HYDROMECHANICKÉ PROCESY. Dělení heterogenních směsí působením odstředivé síly (přednáška) Doc. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D.

Transkript

1 HYDROMECHANICKÉ PROCESY Dělení heterogenních směsí působením odstředivé síly (přednáška) Doc. Ing. Tomáš Jirot, Ph.D. ( tel.: )

2 DĚLENÍ HETEROGENNÍCH SMĚSÍ PŮSOBENÍM ODSTŘEDIVÉ SÍLY Odstředivky Vírové odlčovače

3 Účinek odstředivé síly na hmotno částici n F o V a s o V r s V s r 4 V n s r

4 Kromě odstředivé síly působí na hmotno částici ještě vztlak, vyvolaný odstředivým účinkem na t část kapaliny hstotě, která rotje stejno úhlovo rychlostí jako částice. F ov 4 V n r Účinek gravitace na hmotno částici, jakož i na kapalin v odstředivce se zpravidla zanedbává. Např. na částici o hmotnosti 1 g působí v bbn odstředivky s poloměrem 1 r 0,5 m při frekvenci otáčení 1470 min odstředivá síla 1470 F o 4 0,001 0,5 11, 85 N. 60 Pro porovnání se vypočítá gravitační síla 3 G mg 0,0019,81 9,8110 N a poměr obo sil má tedy hodnot: K F G 11, ,81 o s V praxi se pohybje tento silový poměr odstředivek v rozmezí ltraodstředivek dosahje až hodnoty K s , Tento poměr sil, nazývaný také dělící faktor, je roven Frodov čísl: F o G rg Fr

5 Účinek odstředivé síly na kapalin Malé hodnoty Fr Velké hodnoty Fr Tlak působící na rotjící kapalin dm dr r Ldr r d Fo 1 d p r d r p r const. S S r L d F o d mr Tlak působící na stěn bbn 1 p pa R R 1

6 ODSTŘEDIVKY Usazovací odstředivky Filtrační odstředivky Podle způsob práce rozeznáváme odstředivky pracjící: periodicky polokontinálně kontinálně

7 Výpočet odstředivek Rychlost sazování v odstředivkách Na částici, sazjící se v rotjící kapalině, působí následjící síly: odstředivá síla F o vztlaková síla v odstředivém poli F ov Coriolisova síla F c tíhová síla G vztlaková síla v gravitačním poli F v odpor prostředí F F setrvačná síla s F o F Rovnováha sil v radiálním směr ov F r F sr 0 4 D s r 3 C D F D 6 D o sr F ov r F r C D D 4

8 4 D s 3 C D r Usazovací rychlost v poli odstředivé síly je možno získat z rovnice pro sazovací rychlost v gravitačním poli nahradíme-li gravitační zrychlení zrychlením odstředivým. g r Stokesova oblast: D s 18 r Přechodová oblast: 0,71 1,4 0, 71 1,14 D s 0,153 r 0,9 0,43 Newtonova oblast: D s 1,74 r

9 Doba sazování v bbnové odstředivce dr dt t 0 dt R R 1 d r Stokesova oblast: Přechodová oblast: t t R 18 dr 18 R ln D s. r D s R R 1 0,9 0,43 R 0,9 0,43 dr,5 1,14 0,71 1,4 0,71 1,14 0,71 1,4 0,153D r s R D s Newtonova oblast: 1 1 dr t 1, 15 1,74 D 1 r 1/ D s R R 1 s R R 0,9 R 1 R 0,9 1,

10 Objemová výkonnost bbnových odstředivek Periodicky pracjící odstředivka Doba trvání jedné periody t p sestává z: čistého čas na odstřeďovaní t maniplačního čas t m (plnění, spoštění, vyprazdňování a zastavování) V L R R1 V stř L R t t m R 1

11 Polokontinální odstředivka Doba trvání jedné periody t p je v tomto případě dána dobo naplnění bbn odstředivky sazenino do rčité maximální výšky h. Hmotnost sazeniny m : m R Lh, kde R je střední poloměr vrstvy sazeniny, L - výška bbn a - hstota sazeniny. Za předpoklad, že všechna pevná fáze přejde ze sspenze do sazeniny, platí hmotnostní bilance pevné fáze: m w m kde m s je hmotnost sspenze zpracované za jedn period a w s resp. w - hmotnostní podíl pevné fáze v sspenzi, resp. v sazenině. s w s, m s w w m R Lh resp. ws ws V s R h L s w w s

12 Maximální dovolený průtok sspenze odstředivko V s. Při jeho výpočt vyjdeme z podmínky, že doba zdržení sspenze v bbn odstředivky t z se msí rovnat době sazování částic t: t z V t V s V s V t R Dob odstřeďování t o pak můžeme vyjádřit jako podíl objem sspenze zpracovávané za jedn period a objemového průtok sspenze: t R 1 L t o V V s s R h s w w s R t R 1 Průměrná objemová výkonnost polokontinální odstředivky: V stř t o V s t m

13 Kontinální odstředivka tektý sediment Poloměr rozhraní mezi lehko a těžko fází: bilance tlak na fázovém rozhraní R r p R r p o a o a o R R r 1 3

14 Hlavní typy a provedení odstředivek Usazovací odstředivky Nádobkové (kyvetové) odstředivky

15 Trbkové odstředivky 1 plášť, bben, 3 radiální lopatky, 4 přívod sspenze, 5 otvory, 6 výstp

16 Bbnové odstředivky 1 bben, radiální přepážky, 3 přívod sspenze, 4 odsávací trbka, 5 zavírací kžel

17 Komorové odstředivky

18 Talířové odstředivky Bben talířové sazovací odstředivky Dráha částice při sazování v prostor mezi talíři a kželové talíře, b přívod sspenze

19 Talířová sazovací odstředivka se šopátkovým odpoštěním kal Bben s tryskovým odpoštěním kal 1 pístové šopátko, prostor pro zavírací kapalin, 3 přepadový otvor, 4 přívodní kohot, 5 přívodní kanálek, 6 prostor pro kapalin, 7 otvory pro výstp kal, 8 otvor pro výstp ovládací kapaliny

20 Men Vysokorychlostní separátor Manální Nesovislý Plynlý < 0,5% látek v nátok Plno-plášťový typ 0,5-10% látek v nátok Samo-odkalovací typ 5-35% látek v nátok Tryskový typ Alfa Laval Slide 3

21 Bben talířové odstředivky na dělení emlzí 1 talíře, plášť bbn

22 Men Vysokorychlostní separátor % m Nátok: Široký rozsah velikostí částic % Vrchní prod: Přesně definovaný úzký rozsah požadované velikosti částic m % Spodní prod: Hrbé částice m

23 Vodorovné sazovací odstředivky se šnekovým vyprazdňováním

24 Dekantér DDGS Zadní pohon a řízení Šrobová vstpní zóna dopravník 360 systém vyprazdňování koláče Ochrana výstpní zóny proti erozi Jednodílná konstrkce rám Systém vyprazdňování kapaliny Ochrana lopatek šnekovnice proti opotřebení erozí Alfa Laval Slide 3

25 Vlastnosti dekantér Jednodílná konstrkce rám Vlastnosti Hlavní motor a zadní pohon na rám Vyprazdňování kapaliny a pevných látek integrované společně s potrbím v rám Pržinové výklopné víko Výhody Snadná instalace Víko může být snadno otevřeno do vertikální polohy, což možňje rychlý a snadný přístp k rotační sestavě Alfa Laval Slide 4

26 Vlastnosti dekantér Systém zadního pohon: Pastorek/Motor zadního pohon v ose (VFD) Výhody Možné řízení frekvenčním měničem (VFD) Může být požit běžný motor Pohonný motor pastork převodovky Pržná spojka Zatížení v ose zajišťje mechanicko spolehlivost Alfa Laval Slide 5

27 Vlastnosti dekantér Ochrana proti opotřebení šnek: destičky z karbid wolfram Výhody Redkované krotící síly na šrobovici šnek Vysoká dopravní kapacita při stejném výkon motor Erozní ochrana zdarma Láme částice během transportování Navařené na lopatkách šnekového dopravník Alfa Laval Slide 8

28

29

30 Filtrační odstředivky Klobová filtrační odstředivka s horním vyprazdňováním 1 odstředivka s pohonem, stojan, 3 přívod sspenze

31 Odstředivky s nožovým vyprazdňováním

32 Závěsná filtrační odstředivka s dolním vyprazdňováním ARO 1500 ZVU Hradec Králové 1 stojan, bben 3 závěr bbn 4 závěs ložení hřídele bbn 5 vyhrnovač 6 dělič sirobů 7 čidlo napoštění 8 napoštěcí mechanisms 9 rozdělovací žlab na sspenzi 10 poháněcí stejnosměrný elektromotor 11 ovládací panel 1 1 Pracovní frekvence otáčení je 100 min nebo 1500 min, plnící frekvence otáčení min, vyhrnovací frekvence otáčení min, počet pracovních cyklů se pohybje od 6 do 4 za hodin. Maximální výkonnost typ ARO 1500 s vnitřním průměrem bbn 1370 mm (s maximální náplní bbn 1500 kg) je až 790 t ckroviny za den, štítkový výkon poháněcího elekromotor činí 60 kw. Provoz odstředivky je atomaticky programově řízen, při zkošení cykl je možné rční řízení.

33 Kontinální filtrační odstředivky Filtrační odstředivka s plsačním vyprazdňováním 1 přívod sspenze, rozváděcí kžel, 3 bben odstředivky, 4 síto, 5 plsjící píst, 6 odvod filtrát, 7 výsypka, 8 hydralický válec, 9 přívod promývací vody, 10 výstp promývací vody

34 Schéma šnekové filtrační odstředivky 1 bben odstředivky, šrobové nože, 3 vynášecí bben

35 Třasadlová filtrační odstředivka 1 vibrjící bben, rozváděcí kžel

36 Kmitání rychloběžných hřídelí Statické a dynamické vyvážení Bezsilová osa rotace Statická nevyváženost Dynamická nevyváženost

37 Kmitání hřídele může být: Kritické otáčky n krit ohybové vyvolané proměnlivými příčnými silami, např. od nevyvážených rotjících hmot torzní způsobené periodicky proměnlivými krotícími momenty, např. moment tangenciální síly pístových strojů podélné tyto kmity mají obvykle velmi vysoko frekvenci, a proto neohrožjí hřídel Provozní otáčky hřídele: n n krit podkritický provoz nadkritický provoz n 0, 85n krit n 1, 5n krit

38 Ohybové kritické otáčky Jednohmotový systém kotoč hmotnosti m na hladkém nehmotném hřídeli konstantní thosti c. Frekvence vlastních příčných kmitů sostavy: Ω c m g y krit n krit y F l L 3EJ l y 3 F l 3EJ

39 Příklad: Závěsná filtrační odstředivka s dolním vyprazdňováním ARO 1500 ZVU Hradec Králové 1 stojan, bben 3 závěr bbn 4 závěs ložení hřídele bbn 5 vyhrnovač 6 dělič sirobů 7 čidlo napoštění 8 napoštěcí mechanisms 9 rozdělovací žlab na sspenzi 10 poháněcí stejnosměrný elektromotor 11 ovládací panel 1 1 Pracovní frekvence otáčení je 100 min nebo 1500 min, plnící frekvence otáčení min, vyhrnovací frekvence otáčení min, počet pracovních cyklů se pohybje od 6 do 4 za hodin. Maximální výkonnost typ ARO 1500 s vnitřním průměrem bbn 1370 mm (s maximální náplní bbn 1500 kg) je až 790 t ckroviny za den, štítkový výkon poháněcího elekromotor činí 60 kw. Provoz odstředivky je atomaticky programově řízen, při zkošení cykl je možné rční řízení.

40 Parametry odstředivky ARO 1500: hmotnost bbn m b = 300 kg hmotnost náplně bbn m v = 1500 kg ekvivalentní průměr hřídele D = 100 mm vyložení hřídele l L = 100 mm vzdálenost mezi ložisky (cca 1/3 vyložení) L = 400 mm materiál hřídele konstrkční ocel s modlem pržnosti E =, MPa Vypočtené hodnoty: kvadratický moment průřez hřídele J = D 4 /64 = 4, mm 4 statický průhyb hřídele od hmoty bbn y = 13 mm kritická úhlová rychlost krit = 7,4 s -1 ohybové kritické otáčky hřídele n krit = 4,4 s -1 = 6 min -1 n n krit