Каталог страниц / Это интересно / Основы фильтрации. Научно-техническая статья. Часть 2
4. Система оценки эффективности фильтров с помощью коэффициента фильтрации Бета (β)
Несмотря на то, что абсолютная тонкость фильтрации намного понятней и полезней номинальной, более новой системой для оценки эффективности фильтров является определение коэффициента фильтрации – Бета (β). Коэффициент фильтрации Бета определяется с помощью «теста OSU F-2 для определения характеристик фильтра», разработанного Оклахомским государственным университетом. Разработанный изначально для тестирования фильтров масел гидравлических и смазочных систем, тест был приспособлен корпорацией Pall для быстрого полуавтоматического тестирования фильтров для различных жидкостей, в т. ч. на водной основе и масел.
Система оценки эффективности фильтров по коэффициенту фильтрации проста по идее и подходит для измерения и прогнозирования характеристик самых разных фильтрующих элементов в определенных условиях тестирования.
Если в потоке до фильтра и за ним посчитать все частицы тестового загрязнения для нескольких различных размеров частиц, то для любого фильтрующего элемента можно построить профиль эффективности фильтрации. На рис. 9 показана установка для однопроходного теста определения коэффициента фильтрации Бета.
Рисунок 9. Схема установки для однопроходного теста коэффициента фильтрации бета (β).
Коэффициент эффективности фильтрации определяется следующим образом:
β = количество частиц определенного размера перед фильтром / количество частиц определенного размера после фильтра.
Эффективность фильтрации частиц определенного размера в процентах может быть получена непосредственно из коэффициента β:
Эффективность фильтрации % = (β-1)/β × 100.
Соответствие между β и эффективностью фильтрации в процентах приведена в таблице ниже.
|
β |
Эффективность фильтрации % |
|
1 |
0 |
|
2 |
50 |
|
10 |
90 |
|
100 |
99 |
|
1.000 |
99,9 |
|
10.000 |
99,99 |
|
100.000 |
99,999 |
Обычно β = 5.000 – 10.000 можно использовать в качестве действующего определения абсолютной эффективности фильтрации.
Коэффициент β позволяет сравнивать эффективность различных фильтрующих элементов по частицам разных размеров с помощью значимой информации. На рис. 10 приведены типичные графики β для трех различных фильтроэлементов.
Рисунок 10. Графики зависимости коэффициента β от размера частиц тестового загрязнения
Правильный выбор фильтра
Наиболее важными факторами, которые необходимо принять во внимание при выборе фильтра для конкретного применения являются: размер, форма и твердость подлежащих удалению частиц, количество этих частиц, тип и объем фильтруемой жидкости, рабочий расход, характер расхода (постоянный, переменный и/или неравномерный), давление в системе, а также химическая совместимость фильтрующего материала с жидкостью, температура жидкости, свойства самой жидкости, доступное пространство для размещения частиц загрязнения (пористость) и требуемая эффективность фильтрации. Рассмотрим, как некоторые из этих факторов влияют на выбор фильтра.
1. Тип фильтруемой жидкости
Материалы, из которых изготовлен фильтрующая среда, каркас фильтроэлемента и корпус фильтра должны быть совместимыми с фильтруемой жидкостью. Жидкости могут вызвать коррозию металлического сердечника сменного фильтроэлемента или корпуса фильтра, а продукты коррозии, в свою очередь, загрязнить фильтруемую жидкость. Поэтому важно знать, что входит в состав фильтруемой жидкости: кислота, щелочь, водная или масляная основа, присутствуют ли растворители и т. д.
2. Расход
Расход представляет собой движение объема жидкости в единицу времени (единицы измерения – мл/мин, л/мин, галлон/мин и т. д.) и зависит от двух основных параметров – давления [P] и сопротивления [R]. Расход прямо пропорционален давлению и обратно пропорционален сопротивлению. Следовательно, при постоянном R расход растет с увеличением P. При постоянном P расход растет с уменьшением R.
Давление в системе может создаваться несколькими разными источниками. Измеряется давление в барах, килопаскалях (кПа) или фунтах на квадратный дюйм (psi). Если давление увеличивается, то при прочих равных условиях расход жидкости будет также расти.
Вязкость – это сопротивление жидкости перемещению молекул жидкости между собой. Другими словами – это мера густоты жидкости или сопротивления жидкости потоку. Вода, эфиры и спирты обладают низкой вязкостью; тяжелые масла и сиропы – высокой. Вязкость непосредственно влияет на сопротивление. Если все остальные параметры неизменны, то двукратное увеличение вязкости фильтруемой жидкости приведет к двукратному увеличению гидравлического сопротивления фильтра. Следовательно, если вязкость жидкости растет, то для поддержания постоянного расхода необходимо увеличение давления. Динамическая вязкость измеряется в сантипуазах. 1 сПз (сантипуаз) — это вязкость воды при температуре 21°C.
3. Температура
Температура, при которой происходит фильтрация, может одновременно влиять на вязкость жидкости, на скорость коррозии корпуса фильтра и на совместимость фильтрующего материала с фильтруемой жидкостью. Обычно с ростом температуры вязкость жидкостей уменьшается. Если вязкость жидкости очень высока, то для улучшения фильтрации может оказаться полезным предварительный подогрев жидкости нагревателями, устанавливаемыми в системе фильтрации. При выборе фильтра важно учитывать вязкость жидкости именно при ее предполагаемой рабочей температуре.
Высокая температура способствует ускорению коррозии, а также ослабляет уплотнения корпусов фильтров. Довольно часто фильтрующие материалы фильтроэлементов не способны выдерживать высокие температуры, особенно, в течение длительного времени. Это является одной из причин, по которой во многих случаях следует применять пористые металлические фильтроэлементы.
Все, через что протекает жидкость вносит свой вклад в общее сопротивление потоку жидкости. Общее падение давления складывается из падений давления на трубопроводах, соединениях трубопроводов, а также на фильтре.
Гидравлическое сопротивление чистого фильтра складывается из сопротивлений его корпуса, каркаса фильтроэлемента и фильтрующего материала. Для жидкости определенной вязкости фильтрующий материал с меньшими размерами пор или каналов будет создавать больше сопротивление потоку. При протекании жидкости через фильтр, результатом является падение давления и давление в линии за фильтром становится меньше. Падение давления на фильтре называется дифференциальным давлением или ΔP. Таким образом, на практике можно использовать любой из терминов: перепад давления, падение давления, дифференциальное давление или ΔP. Все эти термины являются синонимами.
При одинаковом расходе дифференциальное давление на фильтре будет выше, если выше гидравлическое сопротивление фильтрующего материала. Так как поток направлен всегда в сторону более низкого давления, дифференциальное давление будет способствовать течению жидкости. Это то самое дифференциальное давление, которое, преодолевая сопротивление фильтра, заставляет жидкость проходить через него.
В предыдущих рассуждениях мы считали, что в жидкости совершенно нет твердых примесей. В реальности же в гидравлических системах всегда присутствуют посторонние частицы. Работа фильтра заключается в задержании частиц загрязнения, поэтому задержанные частицы частично или полностью перекрывают поры или ячейки фильтрующего материала, увеличивая гидравлическое сопротивление фильтра и перепад давления ΔP.
Следовательно, выбирая фильтр, нужно позаботиться и об источнике, способном создать достаточное давление не только для преодоления начального сопротивления фильтра, но и для поддержания требуемого расхода жидкости вплоть до полного использования эффективной грязеемкости фильтра, означающей максимально допустимое перекрытие пор фильтрующего материала.
Типичная экспоненциальная зависимость падения давления на фильтроэлементе от количества накопленных загрязнений показана на рис. 11.
Обычно большая часть грязеемкости фильтроэлемента расходуется до резкого увеличения падения давленя. Следовательно, для максимального использования ресурса фильтрующего элемента (грязеемкости) источник давления в системе должен обеспечивать давление не меньше перепада ΔP в районе резкого изгиба показанной на рис. 11 зависимости.
Рисунок 11. Типичная зависимость падения давления на фильтроэлементе от грязеемкости
Максимально допустимый перепад давления на фильтроэлементе – значение, превышение которого ради поддержания требуемого расхода жидкости может привести к разрушению фильтрующего элемента. Предельное значение перепада давления всегда указывается производителем фильтра.
При выборе источника давления следует учитывать, что гидравлическое сопротивление фильтра складывается из постоянного сопротивления таких компонентов, как корпус фильтра и каркас фильтрующего элемента и из переменного сопротивления фильтрующего материала и фильтрующего намывного слоя (фильтрующего пирога). Так как фильтрация протекает при постоянном расходе, перепад давления на фильтре, складывающийся из постоянной и увеличивающейся переменной составляющей, будет увеличиваться. Переменная составляющая постепенно растет – до тех пор, пока фильтрующий материал не заблокируется полностью и перестанет пропускать жидкость или пока он не разрушится механически. Возможный перепад давлений, обеспечиваемый насосом, должен перевешивать обе составляющие как минимум до полного блокирования фильтра.
Если в линии за фильтром присутствует гидростатический напор, как, например, в случае приподнятой относительно фильтра приемной емкости, он должен быть преодолен, но не за счет ограничения преодолеваемого перепада давлений на фильтре. В таких случаях за фильтром необходимо устанавливать обратный клапан, исключающий возможность повреждения фильтроэлемента обратным давлением.
Как уже замечено выше, перепад давления на фильтре можно снизить, используя фильтр большего размера. Такой подход обычно более выгоден экономически для непрерывных технологических процессов, т. к. эффект от увеличения пропускной способности такого фильтра часто растет быстрее расходов на большее количество фильтроэлементов в больших корпусах (см. далее).
5. Площадь поверхности фильтрации
Из предыдущего раздела о перепаде давления должно быть понятно, что ресурс фильтра напрямую связан с грязеемкостью, которую NFPA определяет как «массу определенного искусственного загрязнителя, который должен быть добавлен в поток перед фильтром для создания заданного дифференциального давления на фильтре при определеных условиях». Хотя грязеемкость можно определять, используя любой загрязнитель с определенными свойствами, для этой цели чаще всего используют мелкодисперсную тестовую пыль (ACFTD).5
5 Полный перепад давления на фильтре со сменным фильтроэлементом определяется суммой перепадов давлений на корпусе, фильтрующем материале и сердечнике фильтрующего элемента. Для упрощения в этом примере рассматривается перепад давления только на компонентах с переменным гидравлическим сопротивлением, но не учитываются перепады давлений на корпусе фильтра и сердечнике фильтроэлемента (компоненты с постоянным гидравлическим сопротивлением). Вклад в общий перепад давления компонентов с постоянным гидравлическим сопротивлением уменьшается с увеличением размеров фильтра, но это в данном случае не очень важно.
Ресурс большинства сетчатых фильтров и фильтров с фиксированными порами существенно увеличивается при увеличении площади поверхности фильтрации. В действительности это соотношение может быть пропорционально квадрату соотношения площадей. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим два фильтра из одинакового фильтрующего материала (соответственно, с одинаковым предельным перепадом давления), фильтрующих одну и ту же жидкость при одинаковых расходах (рис.12).
Площадь первого фильтра (рис. 12а) равна 1 м², и за определенное время на фильтрующем материале образуется фильтрующий слой из загрязнений толщиной «t». Предположим, что перепад давлений на фильтрующем элементе увеличился до установленного предельного значения 2 бара, т. е. ресурс фильтра исчерпан.
Теперь давайте сравним этот фильтр с фильтром вдвое большей площади (рис. 12б) и определим ресурс второго фильтра. При идентичном расходе жидкости этот фильтр накопит вдвое больше загрязнений при той же толщине фильтрующего слоя из загрязнений.
Но при этом его ресурс не будет исчерпан, т. к. перепад давлений составит только 1 бар. Максимально допустимый перепад давлений 2 бара будет достигнут только при толщине фильтрационной корки 2t, т. е. при количестве накопленных загрязнений в 4 раза больше, чем в случае фильтра с вдвое меньшей площадью. Следовательно, увеличение площади поверхности фильтрации в два раза влечет четырехкратное увеличение ресурса фильтра.
Рисунок 12. Эффект фильтрующего слоя. Преимущество при большей площади фильтрации
Преимущество выбора фильтра с большей площадью поверхности фильтрации можно показать следующей формулой:
Пусть T = максимальная пропускная способность жидкости для фильтра с площадью фильтрации А,
тогда:
Т1 = T2(A1/A2)n,
где n больше или равно 1 и меньше или равно 2.
Эта зависимость показана графически на рис. 13. Из графика видно, что при снижении плотности потока (л/мин/м²), максимальная пропускная способность жидкости увеличивается. При условии постоянства расхода (л/мин) кратность плотностей потоков будет просто равна кратности площадей в степени n в точном соответствии с зависимостью, показанной выше.
Рисунок 13. Зависимость ресурса фильтра от плотности потока
Показатель увеличения ресурса (n) будет приближаться к 2 при следующих условиях:
а) Фильтрующий слой не может уплотняться. Если фильтрационный слой может уплотняться, параметр n будет стремиться к 1.
б) Сформированная фильтрующий слой не становится более тонким фильтром по сравнению с самим фильтрующим материалом (т. е. по мере роста фильтрующий слой не задерживает более мелкие частицы примесей). Если фильтрующй слой работает как фильтр более тонкий по сравнению с самим фильтроматериалом, n будет стремиться к 1.
с) Задержанные частицы имеют примерно одинаковые размеры.
Из вышеизложенного очевидно, что увеличение площади фильтрации даст как минимум пропорциональное увеличение ресурса фильтра. При удачном стечении обстоятельств кратность увеличения ресурса может достигнуть квадрата кратности увеличения площади фильтрации. Во многих, если не в большинстве случаев, пользователь фильтра может со временем получать экономию средства при высокой начальной стоимости большего фильтра!
Увеличение площади фильтрующего материала требует увеличения корпуса фильтра (резервуара или сосуда под давлением). Конечно же, существуют практические ограничения размеров корпуса фильтра.
Именно поэтому корпорация Pall в некоторых типах фильтров для размещения фильтрующего материала большей площади в небольшом объеме использует веерообразное и серповидное гофрирование фильтрующего материала, сохраняя таким образом небольшие размеры корпусов и минимизируя стоимость фильтров. На рис. 14 схематически показан фильтроэлемент с гофрированным фильтрующим материалом. Из схемы видно, что при одинаковых габаритах фильтроэлемента (70 мм х 254 мм) площадь поверхности гофрированного фильтрующего материала более, чем в 13 раз больше, чем обычного.
Рисунок 14. Схема сменного фильтроэлемента с гофрированным фильтрующим материалом
Если использовать гофрированный фильтрующий материал невозможно, требуемый ресурс фильтра можно обеспечить за счет применения встроенных или отдельных предварительных фильтров.
6. Объем пустот
Объем пор или пустое пространство фильтрующего материала, является его важнейшей характеристикой. Фильтрующий материал с наибольшим объемом пор при прочих равных условиях будет наилучшим выбором с точки зрения наибольшего ресурса и наименьшего начального удельного перепада давления на чистом материале на единицу толщины материала. На рис. 15 показана связь между объемом пор материала и диаметром волокон.
Рисунок 15. Зависимость объема пор от диаметра волокон при одинаковом размере пор
Для одинакового размера пор объем пор больше при меньшем диаметре волокон. При разработке каждого конкретного фильтра должны учитываться и другие факторы, такие как его прочность, сжимаемость фильтрующего материала, влияющая на уменьшение объема пор под действием давления, стоимость фильтрующего материала и конструкции фильтроэлемента, и т. д.
7. Эффективность фильтрации
Естественно, что фильтр должен обладать способностью удалять из жидкости загрязнения с такой эффективностью, которая предусмотрена конкретным технологическим процессом. После определения размеров частиц примесей, которые должны быть удалены, можно уже выбирать фильтр с требуемыми для конкретной задачи характеристиками. Выбор фильтра с размерами пор меньше необходимого может быть неправильным экономически. Нужно помнить, что более тонкий фильтр потребует более частой замены, и, следовательно, больших затрат!
Нужно также помнить, что выбранный фильтр должен не только задерживать частицы из жидкости, но и удерживать их. Как было замечено выше, фильтрующие материалы, поры которых могут увеличиваться под действием увеличивающегося перепада давления, могут выпускать накопленные загрязнения. Элемент с фиксированными порами означает выбор материала, структура которого не нарушается при резких изменениях условий фильтрации. Например, нити плетеной проволочной сетки должны быть скреплены, чтобы не допустить расширения ячеек при увеличении перепада давления, которое необходимо в системе для поддержания требуемого расхода при нарастании фильтрующего слоя из загрязнений. Недопустимы разрывы сетки под действием повышенного перепада давления, возможного в рассматриваемой системе.
6 Объем пор часто путают с пористостью. Так как «пористость» давно используется в промышленности как для обозначения объема пор в процентах, так и для размера пор, мы стараемся не использовать этот термин.
Если в фильтрах с тонкими мембранами требуется слой для увеличения прочности мембран, следует обратить внимание на характеристики выбранного материала этого слоя. Несовместимые с фильтруемой жидкостью материалы могут вступать в реакции с ней, существенно увеличивая гидравлическое сопротивление и снижая ресурс фильтрующего элемента.
8. Предварительная фильтрация
Предварительная фильтрация применяется для снижения общих эксплуатационных расходов за счет увеличения срока эксплуатации фининишного фильтра. Само по себе увеличение ресурса не может быть достаточным оправданием использования предварительной фильтрации. Как правило, основной целью является именно общее снижение затрат.
Наш многолетний опыт работы с заказчиками, желающими использовать предварительные фильтры, показывает, что во многих случаях более выгодным оказывается не использование предварительного фильтра, а увеличение площади основного фильтра. Объяснение этого было приведено выше: увеличение площади фильтрации всегда увеличивает ресурс фильтра и снижает расходы на эксплуатацию. Основной фильтр с удвоенной площадью поверхности фильтрации обладает ресурсом большим в 2 – 4 раза. Так как использование предварительного фильтра увеличивает ресурс основного фильтра лишь в полтора – два раза и очень редко в четыре раза, очевидно, что увеличение площади основного фильтра дает обычно больший эффект. Кроме того, такой подход снижает стоимость эксплуатации за счет сокращения трудозатрат, снижается расход энергии и перепад давления на фильтре. Цена снижается за счет использования одного корпуса вместо двух, а также за счет того, что больший по размеру фильтр имеет более длительный срок службы, возрастающий пропорционально увеличению площади фильтрации. Фильтр с большей площадью фильтрации обеспечивает также меньший перепад давления, в то время как предварительный фильтр увеличивает его. Потребляемая мощность снижается за счет меньшего перепада давления в течение большей части срока эксплуатации фильтра.
Кроме того, увеличение площади поверхности фильтрации финального фильтра влечет как минимум пропорциональный, а часто экспоненциальный рост ресурса, в то время как предварительная фильтрация, показывая хорошие результаты во время тестов, не всегда обеспечивает их на практике. Результаты удачного тестирования предварительного фильтра могут оказаться бесполезными из-за изменения с течением времени природы загрязнения.
Однако, так как по некоторым причинам увеличить площадь основного фильтра не возможно, могут быть опробованы различные фильтрующие элементы Pall, рассчитанные на применение в качестве предварительных. Рекомендуемые характеристики предварительного фильтра приводятся в справочной литературе Pall. Возможно, что более эффективным окажется использование ступенчатой фильтрации, реализуемой в предварительном фильтре за счет его многослойности, как, например, в случае HDC, Profile и стекловолоконных предварительных фильтров, производимых корпорацией Pall.
Не следует заблуждаться в том, что перед основным фильтром должен быть всегда установлен один предварительный фильтр с одним фильтроэлементом. Часто использование большего числа фильтроэлементов для предварительного фильтра существенно снижает общие затраты. Например, если режим работы системы предусматривает использование предварительных фильтров до полного их блокирования, то два фильтроэлемента обеспечат увеличение ресурса более, чем в два раза, а, возможно, в четыре-пять раз. Это, в свою очередь, уменьшит эксплуатационные расходы, т. к. на каждый фильтроэлемент придется большее количество очищенной жидкости.
Выводы
Данная статья посвящена объяснению основ фильтрации. Мы рассмотрели три механизма задержания из взвешенных частиц фильтруемой среды и показали, что наилучшим механизмом в случае фильтрации жидкостей является непосредственное задержание, в то время как инерционное соударение и диффузионное задержание более эффективны при фильтрации газов. За счет выбора определенных качеств системы «загрязнение-жидкость-фильтрующий материал» возможно повышение эффективности фильтрации. Рассмотрены три возможности повышения эффективности фильтров. В связи с несовершенством применяемой классификации фильтрующих материалов в статье рассмотрено разделение фильтрующих материалов на материалы с фиксированными и нефиксированными порами и объяснено почему такая классификация более понятна по сравнению с простым разделением фильтрующих материалов на глубинные и поверхностные. После описания различных типов, применяемых в настоящее время фильтров, было необходимо рассмотреть вопрос эффективности. В статье проанализированы три системы определения эффективности фильтрации: номинальная тонкость фильтрации, абсолютная тонкость фильтрации и коэффициент фильтрации Бета. Статья завершается рассмотрением наиболее важных факторов, которые должны приниматься во внимание при выборе фильтра.
pallekb.ru
Площадь фильтрования стандартных фильтров [9]
ти рассчитывается по уравнению (2.6) и выделения магния из воды не требуется. Тогда доза извести составит
Ди = 21/22 + 3,5 – 0,7 + 0,7 = 4,5 мг-экв/дм3,
где 22 – эквивалент СО2.
4. Определяется остаточная концентрация кальция в обработанной воде в соответствии с выражением (см. раздел 1.1.2, пункт «в», случай
первый):
(ЖСа)о.в = ЖСа – [Жк – (Жк)ост] + Дк = 2,5 – (3,5 – 0,7) + 0,7 = 0,4 мг-экв/дм3.
5.Жесткость общая Жо = ЖСа + ЖMg = 0,4 + 3 = 3,4 мг-экв/дм3.
6.Содержание катионов Na+ и Mg2+ в обработанной воде не меня-
ется.
7.Концентрация железа и кремниевой кислоты при коагуляции с известкованием снижается примерно на 50 %.
8.Содержание хлоридов в обработанной воде не изменяется.
9.Содержание сульфатов в известкованной воде увеличивается на дозу коагулянта и составляет:
(SO42¯)о.в = (SO42¯)исх + ДК = 3,9 + 0,7 = 4,6 мг-экв/дм3.
10.Сумма катионов равна Σ Кат = Ca 2++ Mg2+ + Na+ + Fe2+ =
=0,4 + 3,0 + 4,9 + 0,015 = 8,3 мг-экв/дм3.
11.Сумма анионов равна Σ Ан = HCO3¯ + CI¯ + SO42¯ + SiO22¯ =
=0,7 + 3,0 + 4,6 + 0,02 = 8,3 мг-экв/дм3.
12.Сухой остаток обработанной воды в соответствии с выражением для сухого остатка (раздел 1.1.2, пункт «в», случай первый) составляет
Sо.в = 610 – 20,04 (2,5 – 0,7) – 61,02 (3,5 – 0,7)/2 + 68,07 0,7 = 530 мг/дм3.
Таким образом, в процессе коагуляции с известкованием получены следующие результаты:
1.Снижение щелочности с 3,5 до 0,7 мг-экв/дм3.
2.Частичное снижение общей жесткости с 5,5 до 3,4 мг-экв/дм3.
3.Частичное снижение сухого остатка с 610 до 530 мг/дм3.
4.Частичное (на 50 %) обезжелезивание и обескремнивание.
5.Снижение окисляемости, удаление взвешенных веществ за счет коагуляции.
6.Удаление углекислоты за счет известкования.
2.7.Пример выбора схемы водоподготовки комбинированной котельной
Исходными данными для расчета являются нижеследующие.
1. В комбинированной котельной установлены три паровых котла типа ДКВр-20-13 и два водогрейных котла типа ТВГМ-30. Водоподго-
studfile.net
Как подбираем фильтровальную установку| АКВАПАРТНЕР строительная компания
Чтобы вода в бассейне оставалась всегда чистой, необходимо правильно подобрать систему очистки воды. Система очистки воды должна предусматриваться еще на этапе проектирования бассейна. Для правильной циркуляции, которая поможет избежать цветения необходимо подобрать подходящую фильтровальную установку.
Разберемся с процессом фильтрации. Мы же понимаем, что любой процесс фильтрации включает в себя два основных узла. Это фильтр и насос. Они должны быть подобраны правильно как к бассейну, так и к друг другу. Для примера рассмотрим небольшой частный бассейн. Вначале подберем насос фильтровальной установки. При выборе оборудования учитываем два основных критерия: фильтрация должна быть максимально эффективна, а расходы — минимальные.
Из СанПиН 2.1.2.1188-03 мы знаем, что время полного водообмена в оздоровительном бассейне должно составлять не более 6 часов, то есть, весь объем воды за 6 часов или меньше, должен пройти через фильтровальное оборудование.
Дано: объем бассейна 80м3, частный,закрытый(в помещении).
Последовательность расчетов:
1.Расчет производительности насоса, м3/ч
2.Выбор скорости фильтрации, м/ч
3.Расчет площади фильтрации, м2
4.Выбор фильтровальной установки под рассчитанную площадь фильтрации.
Итак, сначала вычислим мощность необходимого нам насоса.
Делим объем воды нашего бассейна, это 80м3 (5м х 10м х 1,6м), на время полного водообмена, т.е. на 6 часов. Получилась минимальная производительность насоса фильтровальной установки. В нашем случае это 13,33 м3/час.
Конечно, можно строго следовать этим параметрам и искать именно такой насос, хуже не будет, но будет значительно дольше. Проще и правильнее, это подобрать насос из имеющихся в наличии, округляя производительность насоса в большую сторону. Находим ближайший насос 14,5 м3/час. Время полного водообмена в этом случае уменьшается, но это только на пользу — улучшается качество фильтрации. Также у нас появился запас производительности, который, в дальнейшем, компенсирует различные потери на сопротивление, давление и т.п.
Следующий шаг – подбор фильтровальной емкости. Это тоже несложно. Начнем с того, что основным способом очистки любой воды является механическая фильтрация. И чем она медленнее, тем лучше. Т.е. скорость фильтрации имеет большое значение.
Для бассейнов общественного назначения, нормальная расчетная скорость фильтрации это от 20 до 30 м3/м2/час. То есть 20-30 кубических метров воды должны протекать через 1 квадратный метр площади поверхности нашего фильтра за 1 час. Упростив значение, получаем м/ч. Это нормы для общественных бассейнов. Если руководствоваться только ими, то в нашем бассейне, после установки такого оборудования, сможет купаться каждый день почти по 150 человек посменно. И чтобы оправдать вложенные в оборудование деньги, придется продавать билеты.
Но у нас семейный, частный бассейн с ограниченной нагрузкой. По опыту эксплуатации, мировому опыту, для частных, семейных бассейнов скорость фильтрации, достаточная для очистки воды и подогрева – плюс/минус, 50 метров в час. Еще одно оправдание для выбора этой скорости, это тот факт, что при обратной промывке (для очистки фильтра от накопленных загрязнений) скорость должна быть не ниже 50м/ч. Т.е нам будет достаточно одного насоса и для фильтрации и для обратной промывки. Опять экономия без особого ущерба качеству. Для общественных бассейнов для промывки используется дополнительный насос, он же является резервным…
Итак, мы поняли, что нам нужна скорость фильтрации около 50м/ч. А теперь выбираем фильтровальную емкость для нашего насоса 14,5 м3/ч. так, чтобы получилась скорость фильтрации 50м /ч. Т.е при правильном выборе фильтровальной установки у нас должна получиться скорость фильтрации 50м/ч.
Определяем, какая площадь фильтрации нам нужна, чтобы насос 14,5 м3/час фильтровал нашу воду с заданной скоростью 50м/ч. Делим производительность нашего насоса – 14,5 м3/ч , на рассчитанную необходимую нам скорость фильтрации– 50 м/ч. Получаем 0,29м2.
Это и есть необходимая нам площадь фильтрации. Это значит, что, размер фильтра должен быть таким, чтобы площадь помещенного туда фильтровального материала, должна быть 0,29 м2. Теперь переводим полученные цифры на реальную фильтровальную емкость. Фильтровальные емкости в плане имеют форму круга определенного диаметра, и вот тут самый ответственный момент – вспоминаем всю школьную программу, а вместе с ней площадь круга. Подбираем так: берем таблицу фильтровальных емкостей из каталога. Допустим D=400мм., или 0,4м. Делим диаметр пополам, чтобы получить радиус – получаем R=0,2м. Теперь смотрим формулу площади круга и считаем: 0,2 х 0,2 х 3,14 = 0,1256м2. Как видим, эта фильтровальная емкость нам не подходит. По таблице каталога мы вычисляем, что у емкости с диаметром D=600мм площадь фильтрации составляет 0,2826м2. Этот вариант нам подходит. Можно проверить какая реальная скорость фильтрации у нас получится, разделив производительность насоса уже на площадь фильтрации, которую мы получили. 14,5 / 0,2826 = 51,3 м/ч. Почти похоже, почти 50м/ч. Но, как и говорилось выше – плюс-минус – на качество фильтрацию не очень влияет. Вот и все. Фильтр и насос подобраны. Насос у нас 14,5 м3/ч, а фильтр диаметром 600мм.
Фильтровальные установки небольшого диаметра, продаваемые в комплекте с насосом, уже рассчитаны и подобраны на скорость фильтрации 50м/ч.Поэтому можно просто подобрать фильтровальную установку по нужному нам параметру производительности насоса.
Необходимое дополнение к фильтру – фильтровальный материал. Универсальный наполнитель для малых фильтров это кварцевый песок различной фракции. Количество кварцевого песка (в кг) для каждого фильтра указано на корпусе этого фильтра, диаметр фракции зависит от диаметра отверстий для сбора воды, в коллекторе фильтра, и этот диаметр также должен быть указан на фильтре. Если ничего не написано(и такое бывает), можно засыпать универсальную фракцию — это 0,5-1,0мм. Для нашего виртуального бассейна подобран фильтр д.400мм, для него обычно достаточно 50кг. песка фракцией 0,5-1,0мм. Как правило, наполнители для фильтров, такие как кварцевый песок или гравий, продают расфасованным в полиэтиленовые мешки по 25 кг. Песок в такой упаковке легко складировать, перевозить и засыпать в фильтр. Некоторое количество кварцевого песка вымывается при промывке фильтра, поэтому, если вам необходимо 80 кг. песка, а приходится покупать 100 — лишним не будет.
Из этого примера подбора оборудования фильтрации, очень хорошо видно, что комбинируя диаметр фильтрационной емкости,производительность насоса и скорость фильтрации (не более 50м/ч), можно подобрать любую комбинацию фильтровального оборудования. Чем больше фильтр, тем лучше фильтрация. Но и соответственно дороже. Поэтому выбирайте рекомендованные параметры, дополнительно учитывая такие параметры как размер, удобство использования, качество изготовления и гарантии.
aquapartner18.ru
площадь фильтрации — это… Что такое площадь фильтрации?
- площадь фильтрации
площадь фильтрации
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]Тематики
- энергетика в целом
Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.
- площадь уплотнения
- рекуперативное торможение вращающегося электродвигателя
Смотреть что такое «площадь фильтрации» в других словарях:
площадь входного сечения — 3.10 площадь входного сечения (face area): Внутреннее сечение воздуховода непосредственно перед контролируемым фильтром (например, площадь сечения 0,61 м × 0,61 м = 0,37 м2). Источник: ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
скорость фильтрации — 3.13.42 скорость фильтрации: Условная скорость течения воды в поровом пространстве грунта, равная отношению расхода в данном, поперечном потоку, сечении к полной площади этого сечения. Источник: СО 34.21.308 2005: Гидротехника. Основные понятия.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р ЕН 779-2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации — Терминология ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации: 3.8 DEHS или диэтилгексилсебацинат (DEHS DiEthylHexylSebacate): Жидкость для получения контрольных аэрозолей. Определения термина из … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
эффективная площадь фильтрования — 3.25 эффективная площадь фильтрования (net effective filtering area): Площадь фильтрующего материала, удерживающего пыль, выраженная в м2. Источник: ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Септик — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка… … Википедия
Фильтр-пресс — Фильтр прессы мануфактуры Джонсона, 1884 г. Фильтр пресс (англ. filter press) аппарат периодического действия для разделения под давлением жидких неоднородных систем (суспензий, пульп) на жидкую фазу (фильтрат) и твердую… … Википедия
Проницаемость — способность горных пород фильтровать сквозь себя флюиды при наличи перепада давления. Содержание 1 Абсолютная проницаемость 2 Проницаемость по воздуху … Википедия
Проницаемость горной породы — Проницаемость способность горных пород фильтровать сквозь себя флюиды при наличии перепада давления. Содержание 1 Абсолютная проницаемость … Википедия
Буффало (рыба) — У этого термина существуют и другие значения, см. Буффало (значения). ? Чукучаны Ictiobus cyprinellus … Википедия
Дарнит — Рулон дорнита перед укладкой Дарнит (Дорнит) синтетический нетканый материал, название свое получил от института ДорНИИ. Изготавливается иглопробивным методом из бесконечных полимерных волокон. Не горит. Рабочий температурный диапазон: −60 °C до… … Википедия
technical_translator_dictionary.academic.ru
Площадь фильтрации — Энциклопедия по машиностроению XXL
Расход жидкости Q, протекающей через площадь фильтрации [c.165]Параметры работы микрофильтра следующие интенсивность фильтрации 10. .. 25 л/(с м ) полезной площади фильтрации, учитывая, что барабан на 4/5 погружен в воду частота вращения барабана 1,25. .. 5 об/мин скорость вращения барабана до 0,3 м/с расход воды на промывку до 5% потери напора составляют 0,1. .. 0,5 м вод. ст. [c.240]
Площадь фильтрации пластинчатого фильтра определяется по формуле [c.92]
В сетчатых фильтрах масло фильтруется, проходя через отверстия сетки. Широкое применение получили латунные проволочные сетки нормальной точности с квадратными ячейками (ГОСТ 6613-53). Площадь фильтрации фильтровой проволочной сетки S, равная сумме площадей в свету отдельных ее ячеек, связывается с общей площадью сетки So зависимостью [c.92]
При определении необходимой высоты набивки неподвижного уплотнения характерным является соотношение h/F. Другими словами, при равной высоте герметичность уплотнения определяется площадью кольца набивки, т.е. площадью фильтрации, но не диаметром крышки. Для шнуровой набивки или прессованных колец марки АГ-50 высота набивки может быть довольно точно определена по расчетному уравнению (см. с. 96). Для этого лишь следует задать допустимое значение утечки через уплотнение и знать полученное экспериментальным путем значение коэффициента проницаемости набивки при сжатии ее рабочим давлением. [c.97]
Количество фильтров выбирают по каталогу, исходя из потребной площади фильтрации [c.196]
Необходимая площадь фильтрации может быть определена по формуле [c.200]
По каталогу водоочистительного оборудования, исходя из найденной площади фильтрации, подбирают соответствующие фильтры. При этом следует проверить скорость фильтрации, которая должна быть при нормальной работе = 7-ь15 м/час и при выключении одного из фильтров на регенерацию Vф sg [c.285]
Площадь фильтрации F определяется по формуле [c.189]
В связи с большой производительностью установка оборудуется частично фильтрами 0 3 400 мм (анионитные фильтры) и частично горизонтальными фильтрами 0 3 000 мм, имеющими большую площадь фильтрации (водород-катионитные фильтры и фильтры активированного угля). [c.434]
Анализ осадка проводят путем микрофотографии осадка шлема на стекле или измерением (с увеличением не менее чем в 250 раз) с помощью специальных масштабных сеток. При подсчете количества осажденных частиц в пробе масла площадь полей подсчета должна составлять приблизительно 1% общей площади фильтрации. [c.615]
Очищенная эмульсия переливом по трубопроводу самотеком поступает в бак для очищенной эмульсии, откуда насосами подается на стан или на ленточные бумажные фильтры (три фильтра с площадью фильтрации 5 м- каждый) для очистки от механических примесей (тонкая очистка) с последующей подачей на стан. [c.234]
Таким образом, проведенные исследования показали, что при фильтрации запыленных газов в рукавном фильтре с высотой рукава 9,5 м при скорости фильтрации 1 м/м -мин в целом распределение пыли по высоте рукава удовлетворительное. Определенная неравномерность имеет место преимущественно на первых по ходу газа полутора метрах, что составляет не более 15% от общей площади фильтрации. Это позволяет считать целесообразным применение экономичных рукавных фильтров с длиной рукава до 10 м и односторонним нижним вводом газа для обеспыливания газов и, в частности, для улавливания фтористого водорода в рукавном фильтре с фильтрующим слоем глинозема. [c.108]
Подлежащая фильтрации пульпа поступает в чан по загрузочной трубе 5. Под влиянием вакуума раствор через фильтровальную ткань поступает во внутреннее пространство фильтрующих патронов и через распределительную головку по трубе 6 выводится из фильтра-сгустителя. Патроны каждой секции через коллектор сообщаются с распределительной головкой, с помощью которой автоматически подключаются то к линии вакуума, то к линии сжатого воздуха. Поверхность патронов перфорирована и обтянута фильтровальной тканью. При переключении той или иной секции от линии вакуума к линии сжатого воздуха осевший на поверхности патронов шлам отдувается и падает на дно чана. Здесь шлам мешалкой перегребается к центральному разгрузочному отверстию чана. Под конусом фильтра-сгустителя установлен шнек, обеспечивающий устойчивую разгрузку аппарата. Размеры фильтра-сгустителя площадью фильтрации 115 м диаметр [c.178]
При подсчете количества осажденных частиц в пробе масла площ,адь полей подсчета должна составлять 1% от общей площади фильтрации. [c.560]
В производствах, где требуется отделить большие массы жидкости от твердых частиц, применяют плитки для сцеживания, из которых выкладывают необходимые площади фильтрации. Такие плитки применяют в производстве целлюлозы и др.. [c.13]
Выражение (150) носит название закона,Дарси. Оно показывает, что расход жидкости при фильтрации прямо пропорционален площади фильтрации, гидравлическому уклону и коэффициенту фильтрации. [c.197]
Разделив выражение (150) на площадь фильтрации получим закон Дарси для скорости фильтрации жидкости [c.197]
Разделив это выражение на площадь фильтрации s, получим выражение для скорости фильтрации [c.198]
Параллельно-прямолинейная фильтрация. Рассмотрим случай фильтрации жидкости в прямолинейном пласте (рис. 107). Пусть имеется пласт в форме параллелепипеда длиною Ь, шириною (в плане) В и толщиною /г с непроницаемыми кровлей и подошвой (например, с расположенными выше и ниже него глинистыми пластами). На левой границе пласта, принимаемой за контур питания , давление рк, на правой, называемой галереей , — рг. Этим давлениям соответствуют напоры Як и Яр. Так как площадь фильтрации з = Вк) постоянна по длине пласта, линии тока жидкости будут параллельны друг другу, а поля скоростей и приведенных давлений для любого горизонтального параллельного линиям тока сечения [c.200]
Скорость фильтрации Оф меньше фактической скорости движения частиц, так как площадь фильтрации со включает как поры, так и непроницаемые частицы. [c.158]
Средняя скорость при равномерно распределенной по площади фильтрации находится (рис. 11-1) по формуле [c.407]
Наиболее тщательной очистки электролита от механических загрязнений можно достигнуть, применяя фильтрпресс, состоящий из чередующихся рам и плит фиг. 54), между которыми проложена фильтрующая ткань — сукно, бельтинг, полотно, стеклянная ткань и т. п. Удобен для фильтрации электролитов 16-рам-шый фильтрпресс системы ПР-2,2-315-16 с площадью фильтрации, [c.64]
Обозначение типоразмеров фильтров Основные параметры Полезная площадь фильтрации в см , не менее Размеры в мм. Масса в кг, не более [c.221]
На рис. 124 представлены дифференциальные кривые распределения пор по размерам в ППМ до и после свободной осадки. Деформация приводит к перераспределению размеров пор в ППМ. Так, после свободной осадки пик кривой функции распределения пор по размерам смещается в область меньших размеров пор относительное число пор максимального размера уменьшается на 25 — 32 % за счет их перехода в число средних по размерам. Следствием выравнивания размеров пор является повышение равномерности распределения локальной проницаемости по площади фильтрации дефор- [c.194]
Необходимую площадь фильтрации Р определяют по формуле [c.186]
Площадь фильтрации фильтра [c.33]
Для определения размеров и количества катионитовых фильтров подсчитывают необходимую площадь фильтрации по следующей формуле [c.36]
Площадь фильтрации в м . .. Производительность фильтра в м 1ч.ас при скорости фильтра- 0,8 1.8 3,1 j 4.9 7.1 [c.37]
Опыты по определению зависимости герметичности уплотнения от площади поперечного сечения сальниковой камеры выполняли с помощью устройства, представленного на рис. 14. Камеру растачивали по диаметру последовательно с 30 до 40 и 50 мм. Диаметр штока оставался постоянным. Опыты проводили при давлении воды 50, 100, 150 и 250 кгс/см . Шток во время испытания оставался неподвижным. Результаты испытаний приведены на рис. 21, из которого видно, что увеличение утечки через сальник пропорционально увеличению гшошади поперечного сечения камеры, т.е. площади фильтрации рабочей среды, что соответствует известным законам. Из этого рисунка также виден эффект самоуплотнения набивки под действием давления рабочей среды. Уровень утечки через сальник при давлении воды 250 кгс/см существенно меньше, чем при давлении 150 кгс/см . [c.35]
Проверим выполнение закона Дарси. Так как скорость фильтрации максимальна у стенки скважины (в этом месте минимальная площадь фильтрации равна nd h), то здесь вероятность нарушения этого закона наибольшая [c.205]
Теоретические представления о путях повышения свойств ППМ, анализ известных процессов их создания являются основой для разработки технологических процессов, направленных на получение материалов с равномерным порораспределением по площади фильтрации и переменным по толщине. В этой связи наиболее перспективными являются процессы создания ППМ методами вибрационного фор- [c.153]
В качестве катионитового материала берем сульфоуголь с емкостью поглощения е — 700 т-град/м и насыпным весом 7 = 0,7 т/м . Высоту загрузки сульфоугля в фильтре принимаем Л = 2,0 л. Длительность одного фильтроцикла принимаем Т- —[-г = 20час., тогда общая площадь фильтрации катионитовых фильтров будет равна [c.40]
mash-xxl.info
Расчет и подбор фильтров
Задача №1
Определение плотности и массовой доли твердой фазы в суспензии
Условие:
Суспензия с расходом Qc = 10 м³/ч разделяется на фильтре, причем расход фильтрата составляет Qф = 9,5 м³/ч. Плотность твердой и жидкой фаз равны соответственно ρт = 1700 кг/м³ ρж = 1000 кг/м³. Измерения показали, что плотность фильтрата и осадка составляют соответственно ρф = 1020 кг/м3 и ρо = 2100 кг/м³. Необходимо определить плотность и и массовую долю твердой фазы в суспензии.
Решение:
Составим уравнения материального баланса процесса:
Qс·ρс = Qо·ρо+Qф·ρф
Расход осадка Qо может быть выражен через объемные расходы суспензии и фильтрата:
Qо = Qс-Qф = 10-9,5 = 0,5 м³/ч
Выразим из уравнения материального баланса плотность суспензии и определим ее:
ρс = (Qо·ρо+Qф·ρф)/Qс = (0,5·2100+9,5·1020)/10 = 1074 кг/м³
Обозначим долю твердой фазы в суспензии как m и составим следующее уравнение для определения плотности суспензии:
1/ρc = (1-m)/ρж +m/ρт
Подставим числовые значения и найдем неизвестную m:
1/1074 = (1-m)/1000+m/1700
Откуда получаем значение доли твердой фазы в суспензии:
m = 0,17
Ответ: плотность суспензии равна 1074 кг/м³, доля твердой фазы в ней составляет 0,17
Задача №2
Расчет площади фильтрования барабанного вакуум-фильтра
Условие:
Требуется рассчитать необходимую площадь фильтрования барабанного вакуум-фильтра, способного работать под нагрузкой суспензией Q = 32 м³/ч. Частота вращения барабана составляет n = 0,2 об/мин. На лабораторной модели было установлено, что отношение объема осадка к объему фильтрата составляет x = 0,07, а высота слоя осадка при пересчете на рабочую модель составит h = 0,02 м.
Решение:
Определим время полного цикла фильтрования барабанного вакуум-фильтра:
τ = 1/n = 60/0,2 = 300 сек.
Далее рассчитаем удельный объем фильтрата по формуле:
vуд = h/x = 0,02/0,07 = 0,29
Наконец определим искомую величину, приняв поправочный коэффициент Кп равный 0,8:
F = (Q·τ)/(υуд·Kп) = (32·300)/(3600·0,29·0,8) = 11,5 м²
Ответ: 11,5 м²
Задача №3
Расчет объема фильтрата в нутч-фильтре
Условие:
Дан нутч-фильтр, способный отфильтровать VС 3,2 м³ суспензии за одну загрузку. Фильтруемая суспензия содержит в себе x = 15% твердой фазы по массе и имеет плотность ρC = 1100 кг/м³. По завершении процесса фильтрации образуется осадок с влажностью w = 74% и плотностью ρОС 1185 кг/м³. Необходимо найти объем образующегося фильтрата Vф при условии, что y = 2% твердой фазы проходят сквозь фильтр не задерживаясь.
Решение:
Найдем количество твердой фазы, привносимой на фильтр вместе с очищаемой суспензией:
Gтф1 = Vc·ρc·x/100 = 3,2·1100·15/100 = 528 кг
Определим количество твердой фазы, не улавливаемой нутч-фильтром:
Gтф2 = Gтф1·y/100 = 528·2/100 = 10,56 кг
Количество твердой фазы, оставшейся на фильтре, будет равно:
Gтф3 = Gтф1-Gтф2 = 528-10,56 = 517,44 кг
Зная влажность образуемого осадка, найдем общий вес осадка:
Gос = Gтф3/w·100 = 517,44/74·100 = 699,24 кг
Соответственно, объем образующегося осадка будет равен:
Vос = Gос/ρос = 699,24/1185 = 0,59 м³
Отсюда объем образующегося фильтрата равен:
Vф = Vс-Vос = 3,2-0,59 = 2,61 м³
Ответ: 2,61 м³
Задача №4
Расчет длительности суточной работы фильтра
Условие:
При пробном запуске фильтра в работу было установлено, что V1 = 1 м³ фильтрата образуется через t1 = 4,5 мин, а V2 = 2 м3 фильтрата – через t2 = 12 мин. общая площадь фильтрования составляет F = 1,6 м². Необходимая суточная производительность фильтра по фильтрату составляет Q = 16 м³. Необходимо рассчитать длительность суточной работы фильтра.
Решение:
Определим относительные величины собранного фильтрата при пробном запуске фильтра:
V1F = V1/F = 1/1,6 = 0,625 м³/м²
V2F = V2/F = 2/1,6 = 1,25 м³/м²
Основываясь на данный пробного запуска, составим систему уравнений фильтрования и определим константы фильтрования:
Используя найденное уравнение фильтрации, определим искомую величину, подставив в него относительный объем необходимого фильтрата:
(16/1,6)²+2·16/1,6·0,62 = 0,26·tоб
Откуда получаем значение tоб = 7,2 часа. С учетом полной поверхности фильтрования
Ответ: 7,2 часа.
Задача №5
Расчет частоты вращения барабана для вакуум-фильтра
Условие:
Дан барабанный вакуум-фильтр со следующими характеристиками. Углы секторов фильтрации, промывки и сушки равны соответственно φф = 1100, φп = 1300 и φс = 600. Время этих операций составляет tф = 4 мин., tп = 6 мин. и tс = 2 мин. Необходимо рассчитать частоту вращения барабана.
Решение:
При имеющихся данных частоту вращения барабана фильтра целесообразно рассчитывать, применив два уравнения расчета частоты вращения с последующим выбором наименьшего из получившихся значений.
Первая частота вращения барабана рассчитывается по формуле:
n1 = φф/(360·τф) = 110/(360·4·60) = 0,00127 с(-1)
Первая частота вращения барабана рассчитывается по формуле:
n2 = (φп+φс)/(360·(τп+τс)) = (130+60)/(360·(6+2)·60) = 0,0012 с(-1)
Сравнивая два получившихся значения частоты вращения барабана получаем:
n1>n2
Следовательно искомая величина равна 0,0012 с-1.
Ответ: 0,0012 с-1
Задача №6
Вычисление максимального давления подачи суспензии в фильтр-прессе
Условие:
Запорный механизм фильтр-пресса способен развить усилие P = 2·104 H. Размеры рабочей поверхности плиты составляют 300х300 мм, а ширина линии уплотнения равна 20 мм. Необходимо вычислить максимальное давление подачи суспензии.
Решение:
Предварительно рассчитаем площади фильтрации и уплотнения ячейки. Площадь фильтрации ячейки составит:
Fф = 0,3·0,3 = 0,09 м²
Площадь уплотнения (имеющая вид рамки):
Fу = (0,3+2·0,02)·(0,3+2·0,02)-0,3·0,3 = 0,0256 м²
Далее рассмотрим уравнение для определения необходимого усилия герметизации:
P = Qд+Rпр
где
Qд = p·Fф
Rпр = m·p·Fу
В общем виде получим уравнение усилия герметизации в виде:
P = p·Fф+m·p·Fу
Принимая поправочный коэффициент m = 3, подставим известные величины и найдем основную рабочую нагрузку p:
40000 = p·0,09+3·p·0,0256
Откуда получим:
p = 0,24·[10]6 H
Далее остается определить максимально возможное давление суспензии на входе:
Pmax = p/Fф = (0,24·[10]6)/0,09 = 2,7 МПа
Ответ: 2,7 МПа
Задача №7
Расчет производительности песчаного фильтра
Условие:
Необходимо найти производительность закрытого песчаного фильтра с диаметром цилиндрической части D = 2 м (закупориванием пор пренебречь). Песок-наполнитель фильтра имеет следующие свойства. Диаметр песчинок d = 0,5 мм. Пористость слоя песка составляет x = 0,42. Толщина слоя песка составляет l = 1,6 м. Фильтрация происходит при температуре T = 20 °C. Установлено, что потеря напора в фильтре составляет h = 4,5 м.вод.ст.
Решение:
Рассчитаем скорость фильтрации (поправочный коэффициент с принять равным 40):
w = 3600·c·d²·h/l·(0,7+0,03·t) = 3600·40·[0,0005]²·4,5/1,6·(0,7+0,03·20) = 0,13 м/с
Далее найдем площадь проходного сечения фильтрующего слоя (где F – площадь поперечного сечения фильтра):
Fпр = F·x = (π·D²)/4·x = (3,14·2²)/4·0,42 = 1,32 м²
Исходя из найденных величин, становится возможным определение искомой величины:
Q = w·Fпр = 0,13·1,32 = 0,17 м³/с
Ответ: 0,17 м³/с
Задача №8
Расчет количества фильтров для очистки сточных вод
Условие:
Для очистки сточных вод в размере Q = 1000 м³/сут планируется применять песчаные фильтры со следующими характеристиками. Расчетная скорость фильтрования составляет v = 10 м/час. Фильтр требует промывки каждые семь часов, причем длительность промывки составляет t = 0,2 час. Для одной промывки используется q = 10 м³ воды. Работа осуществляется круглосуточно, то есть общее рабочее время tоб = 24 ч. Требуется рассчитать необходимое количество фильтров.
Решение:
Так как фильтр требует промывки каждые семь часов, то на одни сутки будет приходиться:
n = 24/7≈3
Рассчитаем необходимую площадь фильтрования:
F = Q/(tоб·v-n·q-n·t·v) = 1000/(24·10-3·10-3·0,2·10) = 4,9 м²
Необходимое количество фильтров определим по формуле:
N = 0,5·√F = 0,5·√4,9 = 1,1
Округлим до большего целого числа и получим искомое значение 2.
Ответ: 2 фильтра
Задача №9
Определение скорости осаждения частиц в фильтре-отстойнике
Условия: В воде при температуре t = 20 °C происходит осаждение частиц кварцевого песка, плотность которого составляет ρп = 2600 кг/м³. В рамках задачи считать, что форма песчинок сферическая диаметром d = 1,2 мм.
Задача: Определить скорость осаждения частиц vос.
Решение: Для решения этой задачи воспользуется критериальным уравнением для процесса осаждения:
Re²·ζ = 4/3·Ar
В первую очередь рассчитаем критерий Архимеда (Ar). Для воды при 20°C примем, что ее плотность ρв = 1000 кг/м³, а динамическая вязкость μ = 0,01 Па·с, и подставим известные значения в расчетную формулу (g = 9,81 м/с – ускорение свободного падения):
Ar = [g·ρж·d³·(ρт-ρж)] / μ² = (9,81·1000·0,0012³·(2600-1000)) / 0,001² = 27123
Полученное значение критерия Архимеда попадает в промежуток 36<Ar<83000, соответствующий переходному режиму осаждения, для которого коэффициент сопротивления (ζ) должен рассчитываться по формуле:
ζ = 18,5/Re0,6
Подставим полученную зависимость и значение Ar в изначальное критериальное уравнение и определим значение критерия Re:
Re² · (18,5/Re0,6) = (4/3)·27123
Re1,4 = 1955
Re = 224,3
Запишем уравнение для критерия Рейнольдса, затем выразим из нее искомую величину и рассчитаем ее:
Re = (ρв·vос·d) / μ
vос= (Re·μ) / (ρв·d) = (224,3·0,001) / (1000·0,0012) = 0,187 м/с
Ответ: 0,187 м/с
Задача №10
Определение необходимой площади осаждения фильтра-отстойника
Условия: Для очистки потока мутной воды требуется отстойник. Известно, что дисперсная фаза в воде представлена в основном твердыми частицами неизвестной формы массой mч = 2 мг и плотностью ρт = 1800 кг/м³. Расход подаваемой на очистку воды составляет Q = 0,6 м³/час. При расчетах для воды принять плотность равной ρв = 1000 кг/м³ и динамическую вязкость μ = 0,001 Па·с. Также установлено, что осаждение происходит в стесненных условиях при объемной доле дисперсной фазы ε = 0,5.
Задача: Определить необходимую площадь осаждения отстойника.
Решение: Расчетную величину площади осаждения можно определить по формуле:
F = Q/vст
Где vст – скорость стесненного осаждения частиц.
Для определения vст предварительно необходимо рассчитать критерий Архимеда (g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения):
Ar = [ρж·g·dч³·(ρт-ρж)] / μ²
В формуле расчета критерия Архимеда dч – диаметр осаждаемой частицы. Форма частиц твердой фазы неизвестна, поэтому для ее расчета необходимо воспользоваться следующей формулой:
dч = [(6·Vч)/π]1/3
Vч – объем частицы, который может быть выражен через отношение известной массы частицы к ее плотности Vч = mч/ρч. Произведя эту замену, рассчитаем величину dч:
dч = [(6·mч) / (π·ρч)]1/3 = [(6·0,000002) / (3,14·1800)]1/3 = 0,00128 м
Теперь становится возможным расчет критерия Архимеда:
Ar = [ρж·g·dч³·(ρт-ρж)] / μ² = (1000·9,81·0,00128³·(1800-1000)) / 0,001² = 16458
Воспользовавшись критериальным уравнением, связывающим критерий Архимеда и критерий Рейнольдса (Reст) для стесненного осаждения, рассчитаем Reст:
Reст = (Ar·ε4,74) / (18+0,6·√(Ar·e4,75)) = (16458·0,54,74) / (18+0,6·√16458·0,54,75) = 18,8
Теперь, когда известен критерий Рейнольдса для стесненного осаждения, можно воспользоваться другой формулой его расчета, где используется скорость стесненного осаждения частиц. Далее следует выразить и рассчитать vст:
Reст = (ρж·vст·dч) / μ
vст = (Reст·μ) / (ρж·dч) = (18,8·0,001) / (1000·0,00128) = 0,015 м/с
Зная все необходимые величины, определим искомую величину:
F = Q/vст = 0,6/0,015 = 40 м²
Ответ: Площадь осаждения составляет 40 м².
Задача №11
Подбор и расчет производительности центрифуги
Условия: В наличии имеется осадительная центрифуга, в рабочем режиме способная развивать угловую скорость ω = 600 об/мин. Барабан имеет следующие параметры: внутренний радиус R = 300 мм, длина L = 500 мм. Центрифуга используется для осветления воды от взвешенных твердых частиц диаметром dч = 0,5 мм и плотностью ρт = 2100 кг/м³. При решении задачи динамическую вязкость принять равной μ = 0,001 Па·с, а плотность ρж = 1000 кг/м³.
Задача: Необходимо рассчитать производительность центрифуги Q.
Решение: Искомую величину можно рассчитать по формуле:
Q = (F·vст·Fr) / g
Величина vст – скорость осаждения частицы в поле сил тяжести, которая может быть определена следующим образом (g = 9,81 м/с – ускорение свободного падения):
vст = [dч²·(ρт-ρж)·g] / [18·μ] = [0,0005²·9,81·(2100-1000)] / [18·0,001] = 0,15 м/с
Осадительную площадь барабана F можно определить из его геометрических характеристик по формуле:
F = 2·π·R·L = 2·3,14·0,3·0,5 = 0,942 м2
Fr – критерий Фруда, характеризующий связь скоростей осаждения частицы в поле центробежных сил и в поле сил тяжести:
Fr = (ω²·R) / g = ((600/60)²·0,3) / 9,81 = 30,58
Откуда скорость осаждения частицы в поле центробежных сил будет равно:
vц = (vст/g)·Fr = (0,15/9,81)·30,58 = 0,47 м/с
Величину F·Fr обычно заменяют на Σ – индекс производительности, значение которого может быть уточнено в зависимости от режима осаждения частицы, который, в свою очередь, определяется величиной критерия Рейнольдса:
Re = (ρж·vц·dч) / μ = (1000·0,47·0,0005) / 0,001 = 235
Полученное значение Re лежит в промежутке 2<Re<500, следовательно, режим осаждения переходных, для которого уточненная формула для индекса производительности выглядит следующим образом:
Σ = F·Fr0,73 = 0,942·30,580,73 = 11,44
Подставим полученные данные в исходное уравнение и рассчитаем искомую величину:
Q = (F·vст·Fr)/g = (vст/g)·Σ = (0,15/9,81)·11,44 = 0,17 м³/с.
Ответ: производительность центрифуги равна 0,17 м³/с.
Задача №12
Подбор фильтров гидроциклонов для осветления мутной воды
Условия: В наличии имеется два гидроциклона с равными по диаметрам верхними патрубками dв = 140 мм и нижними патрубками dн = 80 мм, но различными диаметрами цилиндрической части корпуса, d1 = 400 мм для первого, и d2 = 500 мм для второго. Необходимо провести осветление мутной воды с концентрацией твердой фазы с = 0,5 % масс, плотность которой составляет ρт = 2500 кг/м³, до состояния, когда в ней не будет частиц диаметром более 5 мкм. Суспензия может быть направлена в гидроциклон под давлением p = 0,7 МПа. Плотность воды принять равной ρж = 1000 кг/м³.
Задача: Определить, какой из гидроциклонов подходит для выполнения поставленной задачи.
Решение: Пригодность циклонов можно установить, определив их разделяющую способность по величине диаметра граничного зерна (dгр) и сравнив его с условием задачи. Для этого необходимо воспользоваться уравнением для величины диаметра граничного зерна:
dгр = 8,44·10³·√(dв·d·cвх) / (Kф·dн·√p·(ρт-ρж))
где Kф = 0,8 + 1,2/(1+100·d)– коэффициент формы гидроциклона.
Определим dгр для первого циклона.
Kф1 = 0,8 + 1,2/(1+100·0,4) = 0,829
dгр1 = 8,44·10³·√(0,14·0,4·0,5) / (0,829·0,08·√700000·(2500-1000)) = 4,9 мкм
Определим dгр для второго циклона.
Kф2 = 0,8 + 1,2/(1+100·0,5) = 0,824
dгр2 = 8,44·10³·√(0,14·0,5·0,5) / (0,824·0,08·√700000·(2500-1000)) = 5,49 мкм
В итоге получаем, что dгр1<5 мкм, в то время как dгр2>5 мкм, откуда делаем вывод, что для выполнения поставленной задачи подходит только первый гидроциклон.
Ответ: подходит первый гидроциклон.
Задача №13
Подбор фильтра, работающего в режиме постоянного перепада давления
Условия: На предприятие был доставлен фильтр, работающий в режиме постоянного перепада давления, без сопроводительной документации. После пробного его использования для фильтрации суспензии выяснилось, что через τ1 = 5 мин фильтр позволяет получить V1 = 7,8 л фильтрата, а через τ2 = 10 мин образуется уже V2 = 12,1 л фильтрата.
Задача: определить, сколько времени требуется для получения V0 = 50 л фильтрата аналогичной суспензии.
Решение:
Воспользуемся уравнением фильтрации при постоянном перепаде давления (Δp = const):
V² + 2·[(Rфп·S)/(rо·xо)]·V = 2 [(∆p·S²)/(μ·rо·xо)]·τ
Обозначим a = (Rфп·S)/(rо·xо) и b = (∆p·S²)/(μ·rо·xо). Величины a и b являются постоянными, поэтому для их определения, на основании опытных данных, составим и решим систему уравнений
В итоге получим, что для данного случая и размерностей уравнение фильтрации можно записать в виде:
V²+7,06·V = 23,59·τ
Подставим в получившееся уравнение значение V0 и найдем соответствующие ему значение τ:
τ = (50²+50·7,06) / 23,59 = 121 мин
Ответ: для получения 50 л фильтрата потребуется затратить 121 мин.
Задача №14
Расчет пусковой мощности фильтрующей центрифуги
Условия: Дана фильтрующая центрифуга, в которой происходит разделение суспензии с плотностью ρс = 1100 кг/м³. Барабан массой mб = 200 кг имеет внутренний радиус R = 0,5 м при толщине стенки b = 0,005 м и длину L = 0,4 м. Начальная загрузка барабана составляет 50% от его внутреннего объема. Время выхода центрифуги на рабочую скорость составляет τп = 7 с. Угловая скорость центрифуги составляет ω = 1000 об/мин. При расчетах плотность воздуха ρв принять равной 1,3 кг/м³ и коэффициент трения в подшипниках f = 0,05. Цапфа вала имеет диаметр dц = 80 мм.
Задача: Необходимо рассчитать пусковую мощность Nпуск.
Решение: Пусковая мощность (Nпуск) складывается из мощности на потери трения в подшипниках (Nп), мощности на потери при трении барабана о воздух (Nв) и мощности на преодоление инерции в момент старта (Nс):
Nпуск = Nпод+Nв+Nс
Для определения мощности, затрачиваемой на потери трения в подшипниках, воспользуемся формулой, основанной на массе вращающихся частей центрифуги. Сделаем допущение, что во вращательном движении принимают участие только барабан и масса загруженной суспензии:
Nпод = f·g·M·vв
М – общая масса вращающихся частей центрифуги. Масса барабана уже известна и остается только определить массу первично загруженной суспензии. Поскольку начальная загрузка барабана составляет 50%, то найдя ее объем и помножив на плотность можно определить массу загруженной суспензии mc:
mс = 0,5·2·π·R·L·ρс = 0,5·2·3,14·0,5·0,4·1100 = 691 кг
Тогда общая масса составит:
M = mб+mс = 200+691 = 891 кг
Окружная скорость цапфы vц определяется по формуле:
vц = ω·dц/2 = (1000/60)·(0,08/2) = 0,66 м/с
Рассчитаем величину мощности Nп:
Nпод = f·g·M·vв = 0,05·9,81·891·0,66 = 288,4 Вт
Рассчитаем величину мощности Nв приняв, что внешний радиус барабана Rв = R+b::
Nв = 0,012·ρв·Rв·ω² = 0,012·1,3·(0,5+0,005)·(1000/60)² = 2,2 Вт
Рассчитаем величину мощности Nс, сделав допущение, что вся вращающаяся масса сосредоточена на внутреннем радиусе барабана R, тогда суммарный момент инерции может быть представлен как I = M·R²::
Nс = (I·ω²)/(2·τп) = (M·R²·ω²)/(2·τп) = (891·0,5²·(1000/60)²)/(2·7) = 4419,6 Вт
Теперь становится возможным определить искомую величину:
Nпуск = Nпод+Nв+Nс = 288,4+2,2+4419,6 = 4710,2 Вт
Ответ: Пусковая мощность составит 4,71 кВт
oil-filters.ru
Подбор фильтровальной установки для бассейна
Разберемся с фильтрацией. С чего начать подбор необходимой фильтровальной установки?Во первых надо понимать,что установка состоит из двух основных компонентов-это собственно сам фильтр и насос.Они должны быть подобраны правильно как к бассейну, так и к друг другу. Напоминаем, что разговор идет о песочных фильтрах.
Начинаем с насоса фильтровальной установки и не забываем, что у нас частный бассейн. Нам нужно такое оборудование, чтобы фильтрация была максимально эффективна, а бюджет минимально затратным.
Известно, что время полного водообмена в оздоровительном бассейне должно составлять не более 6 часов, то есть, весь объем воды за 6 часов или меньше, должен пройти через фильтровальное оборудование. Этот параметр взят из СанПин и будет отправной точкой для подбора оборудования фильтрации.
Посмотреть фильтры для бассейнов в нашем магазине.
Дано: объем бассейна 27м3, частный,закрытый(в помещении).
Последовательность шагов:
1.Расчет производительности насоса. (м3/ч)
2.Выбор скорости фильтрации.(м/ч)
3.Расчет площади фильтрации.(м2)
4.Выбор фильтровальной установки под расчитанную площадь фильтрации.
Итак, сначала вычислим мощность необходимого нам насоса.
Делим объем воды нашего бассейна, это 27м3 (3м х 6м х 1,5м), на время полного водообмена, т.е. на 6 часов. Получилась минимальная производительность насоса фильтровальной установки. В нашем случае это 4,5 м3/час.
Конечно, можно строго следовать этим параметрам и искать именно такой насос, хуже не будет, но будет значительно дольше. Проще и правильнее, это подобрать насос из имеющихся в наличии, округляя производительность насоса в большую сторону. Находим ближайший насос 6 м3/час. Время полного водообмена в этом случае уменьшается, но это только на пользу — улучшается качество фильтрации. Также у нас появился запас производительности, который, в дальнейшем, компенсирует различные потери на сопротивление, давление и т.п.
Следующий шаг – подбор фильтровальной емкости. Это тоже несложно. Начнем с того, что главным (основным) способом очистки любой воды является механическая фильтрация. И чем она медленнее, тем лучше. Т.е. скорость фильтрации играет большое значение.
Для общественных бассейнов, нормальная расчетная скорость фильтрации это от 20 до 30 м3/м2/час. То есть 20-30 кубических метров воды должны протекать через 1 квадратный метр площади поверхности нашего фильтра за 1 час. Сократим параметры измерения скорости фильтрации до м/ч, так проще. Это нормы для общественных бассейнов. Если руководствоваться только ими, то в нашем маленьком бассейне, после установки такого оборудования, сможет купаться каждый день почти по 50 человек посменно. И чтобы оправдать вложенные в оборудование деньги, придется продавать билеты.
Но у нас семейный,частный бассейн с ограниченной нагрузкой. По опыту эксплуатации, мировому опыту, для частных,семейных бассейнов скорость фильтрации, достаточная для очистки воды и подогрева – плюс/минус, 50 метров в час. Еще одно оправдание для выбора этой скорости, это тот факт, что при обратной промывке (для очистки фильтра от накопленных загрязнений) скорость должна быть не ниже 50м/ч. Т.е нам будет достаточно одного насоса и для фильтрации и для обратной промывки.Опять экономия без особого ущерба качеству. Для общественных бассейнов для промывки используется дополнительный насос,он же является резервным…
Итак, мы поняли,что нам нужна скорость фильтрации около 50м/ч. А теперь выбираем фильтровальную емкость для нашего насоса 6 м3/ч.,так, чтобы получилась скорость фильтрации 50м /ч. Т.е при правильном выборе фильтровальной установки у нас должна получиться скорость фильтрации 50м/ч.
Определяем, какая площадь фильтрации нам нужна, чтобы насос 6м3/час фильтровал нашу воду с заданной скоростью 50м/ч. Делим производительность нашего насоса – 6м3/ч , на расчитанную необходимую нам скорость фильтрации– 50 м/ч. Получаем 0,12м2.
Это и есть необходимая нам площадь фильтрации. Это значит, что, размер фильтра должен быть таким, чтобы площадь помещенного туда фильтровального материала, должна быть 0,12 м2. Теперь переводим полученные цифры на реальную фильтровальную емкость. Фильтровальные емкости в плане имеют форму круга определенного диаметра, и вот тут самый ответственный момент – вспоминаем всю школьную программу, а вместе с ней площадь круга. Подбираем так: берем фильтровальную емкость самого малого диаметра. Допустим D=400мм., или 0,4м. Делим диаметр пополам, чтобы получить радиус – получаем R=0,2м. Теперь смотрим формулу площади круга и считаем: 0,2 х 0,2 х 3,14 = 0,1256м2. Как видим, эта фильтровальная емкость нам вполне подходит. Можно проверить какая реальная скорость фильтрации у нас получится, разделив производительность насоса уже на площадь фильтрации, которую мы получили. 6 / 0,1256 = 47,77м/ч. Почти похоже,почти 50м/ч. Но, как и говорилось выше – плюс-минус – на качество фильтрацию не очень влияет.
Если нравятся формулы, то для расчета диаметра фильтровальной установки : Dф=2√(Sф/3,14).
Где Dф— диаметр фильтровальной емкости в метрах. Sф — уже известная нам площадь фильтрации (0,12 м2)
Полная формула: Dф=2√(Pн/(Vф.3,14)) где
Dф-диаметр фильтровальной емкости в метрах, Pн-Производительность насоса, Vф-скорость фильтрации.
Вот и все. Фильтр и насос подобраны.Насос у нас 6м3, а фильтр диаметром 400мм.
Кстати,обычно фильтровальные установки небольшого диаметра,продаваемые в комплекте с насосом,уже расчитаны и подобраны на скорость фильтрации 50м/ч.Поэтому можно просто подобрать фильтровальную установку по нужному нам параметру производительности насоса.
Необходимое дополнение к фильтру – фильтровальный материал. Универсальный наполнитель для малых фильтров это кварцевый песок различной фракции. Количество кварцевого песка (в кг) для каждого фильтра указано на корпусе этого фильтра, диаметр фракции зависит от диаметра отверстий для сбора воды, в коллекторе фильтра, и этот диаметр также должен быть указан на фильтре. Если ничего не написано(и такое бывает), можно засыпать универсальную фракцию — это 0,5-1,0мм. Для нашего виртуального бассейна подобран фильтр д.400мм, для него обычно достаточно 50кг. песка фракцией 0,5-1,0мм. Как правило, наполнители для фильтров, такие как кварцевый песок или гравий, продают расфасованным в полиэтиленовые мешки по 25 кг. Песок в такой упаковке легко складировать, перевозить и засыпать в фильтр. Некоторое количество кварцевого песка вымывается при промывке фильтра, поэтому, если вам необходимо 80 кг. песка, а приходится покупать 100 — лишним не будет.
Из этого примера подбора оборудования фильтрации, очень хорошо видно, что комбинируя диаметр фильтрационной емкости,производительность насоса и скорость фильтрации (не более 50м/ч), можно подобрать любую комбинацию фильтровального оборудования. Чем больше фильтр, тем лучше фильтрация. Но и соответственно дороже. Поэтому выбирайте рекомендованные параметры,дополнительно учитывая такие параметры как размер, удобство использования, качество изготовления и гарантии.
Подобрать фильтры для бассейнов в нашем магазине.
Похожие статьи:
Новые статьи:
www.infopool.ru