123809 (Проект реконструкции отделения "белой фильтрации" для ЗАО "Крымский Титан"), страница 5

поверхность фильтрования, F - 192м²

толщина осадка ГДТ, δ - 35мм

плотность влажного осадка , ρ₀ - 1330кг/м³

влажность отфильтрованного

осадка , W - 68%

время цикла фильтрования, τ_ц - 3,3 ÷ 5,25ч

Масса влажного осадка, отлагающегося на единице поверхности фильтрования за время фильтрования:

т_ос= ρ₀ ∙ δ = 1330 ∙ 0,0035 = 46,55кг/м²

Удельная производительность фильтра по сухому осадку:

Q_ос=

Q_ос1=

Q_ос2=

Q_ос=2, 84 ÷ 4, 5 кг/м²ч

Согласно исходным данным в 1кг пасты ГДТ содержится 0,81кг TiO₂.

Тогда удельная производительность фильтра по TiO₂ будет равна:

Q_{ос TiO2}= Q_ос∙0.81 = 2.3 ÷ 3.65 кг/м²ч

Часовая производительность цеха по TiO₂ равна 1700кг/ч.

Необходимое количество фильтровальных пакетов (в зависимости от времени фильтровального цикла):

n₁ =

n₂ =

3.2. Выбор конструкционного материала

В химическом машиностроении в качестве конструкционных материалов применяют черные металлы и сплавы (стали, чугуны). Цветные металлы и сплавы, неметаллические материалы (пластмассы, материалы на основе каучука, керамику, углеграфитовые и силикатные материалы).

Специфические условия эксплуатации химического оборудования, характеризуемые широким диапазоном давлений и температур при агрессивном воздействии среды, определяют следующие требования к конструкционным материалам:

высокая химическая и коррозионная стойкость материалов агрессивных средах при рабочих параметрах;

высокая механическая прочность при заданных рабочих давлениях, температуре и дополнительных нагрузках, возникающих при гидравлических испытании и эксплуатации аппаратов;

хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений;

низкая стоимость и недефицитность материалов.

Стали имеют наибольшее применение в химическом машиностроении, так как они лучше других материалов удовлетворяют перечисленным требованиям.

Для изготовления сосудов и аппаратов рекомендуется применять сталь, выплавленную в мартеновских и электрических печах, а в отдельных случаях - сталь кислородно-конверторного про­изводства.

По химическому составу и механическим свойствам материалы должны удовлетворять требованиям ГОСТов, ТУ и ОСТ 26-291-71. Качество и характеристики материалов должны быть подтверждены заводом-поставщиком в соответствующих сертификатах. При проектировании аппаратов необходимо проверить соответствие качества выбранного материала требованиям ОСТ 26-291—71.

Сталь углеродистая обыкновенного качества поставляется по

ГОСТ 380-71 (сортовая, фасонная, листовая, широкополосная, трубы, поковки, ленты, проволока и т. д.) и применяется при изготовлении обечаек, днищ, фланцев, люков, лазов, патрубков и других деталей аппаратов, работающих в интервале температур от -20 до +425°С и давлении до

5 МПа.

В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик сталь подразделяется на три группы:

А -поставляемую по механическим свойствам;

Б -поставляемую по химическому составу;

В -поставляемую по механическим свойствам и химическому составу.

Кроме того, по группе А введены три, по группе Б - две и по группе В - шесть категорий стали.

Стали изготовляют следующих марок:

группы А -СтО; Ст1, Ст2,..., Ст6;

группы Б -БСтО, БСт1,..., БСт6;

группы В -ВСт1, ВСт2,..., ВСт5.

Сталь всех групп с номерами марок 1, 2, 3, 4 по степени раскисления изготовляют кипящей (кп), полуспокойной (пс), спокойной (сп), а с номерами 5 и 6 - полуспокойной и спокойной.

В обозначениях марок сталей буквы «Ст» означают «сталь», цифры от 0 до 6 -условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств; буквы Б и В перед обозначением марки означают группу стали (в обозначении марки стали группы А букву А не указывают). Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы: кп, сп, пс.

Для обозначения категории стали к обозначению марки, добавляют в конце номер соответствующей категории. Например, СтЗсп2, БСтЗкп2, ВСтЗпс2, ВСтЗспб. Первую категорию в обозначении марки не указывают (например, ВСт2сп).

Стали качественные углеродистые конструкционные ГОСТ 1050-74 и 5520-69 применяют для изготовления сварных эмалированных аппаратов, корпусов, днищ, трубных пучков теплообменников, змеевиков и других элементов аппаратов, работающих в интервале температур от -20 до +475°С при давлении до 10 МПа с неагрессивными и малоагрессивными средами.

По ГОСТ 1050-74 изготовляют стали: 05кп; 08кп; 08пс; 08; 10кп; 10пс; 10; 15кп; 15пс; 15; 20кп; 20пс; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 58; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 60Г; 65Г; 70Г.

Рекомендуется применять стали марок 10, 15, 20

(ГОСТ 1050-74) и 12К, 15К, 16К, 18К, 20К (ГОСТ 5520-69) для изготовления аппаратов и сосудов, работающих под давлением при температуре от -20 до +475° С.

Стали легированные конструкционные (ГОСТ 4543-71) содержат легирующих компонентов от 2,5 до 10% и применяются для изготовления обечаек, днищ, фланцев, трубных решеток, крепежных и других деталей аппаратов, работающих в интервале температур от -40 до +560°С при давлении до 10 МПа, а также для изготовления тяжело нагруженных деталей машин (шестерен, коленчатых валов, осей, штоков, роторов центрифуг, пружин и т. д.).

На заводах используют следующий сортамент:

сталь толстолистовая по ГОСТ 11269-65 (25ХГСА, ЗОХГСА, 30ХГСН2А) и тонколистовая по ГОСТ 1542-71;

поковки из сталей марок 20Х, 15ХМ, 30ХМА, 40Х;

трубы по ГОСТ 550—58 и МРТУ 14-4-21-67 из стали 15ХМ.

В зависимости от химического состава и свойств сталь делится по ГОСТ 4543-71 на три категории: качественная; высококачественная - А; особо высококачественная - Ш.

Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 5632-72) применяют для изготовления элементов машин и аппаратов, работающих в интервале температур от -253 до +600°С при повышенных давлениях и агрессивных средах. Сталь поставляется в виде листов (ГОСТ 7350-66).

Двухслойные стали (ГОСТ 10885-64) находят все большее применение, так как позволяют экономить дорогостоящие высоколегированные стали. Они представляют собой листы, состоящие из двух гомогенно соединенных слоев: основного из недифицитной стали и плакирующего (защитного) из высоколегированной стали. Толщину основного слоя определяют по расчетам на прочность, а толщину плакирующего слоя принимают обычно равной 2- 5 мм.

В настоящее время наиболее распространены двухслойные стали, с основным слоем из сталей 10, ВСтЗсп2 -ВСтЗспб, 15К, 20К, 16ГС, 09Г2С, 10ХСНД, а плакирующим - из сталей 08X13, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 10Х14П4Н4Т, 10Х17Н13МЗТ, 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15МЗТ, 06ХН28МДТ.

В соответствии с ГОСТ 10885-64 двухслойные листы поставляют толщиной от 4 до 160 мм.

Конструкционные материалы, используемые в установке:

Рама и опоры фильтра изготавливаются из стали марки Ст3, так как они не вступают в контакт с агрессивной средой.

Ресивер фильтра изготавливается из полипропилена, так как фильтрат, с которым он контактирует, является агрессивной средой.

Листы фильтровальные изготавливаются из полипропилена, так как суспензия гидратированной двуокиси титана является агрессивной.

Трубы Ду 20, предназначенные для соединения фильтровальных листов с ресивером изготавливаются из полипропилена, так как они работают в агрессивной среде.

Все узлы присоединения к вакуумной системе изготавливаются из сплава 06ХН28МДТ.

Всасывающие трубы для отвода фильтрата изготавливаются из хромоникелевой стали марки X 8, так как среда агрессивная.

Корпус ванны изготавливается из углеродистой стали марки Ст. 3,так как он не контактирует с агрессивной средой, а само корыто изнутри гуммируется.

Все задвижки изготавливаются хромоникелевым литьём из стали марки Х12.

4. Конструкторский раздел

4.1. Определение основных параметров фильтра

Зная полную поверхность фильтрации F₀=772,7 м² выбираем по ГОСТ 5748-68 стандартную установку фильтрации на листовых вакуум – фильтрах с площадью фильтрации F=192м².Фильтрование на них производится в две стадии. Поэтому для заданной производительности необходимо установить по 4 фильтра на каждую стадию.

Техническая характеристика фильтра:

поверхность фильтрации одного листа f=5,7м²

количество листов в пакете n=34шт

объём ресивера V=1.65м³

масса фильтра в сборе m=8160кг

габаритные размеры д×ш×в-8200×1960×2800мм

4.2. Расчет переливного устройства ванны

Расход через переливное устройство ванны набора осадка

При вакууме 0,6кг/см² ÷ 0,789кг/см²

сопротивление осадка ά _ср.=578,2∙10³м/кг;

сопротивление фильтрующей перегородки R_ф.п. = 517,5∙10⁹1/м

масса твердой фазы, отлагающейся при получении единицы объема фильтра g_т=214,6кг/м³

объем фильтрата, полученный с единицы поверхности в период опускания пакета в ванну:

V¹=0,0057м³/м²

Отношение объема отфильтрованного осадка к объему полученного фильтра:

U=

Где С=16,3 - содержание твердой фазы в суспензии, % к массе

Ρ_ж=1800кг/м³ – плотность жидкой фазы суспензии

U=

Толщина осадка, отложившегося на фильтре в период опускания, в среднем на высоте листа:

δ_ос=U∙V¹=0,5∙0,0057=0,0028м

При опускании пакета в ванну из нее через перелив будет вытесняться объем суспензии:

V_пер= ;

где δ_р=0,03м – толщина фильтровального листа

V_пер= ;

Время опускания пакета:

τ=

где h=1,5м – высота фильтровального листа,

U_крана=0,3м/мин – скорость опускания крана

Общий расход суспензии, уходящей в перелив из наборной ванны в период опускания

Q_пер = ,

где Q_подачи=72м³/ч=0,02м³/с – производительность насоса

Расход через переливное устройство промывной ванны

Принимаем толщину набранного осадка δ_ос=0,04м

Объем вытесненной из ванны суспензии

V_пер= =

Общий расход суспензии, уходящей в перелив:

Q_пер= =

Ширина переливной кромки

Расчет ведем по формуле:

Q=m_o∙b∙√2g∙H^3/2,

где Q=0,052н³/с - максимальный расход

M_о=0, 46 - коэффициент расхода

В - ширина водослива

H=0,07м-предельно допустимый напор, определяемый конструкцией и размерами фильтра:

b= =

4.3. Диаметр сливных штуцеров из переливных карманов

Принимаем 2 штуцера D=150мм

Расчет ведем по формуле:

Q₁= μ ∙ ω ∙ √2gH

Где μ=0,65-коэффициент расхода

ω=0,785∙0,15²=0,0176м²-площадь поперечного сечения штуцера

Q₁= расход

H – напор над осью штуцера:

H=

4.4. Расчет трубопроводов отвода фильтра

Расход фильтрата при наборе осадка

Мгновенная начальная скорость фильтрования:

U_мгн= ,

Где ΔР=0,7∙98,1км/м^с-перепад давлений

Μ=0,67∙10^-с км ∙ с/м²-коэффициент вязкости:

U_мг=