动态旋叶过滤机功率消耗

动态旋叶过滤机功率消耗! #

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,

( !

)

本文主要研究在动态旋叶过滤机中悬浮液的流体动力学间题功率消耗方程式,。

单位体积的滤液的功率消耗是描述动态过滤机效率的一个重耍参数子。,

根据实验研究给出了

称为功率因。

计算透平叶轮或旋转过滤圆盘等搅拌元件的

它的大小取决于过滤机的类型和级数,

并提出了估算多级旋叶过。,

因此

动态过滤机的混合和搅拌知识对于设。

滤机功率消耗的方法在动态过滤机中

计和合理地选择生产用的多级旋叶过滤机是耍增浓的料浆在高的,

特别重要的用设备因此,,

这里应强调动态过滤机不是通‘,“〕。、

剪应力下切向流过过滤表面滤渣沉积在过滤表面。

此剪应力阻止,

而是适用于特定的悬浮液〔,

在旋叶过滤机中

由。

在没有说明悬浮液的种类

工艺参数

于高速回转部件的作用而实现了这个条件图+,+

和产品性能的情况下

就不可能比较动态

目前使用的旋叶过滤机有如下型式 见 。

过滤机和其它设备浓缩和洗涤悬浮液的成

本过滤机配备有装在空心轴上的旋转。

。

过滤圆盘和静止过滤圆盘 .过滤机配备有装在空心轴上的旋转。

旋叶过渝机的流体动力学在多级旋叶过滤机的单个滤室中两个相邻的静止过滤面的空间中,

,

即在

有一个过

叶轮和静止过滤圆盘积,

。

滤圆盘或一个叶轮转动。

,

由于同时存在以下

第一种型式的过滤机具有更多的过滤面在搅拌过程中所消耗的功率较低,

,的液流而使动量传递复杂化 见图.+

第二流一。

在旋转元件产生的轴向间隙中的环。

种型式的过滤机同的情况下,

装有透平叶轮‘

,

在转速相

此种型式过

’二

机可以获得较高9

.

最后得到的悬浮液有效净液流 9。

8

的剪应力

。

,:

流入旋转和静止圆盘中的滤液艺;、

。

:正如文献〔卜二仁二 二0‘

<

〕指出的决定性的液流,,

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是环流

。

最后得到的

悬浮液有效净液流对功因为悬浮液在向心,

率消耗的影响可以忽略和离心方向同时流动

补叫

圆盘两侧间隙的摩擦

力矩相互抵消川/

。

因此过滤机滤室中液流的理‘峪,“

+‘‘月月

论分析可用装有旋转圆盘的封闭式带有间隙

的搅拌器模型为依据在动态过滤机中,

〕。

搅拌的雷诺准数通因此过滤机,

图+

动态旋叶过滤机,

常在=,

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“

:

Α

? “范围内。ΧΔ

过滤机的选择

即恰如其分地设计一个

滤室中的环流相当于Β

? 和 (

Χ

9

!Χ。

Ε〔〕

装有过滤圆盘和回转叶轮的过撼机分离问题,

涉及到

提出的分级图中的第四区 见图

:

,

这个

将另作讨论

〔

’,

“

〕

。

区域内的流动模型认为在静止和旋转表面

一

<<

一

表+研究动态旋叶过滤机功率消耗的参数位参ΓΦ

致 7单位 76

7

7

系Φ

6

统

种6

类”

77

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Φ

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Χ

.

。

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:

Α

+Ι

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Ι Ι

。

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虽然已预先认为

悬浊液有效净液流对但对于旋转,

功率消耗的影响是忽略不计的过滤圆盘图 .

可以看到由于过滤液流入圆盘。

使其功率消耗增加滤室中的液流

无量纲数 ΤΡ

Ι

Ι相当于动态过滤机的Ω,

有两个边界层 ΒΤ+子,

,

湍流中心的流体以速度Β。

。

典型情况

,

对于叶轮 Ρ“〔〕。

,

,

其搅拌功率Χ

是相对中心速度,流动

Ι消耗的增加不超过:Ξ

这值与 Δ

Ε

ΔΦ的

结果是一致的印Κ卜

5丢

实验发现

,

滤布种类和其在过滤过程中

哗+二箭尸一一一一一一一广一华,‘Υ

一必二图:

的粗糙度变化只对旋转过滤圆盘式过滤机有影响。

根据实验研究得出下述表示单个叶轮扭

转系数和功率消耗的相对关系式Φ

装有高剪力透平叶轮和静止过滤圆盘的过滤机 “ΜΓ,

轴向间隙中液流分级图Χ

/Η一

Ω

Ι<<< .

‘

由

%

? 和 (

ΓΜ=Φ,

Χ

9

!Χ

Ε

提供,

ΠΜΦ,‘Ω一

”“

+,“

运用通常使用的相对中心区速度的概念〔Ο

Ψ

Ζ#

“

Φ

Ψ .’

ΜΓ,

“

’

“〕,

可以得到搅拌元件轴向间隙的摩擦,

ΓΜ=Φ, ΠΜΦ,ΟΑ

“。

.,“

力矩系数的一般关系式

然后再使所得的结〔〕“。

此时

& Α

“

Θ Χ

: .

Α

?

果与过滤机滤室的实际条件相适应

.+ ‘

+Ι

一 .

=Φ

ΜΓ +ΟΚ

Κ<Ν

+Ι一

.

动态过称机单个禅宣中的功率消耗

+Ι:+ΤΓ

Μ

Τ

根据与示意图+相当的单个滤室的设备中进行的实验,

Κ

又

+Ι

一 .

ΠΜΦ

Ι+:Κ

测得高岭土悬浮液在表。

+

所

Π

。

装有无叶片叶轮和静止过滤圆盘的过滤机七

列参数范围内的功率消耗值

一

<

一

/

。

二

Ι+Ι .一

。ΜΓ,

Γ

Μ=Φ,Θ“

“<

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Ψ

二

Ν

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Φ

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ΓΜ=Φ,

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ΤΓΜ=ΦΤ+ΟΚ装有旋转和静止过滤圆盘的过滤机+Ι:+。

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Ι

+Ι .Χ一。

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ΓΜ=Φ,

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2

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Μ

=Φ

Τ

ΟΚ

图<

过滤圆盘的功耗和滤液流量关系曲线

式中

至 ,

,Ρ

修正系数〔二1

一考虑滤液流入过滤圆盘的1 _、

侧石石力下

幼滤布粗糙度校正值 Ρ,

。

二

8修正系数 1

可由图,

<估算

因为白

旋转圆盘表面的粗糙度是给定操作 即摊

布 的种类和残留的滤饼,的特性故系数 1只有

一食一一一一一

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,

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勺「口

通过一定雷诺数下的给定悬浮液的过滤实验而确定。

覆盖在过滤圆盘上的滤布种类对功可看出。,

图

不同滤布对功率消耗的汤响。

率消耗的显著影响从图的流变性,

在给定滤室中悬浮液的平均浓度在方程+ 。

即它

图归纳这些结果已告失败

但是

,

这样高浓,

中用悬浮液的等效密

度的悬浮液在动态过滤中是不常遇到的工的稀浓度料浆,

因

度和粘度予以考虑式计算

等效密度和粘度常用下.

为通常动态过滤操作的目的是得到进一步加或将悬浮液增浓。

卜

Α

Ω

Χ协生ΑΨ

小 ΙΝ

+

一

Ι

小

Ο,

多级过滤机的功率消耗上述计算扭矩系数或搅拌功率消耗的关

公式+

适用于固体含量低于:Ι,

Ξ 体

系式

,

即式+ 。

,

也可用于确定多级过滤机

积,的悬浮液个范围时,

即相当于过滤中通常遇到的。

的电机功率这里,

Ι质量浓度 ΟΞ的悬浮液Ι

固体含量在这,

一个过滤级定义为两相邻的过滤。

与在敞口容器中相似。

经搅动的

表面之间的空间情况下,

在具有高剪力透平叶轮的,

悬浮液具有均匀流体般的特性Ι体含量超过:Ξ 体积,后,

悬浮液中固。

即为两个静止面之间的空间,在具

可以看到功率消

有旋转过滤圆盘的情况下为静止和旋转面之间的空间 8

耗明显增加

,

而且没有规律 见图 ,

试

在封闭圆盘情况下

,

为静止

一

<

一

材高装如沪加,亡

、

和 值可以是静止过滤面和旋转过滤面两者一

水

的平均值,

。

对于给定过滤级数和面积 的过βχ

区区蔺苏Λ庄反币α七不诚Ο口区Γ亚更0,户

仪经 园更 汉子 7万子「区万万

滤机确定其含固量分布就得在假设9

值或8,

值条件下采用试算法取得,,

。

一旦知道每级的β值就可计算浓度今

一 ‘月

一一一

,

丫沪一一

然后求得相继各级的平均密度和粘度

。

于是

‘

州

一

一

!

一一

由式 .,

、

<

、

就可确定给定叶

轮的功率消耗有滤

Ψ 8整个过滤机的功率消耗可看成是所

室的功率消耗总和‘”

。

绮今α0,‘声

户,

Ψ

二

ε叉Ψ?&Ω+

Ν,“、

一

一

一一

卜洲

声尸一

过滤面积为级过滤机

:Η、

装有透平叶轮的+Ι计算的功率消耗值与,

少沪户

由公式 .

ΟΝ、

一

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一

‘

口之

志

0

一

扩喻州叮。

实验测定的功率消耗值的比较列于表 .

当出口的固体含量超过:Ξ时从图Κ可Ι以明显地看到功率消耗的偏差+ ,

图

悬浮液浓度对功率消耗的影响

并与公式

过滤面积与叶轮之间的空间定的空间里,

在这样一个限,

的计算不一致.

。

为预测一个给定级的特性。

假

表

定固体浓度不变

从流体动力学角度弓〔〕,

,

每个总搅

计算和实验确定+级过滤机Ι功率消耗值的比较功算消耗值计率确定的Κ Ο一

过滤机的滤室可以分别处理

所以

,

功率侧定值实脸消耗的ΚΟΙΙ。。

最后的固体含ΔΙΙΙΙ一

拌功率消耗按过滤机各个滤室中叶轮功率消

耗的总和计算

。

于是

,

这样的计算取决于对。

ΙΙ

Ν:Κ+ΙΙ:‘。

Ι

。

+

过滤机内悬浮液的固体含量的了解程度

文

+Ι+ΙΙ一

Ι .+<一

献

。

<、〔

〕在预先确定增浓范围 β,

χ

‘β,和

+Ι<ΙΙ+Ι一

+Ι

。

.

ΙΙ

。

.:: .<

ΙΙ

+Ι<Κ:。

。

千固量的条件下β& 9 Ω

根据级的质量平衡来确定

各级过滤室的含固量分布β&δ+

9

δ

Ρ

&十?

∴ 18

Κ,

用图解法能确定所需的级数和每级的β值 见图Ο,对于装有回转过滤圆盘的过滤机 _。

厦蒸总价<。 .‘

江

,

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一、、Μ‘

0

鄂岁朴

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二

奢 了0

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⊥,

。牛

砚

气 阮叮械和φ

图Κ

Ι+级过滤机的功率消耗值与最终固含量的关系曲线

图

Ο

图解法确定过滤级数

一

<Ο

’

一

光滑无附着物的滤布结

,

表面粗

糙度。

论。

小

,

适用于装有旋转过滤圆盘的过滤机符号

上述例子说明过滤机的电机功率消耗值

可用推荐的公式估算

这些关系式考虑了过。

裹ΗΗ

Φ

滤机结构和尺寸对搅拌功率消耗及对所要讨论的功率因子的影响值对于装有旋转过滤

叶轮半径叶轮的叶片宽度滤

Π

圆盘的过滤机 .,,

+

,和装有叶轮的过滤机

饼Η

两者在连续级中的搅拌动力学上有。

/ΗΓ;

扭矩系数滤室直径滤液%γ ’一

着显著的差别

考虑

+,型过滤机需要的搅拌功率消

耗值较低

,

同时

,

圆盘旋转时旋转过滤表面,

9 9Β#

悬浮液的有效净流量固体的质量流量相对中心速度

‘

的影响也较小这一事实

与 .,型过滤机。

%

γ

一‘

相比其单级过滤机能得到较低的功率因子能得到固体含量高的悬浮液〔因此+,

装有透平叶轮的过滤机的显著优点在于有可‘,‘:

转速旋转元件数功率消耗Χ

一‘

〕

。

εΨΘ

可以得出下述有关选择和有效使 ,

用动态旋叶过滤机的结论对于低浓度范围,。

搅拌的雷诺数 Ω滤室的间隙宽度过滤面积

。Φ

“

Μ

[

,ΗΗ=

特别是对应于净

化操作.。

使用装有旋转和静止过滤圆盘的过为了浓缩和洗涤高浓度悬浮液,

滤机最为合适

+悬浮液二万而Ρ 无量纲过滤参数 侧五币,

必

须而且应当使用功率消耗较大的透平叶轮过滤机。

吸入参数_Υβ

使用这种过滤机

,

有可能使浓缩达到。

过滤速度

Η

一

、:

接近于或高于高压过滤机所能达到的浓度:

体

积

Η

当工艺过程要求浓度在较宽的固含,

悬浮液中液固相质量此希

%γ 1%γ 1Μ

量范围内变化时

建议使用以下方法

在装协[

腊

字

母εΗ。

有静止圆盘和旋转圆盘的过滤机中进行初步

动力粘度运动粘度

Η。

一“

浓缩

,

然后在装有透平叶轮的过滤机中进一。。

=

一

?

步浓缩已缩小体积的悬浮液

邑相对粗糙度

在多级过滤机中进行最后的浓缩过滤机中有些级装有旋转过滤圆盘,

多级

∴

密度Υ α

%γΗ‘

“

有些级

Μ小固相体积分数Υ 。

Η!Φ

“

ΜΗ

:一+

装有高剪力的透平叶轮<。

。

叶轮的角速度

η 。

过滤参数的选择,

,

例如转速和压力。

下1

标 χ

取决于悬浮液的浓度范围推荐选用低转速Ι力稍高于:ΙΒΨΦ。

在低浓度范围Α

,

滤

液

固

体

雷诺数值大约为+

+Ι“,

,

压必

? Λ

悬浮液

最终的

在较高的浓度范围:

初始的参考文献 略,张红兵译

须使转速保持在相当于动态过滤机所需雷诺数的上限,

即Θ

Χ

Ω

<

>

+Ι

”

朱企新

张兆祥校

一

<Κ

一