизонтальными или вертикальными. Горизонтальные центрифуги изготовляют преимущественно с ротором, помещенным между опорами, реже - с консольным ротором; вертикальные центрифуги имеют, как правило, верхнюю подвеску ротора. Наиболее широко распространены горизонтальные противоточные центрифуги с цилиндроконическим ротором. Технологический режим в центрифугах ОГШ регулируют, изменяя скорость подачи суспензии, частоту вращения ротора, диаметр сливного порога. Степень осветления фугата можно повысить, уменьшив диаметр сливного порога (увеличив длину зоны осаждения) и увеличив частоту вращения ротора, а степень просушки (влажность) осадка - увеличив диаметр сливного порога (т.е. длину зоны сушки) и частоту вращения ротора. Всем центрифугам типа ОГШ присущи достоинства: высокая производительность при малых габаритах и непрерывность технологического процесса; отсутствие фильтрующего элемента, подверженного быстрому износу или забиванию (благодаря этому машины надежны в работе и позволяют получать продукт постоянного качества); пригодность для обработки очень тонких суспензий различной концентрации; возможность изменять концентрацию суспензии во время работы; простота обслуживания. К недостаткам машин этого типа следует отнести невысокую степень обезвоживания осадка; невозможность качественной промывки осадка в машине; сравнительно быстрый износ шнека и ротора при обработке абразивных продуктов. 2.2 Конструкция проектируемой центрифуги В настоящее время основным типом центрифуги для выделения сульфата калия является непрерывнодействующая осадительная горизонтальная центрифуга со шнековой выгрузкой осадка (ОГШ). НИИхиммашем разработана базовая модель центрифуги ОГШ-802К- 04, которая относится к классу универсальных [6]. Конструкция центрифуги ОГШ-802К-04 приведена на рисунке 2.1.  Рисунок 2.1- Центрифуга ОГШ-802К-04 1 - планетарный редуктор; 2, 6- коренные подшипники; 3 - ротор; 4 - шнек;5 - кожух; 7 - приводные ремни; 8 - труба питания;9 - станина; 10- механизм защиты редуктора Центрифуга имеет цилиндроконический ротор стандартной схемы осадительных центрифуг. Суспензия подается по питающей трубе во внутреннюю полость шнека, откуда через окна в обечайке шнека поступает в ротор на границе цилиндрической и конической обечаек и течет по направлению к сливным окнам. Под действием центробежных сил частицы твердой фазы осаждаются на стенки ротора и передвигаются шнеком в противоположном направлении. Соотношение между влажностью осадка хлорид аммония и содержанием его в фугате устанавливается регулируемыми по высоте заслонками в сливных окнах в торцевой стенке ротора. Привод от электродвигателя к ротору осуществляется через гидравлическую турбомуфту, привод на шнек - через двухступенчатый планетарный редуктор, который создает небольшую разницу между скоростями вращения ротора и шнека , обеспечивающую перемещение осадка к выгрузным окнам ротора без взмучивания и репульпации твердой фазы. Шнек - двухзаходный с защитой несущей плоскости винта противоабразивной наплавкой из стеллита. Все детали, соприкасающиеся с обрабатываемым продуктом, изготовлены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Смазка коренных подшипников - жидкая циркуляционная от маслонасосной станции, входящей в комплект машины. Центрифуга снабжена загрузочным клапаном, который автоматически включается и выключается станцией управления через электрогидравлический золотник и маслоустановку [3]. Клапан (рис. 2.3) устанавливают на трубопроводе подачи суспензии в центрифугу.  Рисунок 2.3- Загрузочный клапан 1 - шаровой клапан; 2 - корпус; 3 - шток; 4 - верхний указатель хода; 5, 8 - корпус и крышка цилиндра; 6 - поршень; 7 - нижний указатель хода; 9 - шпиндель; 10 - гайка; 11 - рукоятка; 12 - маховичок; 13 - направляющий винт; 14 - штуцеры подвода и отвода масла; 15 - сальниковая набивка; 16 – масленка Шпиндель 9 служит как для настройки хода клапана, так и для его закрытия вручную в случае аварии. От проворачивания его удерживает направляющий винт 13. Для облегчения установки хода и аварийного закрытия клапан снабжен маховичком 12 с рукояткой 11. Верхний указатель хода 4 показывает, на какую величину открыт клапан, а нижний указатель 7 служит для настройки хода клапана. Для обеспечения плотности прилегания шаровой металлический клапан 1 тщательно притирается к узкому пояску на корпусе 2. В верхней части кожуха центрифуги имеются два люка для осмотра зон выгрузки (осадка и фугата), а также патрубка для отвода паров. Конструкция ротора приведена на рисунке 2.4.  Рисунок 2.4- Ротор центрифуги ОГШ – 802К - 04 Ротор состоит из трех основных частей: цилиндроконической обечайки 8 и цапф 1 и 17, скрепленных с обечайкой болтами. В цапфе, расположенной со стороны большего диаметра обечайки, имеются окна с регулировочными кольцами 3 или шайбами для слива жидкой фазы, а в противоположной цапфе – окна для выгрузки твердого осадка. Внутри ротора на подшипниках качения 5 и 14, расположенных в соответствующих расточках полых цапф, вращается шнек 9. Полости подшипников уплотнены резиновыми манжетами 2, 7, 13 и 16. На внутренней поверхности обечайки ротора вдоль ее образующей делают канавки или приваривают планки 10, чтобы обеспечить продольное перемещение осадка и избежать его круговое перемещение. Шнек центрифуги - двухзаходный с защитой несущей кромки противоабразивной наплавкой из стеллита. Шнек 4 (рис. 2.1) состоит из сварной конструкции и цапф прикрепленных болтами (левой и правой). Шнек монтируют в роторе на радиальных шарикоподшипниках. Подшипники шнека защищены от агрессивной среды резиновыми уплотнениями. Работа с абразивными продуктами требует защиты витков шнека от изнашивания. Для этой цели на витки наносят защитный материал или устанавливают смежные сектора с защищенной поверхностью Исходя из коррозионных свойств суспензии сульфата калия в качестве конструкционного материала ротора и шнека выбираем сталь 12Х18Н10Т. Станина центрифуги 9 (рис. 2.1) - основной связывающий узел всей машины. Станина машины литая из чугуна Форма станины - прямоугольная. Для увеличения массы станины ее внутренние полости залиты железобетоном и засыпаны песком. Кожух ротора 5 (рис. 2.1) состоит из двух частей: нижней, установленной непосредственно на станине, и верхней, которая крепится к нижней болтами. Внутри кожух разделен перегородками на зоны приема твердого осадка, фугата, сбора утечек жидкости, проникающих через уплотнения между кожухом и ротором. Двухступенчатый планетарный редуктор 1 (рис.2.1) предназначен для передачи от ротора к шнеку вращения с необходимым относительным числом оборотов. Центрифуга работает следующим образом. Через правые полые цапфы ротора и шнека проходит труба питания 8 (рис. 2.1), по которой подводится суспензия во внутреннюю полость барабана и шнека. Суспензия через отверстие в барабане шнека 4 поступает в ротор 3, где под действием центробежных сил происходит отделение твердой фазы от жидкости. Шнек вращается в ту же сторону, что и ротор, но с меньшей скоростью. Разность в скорости вращения шнека и ротора необходима для принудительного перемещения осадка вдоль оси ротора. Твердая фаза выпадает на стенки ротора и транспортируется шнеком к выгрузочным окнам правой цапфы, расположенной у меньшего диаметра ротора. В конце пути движения осадка происходит отжим влаги из осадка (зона обезвоживания). Отжатая твердая фаза через выгрузочные окна ротора выбрасывается в приемный отсек кожуха и под действием собственного веса падает вниз. Осветленная жидкая фаза (фугат) движется противотоком и через сливные окна левой части ротора отводится в приемный отсек кожуха. 3. РАСЧЕТ ЦЕНТРИФУГИ 3.1 Технологический расчет Целью расчета является выбор стандартизованной осадительной горизонтальной шнековой центрифуги. Исходные данные: Суспензиясульфат калия (К2SO4)-маточный раствор Производительность по суспензии Vc=4м3 /ч. Содержание твердой фазы в суспензии (масс.) хс = 15% Влажность осадка ω = 26% Температура суспензииt = 40 °С Среднемассовый размер частицδ50 = 150 мкм. Дисперсия распределения частиц по размерам σ=1,95 Фактор формы частицψ = 0,6 Плотность частиц твердой фазы ρт = 2660 кг/м3 Допустимая концентрация твердой фазы в фугате Сф = 90 мг/л Плотность маточного раствора при t = 40 °С ρв = 1101 кг/м3 Вязкость маточного раствора при t = 40 °Сµ = 1,02  10-3 Па сОпределение основных параметров и выбор стандартной центрифуги Расчет произведем по методическим рекомендациям [1]. Плотность суспензии   кг/м .Массовый расход суспензии   кг/ч.Приход твёрдой фазы с суспензией   кг/ч.Пренебрегая незначительным содержанием твёрдой фазы в фугате [1], найдем расход фугата   кг/ч.Расход влажного осадка   кг/ч.Требованиям задания, согласно табл.1 [1], удовлетворяет центрифуга типа ОГШ-352К-05. Технические характеристики центрифуги: допускаемая нагрузка по суспензии V=5  ;пропускная способность по твёрдой фазе  т/ч;мощность привода  кВт;диаметр ротора D = 350 мм; диаметр по окнам слива  мм;отношение длины ротора к диаметруL/D = 1,8; длина ротораL = 630 мм; длина цилиндрической части ротора  мм;длина конической части  мм;частота вращения ротораn = 4250 об/мин. Средний диметр ротора   мКруговая частота вращения   с Фактор разделения центрифуги   Площадь поверхности осаждения составляет   м .Индекс производительности центрифуги   м .Для расчёта показателя эффективности работы центрифуги определим предварительно критерий Рейнольдса для потока жидкости в роторе  где  = 4 / 3600 = 1,1  м3/с. ;Критерий Фруда для потока в поле действия центробежных сил   ,Величину показателя эффективности работы осадительных шнековых центрифуг определим по формуле [1]   Поправочный коэффициент, учитывающий влияние формы частицы   .Порозность частиц в суспензии   ε > 0.7рассчитаем поправку на стеснённость осаждения по формуле [1]   .Крупность разделения   мкм.Рассчитаем дисперсию фракционной степени потерь для выбранной центрифуги   Аргумент интеграла вероятности   Для нахождения интеграла вероятности F(x) и относительных потерь П воспользуемся интегральной функцией Лапласа табличные данные которой приведены в [2]. Согласно этим данным, для аргумента x = - 4,05 имеем Ф(x) = - 0,4999743. Интеграл вероятности:   Согласно [1] содержание твёрдой фазы в фугате составит:   а концентрация   мг/л.что меньше требуемой по исходным данным. Таким образом, к установке принимаем центрифугу ОГШ-352К-05 с мощностью электродвигателя 18,5 кВт. 3.2 Энергетический расчет Целью расчета является определение требуемой мощности и выбор стандартного электродвигателя. Определение потребляемой мощности и выбор электродвигателя Мощность, расходуемая на преодоление инерции барабана и загрузки во время пускового периода, определяется по формуле:  ,где  - работа, затрачиваемая на преодоление инерции барабана, Дж;  - работа, затрачиваемая на преодоление инерции загрузки в пусковой период, Дж;  = 60с. -длительность периода пуска машины, с. Где  - установившаяся на достижении заданного числа оборотов окружная скорость вращения барабана, м/c; Мб - масса барабана, кг. Примем Мб = 500 кг.  , ,Тогда:  , где  - плотность суспензии, кг/м3; - полный объем барабана центрифуги, м3.  ,Тогда:  ,Получим:  ,Мощность, расходуемая на трение вала в подшипниках  где  - коэффициент трения, принимаем в диапазоне  ; примем   - масса всех вращающихся частей центрифуги вместе с загрузкой, кг.  - окружная скорость вращения цапфы вала, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2  где  - диаметр цапфы вала, по рекомендациям [2] примем  м. , ,где  - масса барабана, кг; - масса суспензии, кг. , ,Тогда:  ,Подставив данные в получим:  ,Мощность, расходуемая на трение стенки барабана о воздух:  ,где  - коэффициент трения; - плотность воздуха,  =1,204 кг/м3 при 20º С) ,Полные затраты мощности составляют   ,Мощность электродвигателя определяем по формуле  ,где  - КПД передаточного устройства обычно ( = 0,9) – КПД привода ( = 0,9)Тогда получаем:  ,что меньше установленной мощности электродвигателя центрифуги ОГШ-352К-05. 1 2 |