Кафедра химии, технологии упаковочных производств 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине: Процессы и аппараты пищевых производств

на тему: Расчет барабанного вакуум-фильтра 
 
 

Исполнитель:

Руководитель:  
 
 

Работа допущена к защите «____» ___________2011г ________________

Работа защищена «____» _____________2011г с оценкой ________________  _____________ 
 
 
 

Министерство  образования и науки российской федерации 
 
 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Тема: Расчет барабанного  вакуум-фильтра

Студент:  

Исходные данные: перепад давления при фильтровании и промывке осадка 6,8×10⁴Па; температура фильтрования 20°С; высота слоя осадка на фильтре 11 мм; влажность осадка 39 %(масс); удельное массовое сопротивление осадка 2,72×10¹⁰ м/кг; сопротивление фильтровальной перегородки 40,0×10⁹ м^-1; плотность твердой фазы 2460 кг/м³; жидкая фаза суспензии и промывная жидкость – вода; массовая концентрация твердой фазы в суспензии 16%(масс.); плотность суспензии 1120 кг/м³; удельный расход воды пи промывке (которая проводиться при температуре 50°С) 1,0×10^-3 м³/кг; продолжительность окончательной сушки осадка не менее 20 с. По справочным данным определить недостающие для расчета величины: вязкость воды при 20°С и температуре промывки в Па×с. Рассчитать требуемую поверхность барабанного вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью на производительность по фильтрату 5м³/ч (0,00139). Подобрать стандартный фильтр и определить необходимое число фильтров.

Срок сдачи  «____»____________2011 г

Руководитель  _______________/                      /

Задание получил____________/                       / 
 
 

Содержание 

Введение…………………………………………………………………………………………...4

1. Теоретическая  часть……………………………………………………………………......5

2. Оборудование: фильтровальные аппара………………………………………………….8

3. Принцип  работы барабанного вакуум фильтра…………………………………………12

4. Расчет барабанного  вакуум-фильтра ……………………………………………………14

Заключение……………………………………………………………………………………….17

Список использованной литературы…...………………………………………………………18

Приложение………………………………………………………………………………………19 
 
 
 

Введение

 

     Любой технологический процесс, несмотря на различие методов, представляет собой  ряд взаимосвязанных типовых  технологических стадий, протекающих  в аппаратуре определенного класса. Однако высокие требования к качеству продукции, эффективности производства, снижению его энерго- и материалоемкости, охране окружающей среды определяли специфику, отличающую эти технологические  стадии получения пищевых продуктов  и аппаратурно-технологическое оформление от подобных процессов в других отраслях.

     Процессы  в пищевой технологии в большинстве  своем сложны и зачастую представляют собой сочетание гидродинамических, тепловых, массообменных, биохимических  и механических процессов. Одним  из важных процессов является  фильтрование. Фильтрование может быть шламовым, оно реализуется для маловязких жидкостей, содержащих большое количество взвешенных частиц; закупорочным –  при малом размере частиц и  их небольшом количестве; и комбинированным.

     В наше время широко используются барабанные вакуум фильтры, с наружной фильтрующей  поверхностью, характеризующейся высокой  скоростью фильтрования, пригодностью для обработки разнообразных  суспензий, простотой обслуживания. Основной задачей при проектировании является расчет требуемой поверхности  фильтрования, подбор по каталогам  стандартного фильтра и определение  числа фильтров, обеспечивающих заданную производительность. Таким образом, расчет проводят в два этапа. 
 
 
 
 

1. Теоретические основы  процесса фильтрования

     Фильтрование - это разделение неоднородной системы  с твердой дисперсной фазой, основанное на задержании твердых частиц пористыми  перегородками.

     Фильтрование  осуществляется под действием разности давлений перед фильтрующей перегородки  и после нее. Интенсивность фильтрования зависит от количества суспензий, полученных на предыдущих стадиях технологического процесса: дисперсной системы с понижением сопротивления осадка, без смолистых, слизистых и коллоидных веществ.

     При разделении неоднородных систем фильтрования возникает необходимость выбора конструкции фильтра, фильтровальной перегородки, режима фильтрования.

     В качестве фильтрующих материалов применяют  зернистые материалы- песок, гравий для фильтрования воды, различные  ткани, картон, сетки, пористые полимерные материалы, керамику и т.д.

     Классификация процесса фильтрования

           1) По движущей силе: движущей силой  процесса фильтрования является  разность давлений по обе стороны  фильтровальной бумаги. Получить  разность можно двумя способами: 

- создание  избыточного давления над фильтром (рис.1,а)

-создание  вакуума (рис.1,б)

2. По механизму фильтрования:

- с образованием  осадка на поверхности фильтровальной  перегородки. При этом твердые  частицы не проникают внутрь  перегородки.

- с закупориванием  пор фильтровальной перегородки,  твердые частицы проникают внутрь  перегородки.

           3)   По целенаправленности процесса:

- получение  чистого осадка;

- получение  фильтрата;

- получение  одновременно осадка и фильтрата; 

           4) По целевому назначению:

- очистное  фильтрование, его применяют для  очистки растворов от включений,  а целевым продуктом является  фильтрат.

- продуктовое  фильтрование, его целью является  получение осадка (НУТЧ-фильтры,  барабанные вакуум фильтры).

Рис.1 Схема  фильтрования: а- под избыточным давлением; б- под вакуумом.

      Процесс разделения суспензий  на фильтрах состоит из нескольких  операций: промывка осадка на  фильтре, при этом с помощью  фильтра, фильтрат выделяется  из пор осадка; продувка осадка  воздухом с целью вытеснения  из пор оставшейся промывной   жидкости; сушка осадка нагретым  воздухом.

     Фильтрование  обычно протекает в ламинарном режиме. Скорость фильтрования  - это объем  фильтрата полученный с 1м² фильтрующей поверхности за 1с:

     ω=

, [м³/м²×с].

     Скорость  процесса прямо пропорциональна  разности давлений и обратно пропорциональна  сопротивлению осадка. Процесс описывается  следующим кинетическим уравнением:

                                          ,                                                               (*)

где V – объем фильтрата, м³; F- площадь поверхности фильтрования, м²; t-продолжительность фильтрования, с; – перепад давлений, Н/м²; – вязкость жидкой фазы, Н×с/м²;  R_ос- сопротивление осадка,м^-1; - сопротивление фильтровальной перегородки, м^-1.

     Если  предположить, что в фильтровальную перегородку не проникают  твердые  частицы, то сопротивление  можно принять постоянным, а сопротивление осадка изменяется с увеличением слоя осадка.

Примем, что при  прохождении 1 м³ фильтрата, образуется х₀ м³ осадка, тогда:

     х₀V=h₀F,

h₀= х₀V/F,

где h₀-высота осадка, м.

Допустим, что  сопротивление слоя осадка пропорционально  его высоте:

     R_oc

r₀h₀=r₀x₀V/F,

где r₀- удельное сопротивление осадка, м^2.

Подставив, полученное выражение в уравнение (*):

     

Пренебрегая, сопротивлением фильтровальной перегородки получим:

     

Для начального момента фильтрования (V=0): =

Для случая фильтрования при имеем:

     

     Полученное  уравнение применимо как к  сжимаемым, так и к несжимаемым  осадкам и показывает, что увеличением  объема фильтрата скорость фильтрования уменьшается.

     Из  этого уравнения можно найти  продолжительность фильтрования:

     

Таким образом, продолжительность фильтрования прямо  пропорциональна квадрату объема полученного  фильтрата.

Удельная производительность фильтрата в (м³/м²):

V_f=

-  

      

2. Оборудование: фильтровальные аппараты

            Классификация фильтровальных аппаратов  приведена на рисунке 1.1.

     В фильтрах периодического действия фильтрующая  перегородка неподвижна, а в фильтрах непрерывного действия она перемещается, проходя через зону очистки, в которой регенерируется. Оба эти класса разделяются на фильтры, работающие под давлением или под вакуумом. В классе фильтров периодического действия выделяют отдельно группы фильтров, работающих под давлением столба жидкости над фильтрующей поверхностью или создаваемым насосом. Вакуумные фильтры называют также нутч-фильтрами.

Рис. 2.1 Классификация фильтровальных аппаратов 

     Схема песочного фильтровального  аппарата как аппарата подгруппы фильтров с зернистым слоем представлена на рисунке 2.2. Такие фильтры применяют при относительно малом содержании твердой фазы в жидкости. Они работают и как шламовые, и как закупорочные. Такие фильтры очищают воду на ликероводочных заводах. На нижний диск фильтра, покрытый тканью, насыпают слой мелкого песка, далее через слой ткани слой крупного песка и затем на верхний диск укладывают слой ткани. Суспензия подводится сверху под давлением 0,02...0,03 МПа, фильтрат отводится снизу. На верхней крышке аппарата предусмотрен кран для отвода воздуха. В начальный период фильтрования фильтрат получается мутным, и лишь по истечении периода обдержки», составляющего 15...30 мин, он осветляется. Это объясняется тем, что в начальный период работы на поверхности песочного фильтра еще не отложился достаточно толстый слой шлама, и он работает как аппарат закупорочного фильтрования. При этом через него проходит часть частиц дисперсной фазы суспензии, имеющих малые размеры. По мере накопления шлама,  фильтрование переходит в шламовое и проходившие ранее через фильтр частицы задерживаются шламом. В результате фильтрат осветляется. Скорость фильтрования 250…750 дм3/(м2*ч). Когда она существенно падает, аппарат перезаряжается.