Аппарат для фильтрации сока I сатурации
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ им. К.Г. Разумовского
Кафедра «Машины, аппараты и процессы пищевых производств»
курсовой проект
по дисциплине «Технологическое оборудование отрасли
(сахарных и крахмалопаточных предприятий)»
Тема Аппарат для фильтрации сока I сатурации
Спецзадание Дисковый фильтр-сгуститель
ДГС производительностью
Выполнил студент, Ф.И.О.___ Гусева Диана Юрьевна__________________
Институт ____Технологий
пищевых производств___________________
Курс _____3________________________
Специальность________260100.62
Шифр ____________000614____________
Проверил__Андреев В.Н.__________________________
Москва, 2014
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………
1. Обзор литературы по
теме курсового проекта……………………
2. Технико-экономическое обоснование………………………………….17
3. Описание разрабатываемого дискового фильтра-сгустителя:
3.1. Назначение дискового фильтра-сгустителя……………………….19
3.2. Устройство дискового фильтра-сгустителя……………………….19
3.3. Работа дискового фильтра-сгустителя…………………………….
3.4. Техническая характеристика дискового фильтра-сгустителя……23
4. Расчетная часть:
4.1. Технологический расчет……………………
4.2. Конструктивный расчет………………………
4.3. Энергетический расчет………………………
4.4. Кинематический расчет………………………
Заключение……………………………………………………
Список использованной литературы…………………………………...30
Приложение (спецификации)…………………………………………
ВВЕДЕНИЕ
В жизни современного человека сахар – вещь настолько привычная и ординарная, что мало кто задумывается: что это такое и откуда взялся.
Сахар – съедобные кристаллы углевода, который называется сахароза. Она состоит из двух простых сахаров – глюкозы и фруктозы, которые можно встретить практически во всех фруктах и меде. Произведенная из разного сырья и представленная в любой форме сахароза всегда сладкая на вкус.
Слово «сахар» заимствовано из арабского – производные от «суккар» звучат примерно одинаково на многих языках мира. Но родиной сахара считается Индия, где пару тысяч лет назад коричневые кристаллики из сока сахарного тростника получили имя «саркара» (sarkara) – «сладкий».
Современная сахарная промышленность ведет свое начало с конца ХVIII века.
Первое упоминание о появлении сахара на Руси появилось в 1273г. Из-за высокой цены сахар много лет был предметом роскоши и, одно время, продавался в аптеках эквивалентно массе серебра. В 1718г. указом Петра I купцу П. Вестову было поручено строительство первой в России «сахарной мануфактуры». Вскоре в Петербурге возник сахарный завод по переработке привозного сахара-сырца. Затраты на приобретение сырья тяжелым бременем ложились на бюджет государства, поэтому в России усиленно вели поиск местных источников для получения сахара.
В 1792г. профессор И.Я.Биндгейм издал брошюру о выделении им из белой свеклы (которая считалась кормовой, огородной культурой) при помощи спирта небольшого количества сахара. В 1799г. И.Я.Биндгейм вместе с докладной запиской прислал в Медицинскую коллегию три образца сахара: в виде сахарной головы, белого сахара-песка и сахар-сырца.
Важную роль в создании технологии свекловичного сахара сыграл московский помещик Я.С.Есипов, который разработал оригинальную технологию получения из свеклы товарного сахара с очисткой свекловичного сока известью. Научные основы способа очистки свекловичного сока известью были разработаны русским академиком Т.Е.Ловицем. Этот способ в дальнейшем вытеснил кислотный способ, применявшийся за границей.
Современный сахарный завод – это крупное, хорошо оснащенное современной техникой предприятие, работающее круглосуточно в основном по непрерывной технологической схеме.
Важным направлением развития производственно-технической базы сахарной промышленности является реконструкция и расширение действующих сахарных заводов, что способствует существенному росту их производственных мощностей, повышению технического уровня и концентрации производства.
В данной курсовой работе будет рассмотрен аппарат для фильтрации сока 1 сатурации - дисковый фильтр-сгуститель ДГС.
I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Фильтры, применяемые в сахарном производстве, можно классифицировать по следующим основным характеристикам:
по характеру работы – периодического действия (фильтр-прессы, дисковые, тарельчатые фильтры) и непрерывного действия (вакуум-фильтры);
по способу создания разности давлений – под действием гидростатического давления столба суспензии (листовые, мешочные фильтры), под действием вакуум-насосов (вакуум-фильтры), под действием насосов (фильтр-прессы, дисковые и другие фильтры);
по взаимному направлению действия силы тяжести и движения фильтрата – перпендикулярное (фильтр-прессы, дисковые фильтры), совпадающее (фильтры с горизонтальными дисками), противоположное (вакуум-фильтры).
Кроме того, фильтры могут классифицироваться по конструктивным особенностям: форме расположению фильтровальной перегородки, способу удаления осадка, наличию или отсутствию устройств для промывки, обезвоживания и сушки осадка – и по другим признакам.
В качестве фильтровальной перегородки применяется ткань, керамика, металлические сита, а в качестве вспомогательного фильтровального материала – специальные наполнители.
Для сахарной промышленности характерно использование разнообразных фильтров.
Фильтры циклического действия
Предназначены для контрольной фильтрации сока I сатурации, фильтрации сока II сатурации и фильтрации сиропа с клеровкой.
Принцип действия фильтров состоит в том, что перед началом фильтрации необходимо иметь на опорной основе (перегородке) слой осадка, обеспечивающий получение чистого фильтрата. В патронных фильтрах (для рафинадных сиропов) этот слой наносят предварительно при помощи насосов, подающих в фильтр кизельгурную суспензию. В фильтр-прессах и дисковых фильтрах (для соков I и II сатураций) в начальный период фильтрация осуществляется под небольшим давлением через опорную основу до образования слоя осадка, при котором получается чистый фильтрат при максимальной скорости фильтрации. В случае получения мутного фильтрата в период образования начального слоя осадка его возвращают на повторную фильтрацию. Затем осуществляется непосредственно процесс фильтрации, продолжительность которого зависит от содержания твердых частиц в суспензии, их размеров и свойств фильтрата. Перед удалением осадка из фильтра его промывают от остатков фильтрата, после чего рабочий цикл снова повторяется.
Фильтр-пресс (рисунок 1.1)
Рисунок 1.1. Фильтр-пресс с гидравлическим зажимом
Фильтр-пресс состоит из: неподвижной передней стойки-лобовины 1; передвижной плиты – лобовины 5; задней стойки 12; шпренгелей-раскосов 6; рам 3; плит 2; сборника для фильтрованного сока 13; гидрозажима 8.
Патронный фильтр ПФ-20 (рисунок 1.2) состоит из: цилиндрического корпуса 9; конического днища 15; выпуклой крышки 4; плиты 7; фильтрующих патронов 10; коллекторов 17, 21; трубчатого каркаса 13; маховика 20 и серводвигателя 18.
Рисунок 1.2. Патронный фильтр ПФ-20
Техническая характеристика
Площадь поверхности фильтрации, м²………………………………...….20
Длина патрона, мм……………………………………………….………1620
Число патронов……………………………………………………..
Шаг трубок, мм…………………………………………………………....
Наружный диаметр патрона, мм………………………………………..…51
Внутренний диаметр корпуса фильтра, мм…………………….………1400
Высота фильтра, мм……………………………………………………...3875
Пробное давление, МПа…………………………………………….……..0,6
Максимальное рабочее давление, МПа…………………………….…….0,4
Вместимость фильтра, м³………………………………………………….4,0
Скорость фильтрации, м³/(м²*с)
для сока I сатурации………….…………………………………..
для сока II сатурации……………………..………….......
для сиропа……………………………………………………
Масса,
кг……………………………………………………………...…
Дисковый фильтр ФД-100 (рисунок 1.3) состоит из: корпуса 24; трубовала 7; фильтрующих элементов 3; приемника сока 28; соплового устройства 23; лопастного вала 12 для удаления осадка; привода трубовала 18 и привода лопастного вала 12.
Рисунок 1.3. Дисковый фильтр ДФ-100
Цикл фильтрации на ФД-100 состоит из следующих операций: фильтрации сока через элементы дисков с отложением осадка на поверхности элементов (частота вращения трубовала – n1 = 0,55 мин-1, лопастного вала – n2 = 48 мин-1), обессахаривания осадка с получением промоя, удаления осадка из фильтра струями воды.
Техническая характеристика фильтра
Производительность по свекле, т/сут……………………………………500
Поверхность фильтрации, м²……………………………………………..100
Частота вращения, об/мин
трубовала………………………………………………………
лопастного вала………………………………………………………...-
Мощность электродвигателя для привода трубовала, кВт……………...4,5
Масс, кг………………………………………………………………….
Фильтр с центробежным удалением осадка типа ФЦВО (рисунок 1.4) состоит из: корпуса 1; фильтрующих дисков 2; манометра3; термометра 4; мотора-редуктора 5;штуцеров для подвода 8 и отвода 9 сока; полого вала10 с отверстиями17; слоя кизельгура 15; верхней крышки.
Рисунок 1.4. Фильтр типа ФЦВО с центробежным удалением осадка
Принцип работы. Вспомогательный фильтрующий слой наносится на верхнюю часть дисков прокачиванием через фильтр суспензии кизельгура. Нефильтрованный сок поступает в фильтр, проходит через слой кизельгура, сито, отверстия в полом валу и уже в качестве фильтрованного сока уходит в сборник. Промывка и обдувка осадка происходят по тому же тракту, что и
фильтрование, но в
обратном направлении. Промытый
осадок удаляется под
Техническая характеристика фильтра ФЦВО
Поверхность фильтрации, м²……………………………………………..20
Число дисков………………………………………………………………
Давление внутри корпуса фильтра, Па
в начале
фильтрации………………………………………..2*
в конце
фильтрации………………………………………....
Скорость фильтрации, м³/(м²*с)
для сиропа…………………………………………....
для соков………………………………………………1,
Расход кизельгура, г/м²……………………………………………..500-800
Длительность цикла, ч………………………………………………….8-20
Мощность электродвигателя для вращения вала, кВт………..………...12
Частота вращения вала, об/мин…………………………………………240
Габаритные размеры, мм
высота………………………………………………………………
диаметр……………………………………………………………
Автоматизированный камерный фильтр-пресс ФПАКМ с механизированным зажимом плит (рисунок 1.5) (поверхность фильтрации F=2,5;5;10 и 25м2) предназначен для фильтрования тонкодисперсных суспензий-соков I и II сатураций, а также сиропов.
Фильтр-пресс состоит из: опорных щелевидных плит 2; фильтрующей ткани 3; уплотняющего резинового шланга 1; ножей для съема осадка 4; ножей подчистки 5; камеры регенерации ткани 6; поддонов 7; камеры для чистого фильтрата 8; камеры для суспензии 9.
Рисунок 1.5. Фильтр-пресс ФПАКМ
Принцип работы. Полный цикл работы фильтра состоит из следующих операций: подача жидкости в шланги и образование камер; фильтрование; промывка осадка; отжатие промытого осадка сжатым воздухом; подсушившие промытого осадка сжатым воздухом; удаление осадка и регенерация фильтрующей ткани.
Весь процесс фильтрования и вспомогательные операции автоматизированы и осуществляются по заданной программе. Предусмотрено также и дистанционное управление всеми операциями.
Цветность сока I сатурации, полученного на фильтре ФПАКМ, значительно ниже по сравнению с декантатом и в среднем составляет 0,68% к массе осадка. Влажность осадка сока I сатурации около 33%.
Фильтры листовые саморазгружающиеся ФиЛС-40, 60 и 100 (рисунок 1.6) изготавливаются двух модификаций: с цилиндрическим и прямоугольным корпусом. Последняя наиболее рациональная по использованию рабочего объема.
Рисунок 1.6. Листовой фильтр типа ФиЛС
ФиЛС состоит из: вертикального корпуса 4; коллекторных трубок 2 с фильтрующими элементами 3; конической части 7; крышки 1; сборника суспензии 9; напорных коммуникаций 5; коммуникаций частичного сброса осадка 6.
Принцип действия. Суспензия из напорного сборника, поступает в несколько патрубков для подвода суспензии, что обеспечивает ее равномерное распределение по сечению фильтра. Затем суспензия фильтруется через фильтрующие элементы, поступает в коллекторные трубки, направляется в сборник, а затем поступает в производство. Через заданный промежуток времени фильтрация приостанавливается, часть нефильтрованного сока направляется в сборники частичного опорожнения. Быстрый отвод суспензии создает разряжение в корпусе фильтра; в направлении, обратном фильтрованию, проходит вначале фильтрованный сок, а затем воздух, слой осадка отделяется от элементов и направляется в коническую часть фильтра. Циклы отделения осадка повторяются дважды.
Скорость фильтрации при этом – с = 0,27 × 10-3 м3/(м2 × с); полный цикл работы – τ = 15 ¸ 20 мин.
Техническая характеристика фильтров типа ФиЛС-100
Площадь поверхности фильтрования, м²………………………………100
Производительность по свекле, т/сут…………………………………..850
Средняя активная скорость фильтрования, м³/(м²*мин)…………..0,0084
Продолжительность цикла в режиме сгущения, мин…………………..46
в том числе активного фильтрования………………………………...38
Температура фильтруемого сока, ºС, не более………………………….95
Плотность сгущенной суспензии, кг/м³………………………………1300
Содержание твердой фазы в сгущенной суспензии, кг/м³, не менее...400
Избыточное давление фильтрования, МПа (кгс/см²)…………...0,07 (0,7)
Число двойных фильтровальных элементов…………………………....48
габаритные размеры, мм
А……………………………………………………………………...
Б………………………………………………………………………
В………………………………………………………………………
Масса, т……………………………………………………………………4,6
Вакуум-фильтр БШУ-40-3-10М (рисунок 1.7) состоит из: корпуса 23; привода барабана фильтра1,2,3; двух распределительных головок 5,16; барабана 10; промывного устройства 14; мешалки 21 для взмучивания осадка; привода мешалки 39,40; ножа для удаления осадка.
Принцип действия. Барабан фильтра вращается в корпусе (n = 0,118 ¸ барабана разделена на отдельные секции перегородками, каждая секция трубками соединена с подвижной головкой фильтра. Когда секция барабана погружена в суспензию, происходит фильтрация за счет разрежения, создаваемого конденсатором в правой распределительной головке, жидкая фаза суспензии при этом отводится, а на поверхности ткани этой ячейки отлагается слой осадка. Затем к секции через угол поворота барабана 360 подключается левая распределительная головка с более высоким разрежением. При этом на поверхности ткани этой секции толщина слоя осадка возрастает.
Процесс фильтрации в каждой секции происходит пока она находится в зоне фильтрации, остаточное давление Р = 0,045 ¸ 0,048 МПа. Далее секции барабана проходят зоны: подсушки, промывки и подсушки, зону продувки и удаления осадка.
Рисунок 1.7. Камерный вакуум-фильтр БШУ-40-3-10М
2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
В сахарном производстве широко применяются фильтрация и осветление для отделения твердых частиц от сатурационных соков и сиропов.
Оборудование для фильтрации и осветления предназначено для отделения осадка от сахарных суспензий при помощи пористых перегородок (ткань или металлическая сетка), задерживающих осадок и пропускающих жидкость. Движущей силой процесса фильтрации является разность давлений (DР) со стороны входа жидкости в поры фильтрующего слоя, состоящего из слоя осадка и перегородки, и выхода из него.
Для фильтрации суспензий сахарного производства применяются фильтры циклического действия, работающие под давлением, и вакуум-фильтры.
Для осветления сока I сатурации и сгущения осадка с последующей его фильтрацией и промывкой на вакуум-фильтрах применяются листовые саморазгружающие фильтры типа ФиЛС, дисковые сгустители ДГС и гравитационные многоярусные отстойники различных конструкций.
Типовая схема фильтрации предусматривает применение для фильтрации сока I сатурации листовых саморазгружающихся фильтров типа ФиЛС; для фильтрации и промывки сгущенной суспензии – вакуум-фильтров; для контрольной фильтрации сока I сатурации, фильтрации сока II сатурации и фильтрации сиропа с клеровкой – патронных и дисковых фильтров.
Классификация машин и аппаратов для фильтрации и осветления суспензий сахарного производства следующая: 1) фильтры циклического действия, работающие под давлением (фильтр-прессы камерные, патронные, дисковые, мешочные, гравиевые, ФПАКМ); 2) осветлители (ФиЛСы, дисковый сгуститель ДГС, отстойники гравитационные, гидроциклоны); 3) вакуум-фильтры (камерные и бескамерные).
В моей курсовой работе качестве базовой модели будет рассматриваться дисковый фильтр-сгуститель ДГС-59 производительностью 1000 т свеклы в сутки. В работе предполагается разработать аналогичную конструкции машину с производительностью 1100 т свеклы в сутки для завода с мощностью 7000 т свеклы в сутки.
3. ОПИСАНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ МАШИНЫ
3.1. Назначение дискового фильтра-сгустителя
Дисковые фильтры-сгустители предназначены для разделения сока I сатурации на две фракции – сгущенный осадок и осветленный сок. В них происходит отделение около 80% осветленного сока I сатурации, а сгущенная суспензия поступает на вакуум-фильтры.
3.2. Устройство дискового фильтра-сгустителя ДГС-59
Рисунок 3.2.1. Дисковый фильтр-сгуститель ДГС-59
Дисковый фильтр-сгуститель ДГС-59 (G = 1000 т/сут) (рисунок 3.2.1.) состоит из: корпуса 1; полого вала 3 с дисками из 10 фильтрующих элементов; распределительных головок 4; карманов 5; смесителя 7; ленточного шнека 23 для удаления осадка; приводов трубовала 20 и ленточного шнека 24.
3.3. Работа дискового фильтра-
Внутри корпуса 1 сгустителя установлен на опорах полый вал 3. Вал приводится во вращательное движение от привода 20.
На полом валу расположены фильтрующие элементы 11, составляющие диски 6. В каждом диске имеется по десять фильтрующих элементов, которые соединены с каналами 10 вала при помощи носков и гнезд. Элементы прижимаются к валу шпильками 9 и специальными накладками. В полом валу, состоящем из отдельных секций, имеется десять каналов, что соответствует количеству элементов в диске. По концам вала установлены распределительные головки 4, имеющие неподвижную 27 и подвижную 26 части. Подвижная часть соединяется своими отверстиями с каналами трубовала, по которым отводится отфильтрованный сок из отдельных фильтрующих элементов к неподвижной части распределительной головки, а из нее по трубам 17 в производство.
Для удаления осадка с поверхности фильтрующих элементов в зоне отдувки установлены скребки 16 с каждой стороны диска. Осадок сползает с элементов и карманами 5 направляется в смеситель 7. В смесителе расположен ленточный шнек 23 с правым и левым витками, который направляет суспензию к выходному штуцеру 13. Ленточный шнек приводится во вращательное движение от привода 24.
Нефильтрованный сок I сатурации поступает через патрубок 25. Уровень сока в фильтре контролируется при помощи сокоуказательного стекла 2, а давление измеряется в сборнике 22. Для определения температуры сока в фильтре имеется термометр 19. Давление в зонах фильтрации показывают манометры 21. Плотность удаляемого осадка из фильтра контролируется плотномерами 14 и 15.
Опорожнение фильтра осуществляется через штуцер 12.
Для установки фильтрующих элементов на валу фильтра и замены ткани на них имеются люки с крышками 18. Для облегчения открытия крышек они снабжены противовесами 8.
Принцип действия фильтра-сгустителя заключается в следующем. В неподвижной части распределительной головка имеются четыре дугообразных выреза 1, 2, 3 и 4, которые делят поверхность фильтрации дисков на четыре зоны: зоны F1, F2 и F3 служат для фильтрации сока I сатурации, а зона S – для регенерации слоя осадка, образовавшегося на элементах, обратным током фильтрованного сока. Угол фильтрации первой зоны составляет 80º, а площадь фильтрации – 22м², второй - 90º и 25м², третьей - 150º и 42м² и четвертой - 40º и 11м² соответственно. Следовательно, активная площадь поверхности составляет 89м² (общая 100м²), или 89%.
Рисунок 3.3.1
Поверхность фильтрации разделена на зоны так, чтобы в каждой зоне поддерживался определенный полезный перепад давления, обеспечивающий фильтрацию сока. Дело в том, что после удаления осадка с поверхности фильтрующих элементов скорость фильтрации может значительно увеличиться, и в фильтрованный сок будут поступать частицы осадка. Чтобы этого не произошло в первых двух зонах поддерживается противодавление: в первой зоне ⅔а во второй ⅓ от общего давления в корпусе сгустителя, составляющего около 0,12МПа.
Величина давления в корпусе сгустителя, противодавление по зонам, перепад давления в зоне отдувки, а также необходимая плотность сгущенной суспензии, удаляемой из фильтра, поддерживается автоматически.
Фильтрующий элемент фильтра-сгустителя ДГС-59 изображен на рисунке 3.3.2.
Рисунок 3.3.2
Состоит он из сварного желобчатого каркаса 1, к которому внизу приваривается носок 9. Опорной поверхностью для холста служит зигзагообразная металлическая лента 4, которая закрепляется в каркасе. Верхняя часть каркаса имеет желобок. Мешки 2 сшиваются из холста и надеваются на каркас фильтрующего элемента. Верхние свободные концы мешка закрепляются в желобке каркаса при помощи жгута 7 и клина 12.
Элемент устанавливается в гнездо трубовала 11 и с двух сторон закрепляется шпильками 5 и направляющими дугами 3, имеющими выступы 8. Отдельные дуги соединяются в замок, боковые поверхности их являются направляющими для скребков, снимающих осадок с боковой поверхности фильтрующих элементов. Затяжка производится гайками 6.
Сок из отдельных элементов отводится по каналам 10 трубовала к распределительным головкам.
Опорная поверхность для холста может быть выполнена в виде многослойной металлической сетки или рифленой поверхности, изготовленной из температуроустойчивых пластмасс или легких металлических сплавов.
Производительность дискового фильтра-сгустителя по свекле:
,т/сут
где F – общая площадь поверхности фильтрации, м2; к – конструктивный коэффициент, к = 0,9; с – скорость фильтрации, м3/(м2 × с); r - плотность сока, r = 1060 кг/м3; Р – количество фильтрованного сока I сатурации, % к массе свеклы; m - доля сока отфильтрованного на сгустителях, m = 80% к количеству сока I сатурации.
3.4 Техническая характеристика фильтра-сгустителя ДГС-59
Производительность по свекле, т/сут…………………………………1000
Поверхность фильтрации, м²
общая…………………………………………………………………
активная…………………………………………………………
Скорость фильтрации, м³/(м²*с)………………………………….0,13*10
Поверхность продувки, м²………………………………………………..11
Максимальное рабочее давление, МПа…………………………………0,2
Частота вращения трубовала, об/мин…………………………0,125-0,650
Вместимость, м³
фильтра……………………………………………………………
приемника сгущенной суспезии……………………………………..6,5
Электродвигатель для привода трубовала
мощность, кВт…………………………………………………………2,8
частота вращения (синхронная), об/мин…………………………..1000
Электродвигатель для привода ленточного шнека
мощность, кВт…………………………………………………………1,7
частота вращения (синхронная), об/мин…………………………..1500
Частота вращения ленточного шнека, об/мин…………………………..36
Габаритные размеры, мм
длина…………………………………………………………………
ширина………………………………………………………………

- Аппарат (механизм) государства
- Аппарат (механизм) государства
- Аппарат (механизм) государства и принцип разделения властей
- Аппаратная и программная организация сервера
- Аппаратная реализация микроконтроллеров на базе нечёткой логики
- Аппаратная часть современного ПК: Дисковые устройства
- Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
- Аппарат государства
- Аппарат государства и механизм разделения властей
- Аппарат государства и принцип разделение властей
- Аппарат государственной власти
- Аппарат государственной власти и его структура
- Аппарат государственной власти и его структура
- Аппарат для гальванизации и лекарственного электрофореза «Поток 1» ГЭ – 50 – 2