Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Мая 2014 в 00:51, лабораторная работа
Наиболее интенсивный способ разделения суспензий или пульп - центрифугирование, при котором процесс разделения происходит под действием центробежных сил, которые в современных центрифугах достигают больших величин.
По технологическому назначению центрифуги можно классифицировать на три типа:
1. Разделяющие (фильтрующие) применяются для разделения суспензий (пульп). Центробежная фильтрация складывается из трех последовательно протекающих физических процессов: а) фильтрация с образованием осадка, б) уплотнение осадка, в) удаление осадка жидкости, удерживаемой молекулярными силами.
Введение 3
Общие сведения об установке 4
Цель работы: 5
Функциональный анализ 5
Вывод 8
Список литературы 9
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Конструктивно функциональный анализ трубчатой сверхцентрифуги периодического действия
Выполнил: ст.гр: ММ-09
_______________
Проверил: доцент
_______________
(должность)
Санкт-Петербург
2014
Оглавление
Введение
Наиболее интенсивный способ разделения суспензий или пульп - центрифугирование, при котором процесс разделения происходит под действием центробежных сил, которые в современных центрифугах достигают больших величин.
По технологическому назначению центрифуги можно классифицировать на три типа:
1. Разделяющие (фильтрующие) применяются для разделения суспензий (пульп). Центробежная фильтрация складывается из трех последовательно протекающих физических процессов: а) фильтрация с образованием осадка, б) уплотнение осадка, в) удаление осадка жидкости, удерживаемой молекулярными силами.
2. Концентрирующие (отстойные) используются для сгущения суспензий путем отделения части жидкой фазы. При центробежном отстаивании происходят два физических процесса: а) осаждение твердой фазы, б) уплотнение осадка.
3. Осветляющие (сепарирующие) применяются для очистки жидкостей от твердых примесей. По физической сущности центробежное осветление представляет собой процесс свободного осаждения твердых частиц в поле центробежных сил.
Любая центрифуга состоит из двух основных частей: ротора (для фильтрующих центрифуг – дырчатый барабан или корзина, для отстойных и сепарирующих – сплошной барабан) и вала, через который передается вращение ротору.
Основным показателем работы центрифуги является фактор разделения: отношение центробежного ускорения к ускорению силы тяжести.
где g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2 r – расстояние центратяжести от оси вращения барабана, м; w – угловая скорость вращения барабана, рад/с. (w = pn/30; при p2~g); n – число оборотов.
или
Фактор разделения представляет собой видоизмененный критерий Фруда, который характеризуется как гравитационный. По фактору разделения все центрифуги подразделяются на нормальные (F £3 000) и сверхцентрифуги (F > 3000). В настоящее время сверхцентрифуги не находят широкого применения в производстве цветных металлов, однако их следует рассматривать как перспективные аппараты будущего.
Общие сведения об установке
Данный аппарат относится к сверхцентрифугам периодического действия.
Трубчатая сверхцентрифуга (рис. 1) имеет глухой барабан в виде трубы. Максимальный диаметр для промышленных аппаратов не превышает 200 мм. Длина барабана в несколько раз превышает его диаметр, что позволяет создать большую центробежную силу без чрезмерного увеличения напряжения в стенках барабана. В трубчатых сверхцентрифугах обрабатываемая жидкость поступает внутрь быстро вращающегося барабана (n = 8000 – 40000 об/мин).
Рис. 1 Структурная схема трубчатой сверхцентрифуги периодического действия
1 - кожух; 2 - барабан; 3 - трубка для подачи жидкости; 4 - патрубок для вывода легкой жидкости; 5 - патрубок для вывода осветленной жидкости; 6 - приводная головка; 7 – конический вал; 8 - ременная передача с натяжным роликом; 9 - направляющий подшипник; 10 - тормоз.
В кожухе 1 вращается трубчатый барабан (ротор) 2. Головка ротора расположена в приемнике, состоящем из 2-х частей, служащих для раздельного собирания компонентов смеси.
Внизу ротор имеет центральное отверстие с трубчатым отростком для питания центрифуг, входящим в направляющий эластичный подшипник.
Внутри ротора располагается крыльчатка, имеющая три-четыре радиальные лопасти. Эта крыльчатка, занимающая часто по высоте большую часть ротора, препятствует отстаиванию жидкости от вращающегося ротора. со сплошными стенками, внутри которого имеются радиальные лопасти, препятствующие отставанию жидкости от стенок барабана при его вращении. Барабан жестко соединен с коническим валом 7, подвешенным на опоре, и приводится во вращение приводной головкой 6 от шкива электродвигателя посредством ременной передачи 8. В нижней части центрифуги установлен направляющий подшипник 9, через который в барабан проходит труба для ввода суспензии 3. Твердые частицы суспензии оседают на стенках барабана, а осветленная жидкость выбрасывается из него через отверстия вверху и удаляется из верхней части кожуха. Осадок удаляют вручную периодически после остановки центрифуги и разборки ротора. Ввиду небольшого рабочего объема подобные центрифуги применяют только для разделения суспензии с небольшим содержанием твердой фазы (не более 1%).
Цель работы: Повышение степени разделения высокодисперсных суспензий, для улучшения качества фракций разделяемой жидкости, за счет увеличения скорости вращения ротора центрифуги.
На рис. 2 представлены основные элементы трубчатой сверхцентрифуги.
Рис. 2 Схема (упрощенная) трубчатой сверхцентрифуги
Главным элементом данного аппарата был выбран ротор (Е0), предназначенный для придания вращения суспензии, находящейся внутри него, где происходит выделение осветленной жидкости (V2) из суспензии (V1). Объектами окружающей среды, взаимодействующих с центрифугой, назначены подводимая в ротор суспензия (V1) и осветленная жидкость (V2).
В таблице 1 представлены функции элементов данного ТО.
Таблица 1
Анализ функций трубчатой сверхцентрифуги
Элемент |
Функция | ||
Обозначение |
Наименование |
Обозначение |
Описание |
Е0 |
Ротор |
Ф0 |
Выделяет из суспензии (V1) осветленную жидкость (V2). |
Е1 |
Корпус |
Ф1 |
Несет нагрузки от элементов центрифуги |
Е2 |
Конический вал |
Ф2 |
Передает крутящий момент от двигателя (Е3) к ротору (Е0). |
Е3 |
Двигатель |
Ф3 |
Преобразует электрическую энергию сети в механическую. |
E4 |
Ременная передача |
Ф4 |
Передает крутящий момент от двигателя (Е3) к валу (Е2). |
E5 |
Входной патрубок |
Ф5 |
Обеспечивает подвод суспензии (V1) внутрь ротора ( Е0). |
E6 |
Выходной патрубок |
Ф6 |
Обеспечивает слив осветленной жидкости (V2) из ротора ( Е0). |
V1 |
Суспензия |
||
V2 |
Осветленная жидкость |
||
На рис.3 представлена КФС трубчатой сверхцентрифуги.
Рис. 3 Конструктивная ФС трубчатой сверхцентрифуги
Вывод
В данной работе был проведен конструктивно функциональный анализ трубчатой сверхцентрифуги периодического действия. Были выявлены функциональные зависимости между основными элементами ТО. Результатом проведенной работы стала идея, заключающаяся в замене материала стенки ротора на более прочный.
Техническим решением является предложение изготовления ротора из полимерного материала, предел ротационной прочности которого выше предела ротационной прочности стали. Например, стенка ротора может быть выполнена из полипропилена или полиамида. На всей наружной поверхности ротора следует расположить навивку из полимерной нити или ленты. Такая конструкция центрифуги обеспечивает скорость вращения ротора, превышающую 30000 об/мин, что обеспечивает увеличение фактора разделения и в свою очередь степень разделения суспензий.
Список литературы