Aparatura chemiczna i biotechnologiczna

Odstojnik
i urządzenia towarzyszące


Wykonała: Aleksandra Stefańska

Prowadzący: dr inż. Henryk Bieszk

Gdańsk 2007/2008

Dane wyjściowe

m [t/h]	dmin [µm]	a [m]	b [m]	c [m]	d [m]	cp/ck [%]	ρs [kg/m^3] ·10^2	q [kg/m^3] ·10^2
39	34	24	34	4	39	10/25	28	6,5

Część obliczeniowa

d=34∙10^-6[m] ρs=2800 [kg/m^3] ρc=1000 [kg/m^3] g=9,81 [m/s^2] ηc=10^-3 [Pas] νc=10^-6[m^2/s] uo=1,134∙10^-3 [m/s] m=39 [t/h] cp=10 [%] mc=9,75 [kg/s] ck=25 [%] xk=0,33 [kgs/kgc] xp=0,11 [kgs/kgc] k=1,33 Qvc=9,75∙10^-3 [l/s] F=15,25 [m^2] ms=1,083 [kg/s] h1=0,75 [m] msf=255,66 [kg/m^2] q=650 [kg/m^3] D=4,413 [m] Qv=39 [t/h] d65=0,065 [m] d80=0,080 [m] d100=0,100 [m] u80=2,156 [m/s] u100=1,38 [m/s] μ=10^-3[Pa∙s] ρ=1000 [kg/m^3] nowy: k=0,2 eksploat: k=0,3 ε=0,0025 ε=0,00375 ε=0,002 ε=0,003 a=24 [m] b=34 [m] c=4 [m] d=39 [m] (L/d)wlo=30 (L/d)wyl=18 (L/d)90°=31 (L/d)zas=7 (L/d)grzyb=325 ΣLe=39,76 [m] ΣL=116,76 [m] λ=0,0249 λ=0,0279 ΣLe=11,7 [m] ΣL=35,7 [m] λ=0,0234 λ=0,0262 ∆pt=84464 [Pa] ∆ps=8907 [Pa] ∆pt=94640 [Pa] ∆ps=9859 [Pa] ∆p=93371 [Pa] ∆p=104499 [Pa] p2=p1=1 [atm] Hg=c=4 [m] hp=9,52 [m] hp=10,65 [m] Dz=2,8 [m] Rm=380∙10^6 [Pa] Dz=2,8 [m]	OBLICZENIA I DOBÓR ODSTOJNIKA Prędkość opadania ziarna: uo= uo=	uo=1,134∙10^-3 [m/s] Re=3,8556∙10^-2 ur=5,67∙10^-4 [m/s] mc=9,75 [kg/s] ms=1,083 [kg/s] xp=0,11 [kgs/kgc] xk=0,33 [kgs/kgc] F=15,25 [m^2] D=4,413 [m] msf=255,66 [kg/m^2] h2=0,393 [m] h3=0,322 [m] H=1,465 [m] u65=3,266 [m/s] u80=2,156 [m/s] u100=1,38 [m/s] Re=1,38∙10^5 Re=1,38∙10^5 ε=0,0025 ε=0,00375 ε=0,002 ε=0,003 λ=0,0249 λ=0,0279 λ=0,0234 λ=0,0262 ΣLe=39,76 [m] ΣL=116,76 [m] ΣLe=11,7 [m] ΣL=35,7 [m] ∆pt=84464 [Pa] ∆pt=94640 [Pa] ∆ps=8907 [Pa] ∆ps=9859 [Pa] ∆p=93371 [Pa] ∆p=104499 [Pa] hp=9,52 [m] hp=10,65 [m] H=13,52 [m] H=14,65 [m] Qv=39 [m^3/h] N=4,0 [kW] t=0,5 [h] Vm=20 [m^3] Vc=20 [m^3] Vs=2,5 [m^3] Rm=380∙10^6 [Pa] g=5 [mm] Dm=700 [mm]
			Liczba Reynoldsa: Re= Re= Re<0,2
			Rzeczywista prędkość opadania swobodnego: ur=0,5uo ur=0,5∙1,134∙10^-3
			Natężenie przepływu fazy ciekłej: mc= mc=
			Natężenie przepływu fazy stałej: ms=m-mc ms= -9,75
			Stosunek masowy fazy stałej na wlocie do odstojnika: xp= xp=
			Stosunek masowy fazy stałej w szlamie: xk= xk=
			Powierzchnia odstojnika: F= F=
			Średnica odstojnika: D=1,13 D=1,13
			Masa fazy stałej przypadająca na 1m^2 powierzchni odstojnika: msf= msf=
			Całkowita wysokość odstojnika: H=h1+h2+h3 h2= h2= h3=0,146 h3=0,146 H=0,75 + 0,393 + 0,322
			OBLICZENIA I DOBÓR ELEMENTÓW RUROCIĄGU Określenie prędkości przepływu w przewodach: u65= u80= u100= Przyjmuję średnice rurociągu tłocznego 80mm oraz rurociągu ssawnego 100mm.
			Określenie charakteru przepływu: Re= rurociąg tłoczny: Re= rurociąg ssawny: Re=
			Określenie współczynnika szorstkości względnej: rurociąg tłoczny: nowy: eksploatowany: rurociąg ssawny: nowy: eksploatowany:
			Określenie wartości współczynnika oporów przepływu: ε≥30∙Re^-0,875 rurociąg tłoczny: 30∙Re^-0,875=0,000787≤ε rurociąg ssawny: 30∙Re^-0,875=0,000954≤ε λ=(2lg ε^-1+1,138)^-2 rurociąg tłoczny: nowy: λ=(2lg0,0025^-1+1,138)^-2 eksploatowany: λ=(2lg0,00375^-1+1,138)^-2 rurociąg ssawny: nowy: λ=(2lg0,002^-1+1,138)^-2 eksploatowany: λ=(2lg0,003^-1+1,138)^-
			Długość obliczeniowa rurociągu: ΣL=L+ ΣLe rurociąg tłoczny: -L=b+c+d -króciec wylotowy z pompy -kolano 90° -kolano 90° -zawór grzybkowy otwarty -kolano 90° -kolano 90° -króciec wlotowy ΣLe=d80[(L/d)wyl+4(L/d)90+(L/d)grzyb+(L/d)wlo] ΣLe=0,080[18+4∙31+325+30] ΣL=34+4+39+39,76 rurociąg ssawny: -L=a -króciec wylotowy z pompy -kolano 90° -zawór zasuwowy otwarty -kolano 90° -króciec wlotowy do pompy ΣLe=d100[(L/d)wyl+2∙(L/d)90°+(L/d)zas+(L/d)wlo] ΣLe=0,100[18+2∙31+7+30] ΣL=24+11,7
			Określenie wartości spadku ciśnienia: rurociąg tłoczny: nowy: eksploatowany: rurociąg ssawny: nowy: eksploatowany:
			Określenie całkowitego spadku ciśnienia : ∆p=∆ps+∆pt nowy: ∆p=8907+84464 eksploatowany: ∆p=9859+94640 hp= nowy: hp= eksploatowany: hp=
			OBLICZENIA I DOBÓR ELEMENTÓW POMPY Wysokość podnoszenia: nowy: H=4+9,52 eksploatowany: H=4+10,65
			Objętościowe natężenie przepływu:
			Dobór pompy: Na podstawie obliczonych wartości dobieram z katalogów firmy Grundfos (www.grundfos.com) pompę NK 80-200 o podanych charakterystykach: n=1450 [min^-1] (częstość obrotów wirnika) 222 (średnica wirnika) N=4,0 [kW] (moc silnika pompy) sprzęgło standardowe
			OBLICZENIA I DOBÓR ZBIORNIKÓW Założenie: pojemność zbiornika powinna zapewnić nieprzerwaną pracę instalacji przez co najmniej pół godziny. Objętość mieszalnika: Vm=t∙Qv Vm=0,5∙39=19,5 [m^3] Przyjmuję wartość znormalizowaną 20 [m^3]
			Objętość zbiornika na ciecz klarowną: =17,55 [m^3] Przyjmuję wartość znormalizowaną 20 [m^3]
			Objętość zbiornika na szlam: =1,95 [m^3] Przyjmuję wartość znormalizowaną 2,5 [m^3]
			Grubość ścianek: Jako materiału używam stali St3S. mieszalnik, zbiornik na ciecz klarowną: =4,10 [mm] zbiornik na szlam: =4,10 [mm] Przyjmuję znormalizowaną grubość 5 [mm].
			Średnica mieszadła: Wybieram mieszadło szybkoobrotowe śmigłowe. Średnica mieszadła powinna zawierać się w zakresie: Dm=¼Dw do ⅓Dw Dm=¼∙2,8 do ⅓∙2,8= 700 do 933 [mm] Przyjmuję średnicę znormalizowaną 700 [mm]
			Dobór mieszadła: Z katalogu internetowego firmy TOFAMA S.A. (www.tofama.pl) wybieram mieszadło śmigłowe szybkoobrotowe AMS2 o średnicy śmigła 700 mm.

Część rysunkowa

Wymiary [mm]												Stopa wsporcza [mm]
DNs		DNt		a			f		h1		h2	b	m1	m2	n1	n2	w	S1	S2	C
100		80		125			470		180		250	65	125	95	345	280	340	M12	M12	19
Wał [mm]								Masa [kg]
D5	l		x		t	n
32	80		140		27	8		73

Część opisowa

Instalacja

Zastosowanie:

Instalacja przeznaczona jest do oddzielania substancji rozdrobnionej (ziaren zawiesiny) od rozpuszczalnika (wody).

Budowa:

Instalacja składa się z mieszalnika, odstojnika, w którym zachodzi rozdział oraz dwóch zbiorników. Do jednego z nich odprowadzana jest ciecz klarowna, do drugiego szlam.

Medium przekazywane jest do kolejnych elementów za pomocą rurociągu i pompy. Zastosowano zostały kolana i króćce umożliwiające połączenie całej instalacji. Na rurociągach zostały zamontowane zawory grzybkowy i zasuwowy.

Działanie:

Po otworzeniu zaworu zasuwowego medium transportowane jest z mieszalnika do odstojnika. Proces ten może być kontrolowany za pomocą zaworu grzybkowego umieszczonego na zaworze tłocznym, za pompą. Po opróżnieniu mieszalnika zamykany jest zawór zasuwowy, następuje odprowadzenie jednocześnie szlamu i cieczy klarownej do zbiorników.

Materiały:

Zbiorniki i mieszalnik - stal węglowa St3S

Odstojnik - stal węglowa St3S

Zawory - żeliwo szare EN-GJL-250

Rurociąg - stal węglowa St3S

Pompa - stal nierdzewna SS AISI 304 i SS AISI 420, żeliwo szare EN-GJL-250

Rurociąg

Rurociąg składa się z:

• Części ssawnej D_N=100mm

• Części tłocznej D_N= 80mm

Część ssawna zawiera:

• Odcinki prostoliniowe rur (PN-64/H-74200)

• Kolana 90° (sztuk 2)

• Zawór zasuwowy otwarty (sztuk 1 …)

Część tłoczna zawiera:

• Odcinki prostoliniowe rur (PN-64/H-74200)

• Kolana 90° (sztuk 4)

• Zawór grzybkowy (sztuk 1 …)

Montaż:

Rurociąg wykonać stosując rozłączne połączenie kołnierzowe.

Malowanie:

Farba chlorokauczukowa, kolor zielony.

Elementy rurociągu:

Kolano 90°

Kolano dwukołnierzowe Q firmy HAWLE (z katalogu na www.hawle.pl, nr katalogowy 550)

Wymiary:

D_N=80mm, b=165mm dla rurociągu tłocznego

D_N=100mm, b=180mm dla rurociągu ssawnego

Kolana dwukołnierzowe Q są stosowane w budowie rurociągów wodnych do zmiany kierunku przewodu rurowego kołnierzowego o kąt 90° oraz do wyprowadzenia rurociągu na powierzchnię.

Materiał: żeliwo szare w gat. 250 lub w gat. 500-7

Zawór zasuwowy

Zawór zasuwowy STAAL® 40 firmy KSB (z katalogu na stronie www.ksb.de)

Zakres zastosowań: linie technologiczne w przemyśle, elektrowniach, inżynierii procesowej i budowie okrętów; woda, para, gaz, olej i inne nieagresywne media.

Dane eksploatacyjne: dopuszczalne maksymalne ciśnienie 16 bar; dopuszczalna maksymalna

temperatura 400°C.

Materiały: P250 GH; 1.0460

Wykonanie: korpus kuty lub spawany; pokrywa kołnierzowa; trzpień nieobrotowy zewnętrzny; płyty klinowe; głowica jarzmowa przystosowana do montażu napędu elektrycznego i przekładni (DIN ISO 5210)

Zawór grzybkowy:

Zawór grzybkowy BOA®-H firmy KSB (z katalogu na stronie www.ksb.de)

Zakres zastosowań: woda ciepła, woda gorąca; instalacja/urządzenie przewodzące ciepło; wyposażenie zbiorników ciśnieniowych, instalacje kotłów parowych.

Dane eksploatacyjne: dopuszczalne maksymalne ciśnienie 16 bar; dopuszczalna maksymalna

temperatura 300°C.

Materiały: żeliwo szare EN-GJL-250

Konstrukcja: wykonanie proste; pokrywa korpusu w formie kompaktowej; uszczelnienie wrzeciona mieszkiem sprężystym i dławnicą bezpieczeństwa; nie wznoszące się kółko wskaźnik położenia; kołnierze wg DIN EN 1092-2 Typ 21; farba zewnętrzna niebieska RAL 5002

Pompa

Normalnie ssąca, jednostopniowa pompa odśrodkowa z osiowym króćcem ssawnym i promieniowym króćcem tłocznym.

Wymiary i osiągi pomp NK są zgodne z normą EN 733 (10 bar), lecz są zaprojektowane na pracę przy ciśnieniu 16 bar, jeżeli tylko pozwala na to typ uszczelnienia wału.

Pompy NKG o wymiarach zgodnych z normą DIN 24 256 (16 bar) są opisane w oddzielnym katalogu. Pompy na 25 bar dostarczane są na zamówienie.

Pompy o wymiarach nie zgodnych z normą DIN są nazwane jako ponadwymiarowe i posiadają wymiary różne od innych dostawców.

Kołnierze króćca ssawnego i tłocznego są zgodne z EN 7005 PN 10 lub PN 16. Wszystkie pompy są dynamicznie wyważone zgodnie z ISO 1940 klasa 6.3. Wszystkie wirniki są wyważone hydraulicznie.

Pompa i silnik są zamontowane na wspólnej podstawie zgodnie z normą EN 23 661. Pompy ponadwymiarowe posiadają profilowaną ramę podstawy.

Dzięki konstrukcji pompy można rozebrać całe łożyskowanie, łącznie z wirnikiem i uszczelnieniem wału bez demontowania i przesuwania korpusu na rurociągu

(back-pull-out system ).

Odrzutnik na wale zapobiega przedostaniu się cieczy do komory łożyskowej. W wykonaniach z dławnicą wał jest zabezpieczony przez tuleję stalową na uszczelnieniu

wału.

Odstojnik

Zastosowanie

W odstojnikach zwanych również osadnikami lub odmulnikami następuje rozdział zawiesiny na ciecz klarowną i szlam. Odstojniki, oprócz zastosowań do rozdziału zawiesin, są stosowane do oczyszczania ścieków, jak również współpracują z innymi aparatami procesowymi jak filtry, krystalizatory czy reaktory.

Opis pracy odstojnika

Zamulona woda obiegowa kierowana jest do koryta nadawczego poprzez kratkę, służąca do

oddzielania grubszych ciał obcych. Muł wypływa z koryta nadawczego promieniowo.

Wskutek zwiększającego się przekroju przepływu w miarę zbliżania się ku obwodowi zbiornika zmniejsza się prędkość przepływu wody płuczkowej tak, że cząstki mułu mogą swobodnie opadać na dno zbiornika, a oczyszczona woda przelewa się do zbiorczej rynny umieszczonej na obwodzie odstojnika.

Z rynny tej sklarowana woda wraca do obiegu płuczki. Elementami służącymi do zgarniania mułu z dna zagęszczacza do leja prowadzącego są zgrzebła przymocowane do ramion zgarniających.

Ramiona połączone za pośrednictwem klatki obrotowej otrzymują napęd od mechanizmu obrotu. Przy nagromadzeniu się większej ilości mułu na dnie zbiornika z chwila przekroczenia ustalonej granicy oporów, uruchamia się automatycznie mechanizm przez podniesienie ramion zgarniacza na wyższy poziom, regulowany wskaźnikiem wysokości.

Mechanizm podnoszenia zamocowany jest na górnym podeście, którego słupy wsparte są na rurowej kolumnie stacjonarnej.

Do obsługi odstojnika przewidziano pomost.

Do zapobieżenia odpływu piany z zagęszczacza przewidziana została zapora przelewowa.

Mieszalnik, zbiorniki magazynowanych produktów

Zastosowanie

Mieszalnik wyposażony w mieszadło śmigłowe służy do magazynowania zawiesiny, która następnie transportowana jest do odstojnika. Filtrat transportowany jest do identycznego objętościowo zbiornika na ciecz klarowną, natomiast faza zagęszczona do mniejszego zbiornika na szlam.

Budowa, materiały

Wszystkie zbiorniki (cylindryczne, pionowe ze zintegrowanymi nogami) zbudowane są z blachy stalowej spawanej (St3S) o grubości znormalizowanej 5mm. Mieszalnik posiada wbudowane mieszadło śmigłowe o średnicy 700mm. Zbiorniki wyposażone są w odpowiednie króćce (wymienione na załączonych rysunkach). Zbiorniki malowaną są farbą antykorozyjną.

Literatura

• Bieszk H. „Urządzenia do procesów mechanicznych w technologii chemicznej” Gdańsk 2001,

• Bieszk H. „Dane wyjściowe i materiały pomocnicze do wykonania zadania projektowego” Gdańsk 2007,

• www.grundfos.com

• www.tofama.pl

• www.hawle.pl

• www.ksb.de

Spis treści

DANE WYJSCIOWE .............................................................................................................2

SCHEMAT IDEOWY PROCESU…………………………………………………………2

SCHEMAT INSTALACJI......................................................................................................2

INSTALACJA ..........................................................................................................................2

CZĘŚĆ OBLICZENIOWA.....................................................................................................3

OBLICZENIA I DOBÓR ODSTOJNIKA................................................................................4

OBLICZENIA I DOBÓR ELEMENTÓW RUROCIAGU ......................................................6

OBLICZENIA I DOBÓR ELEMENTÓW POMPY ...............................................................10

OBLICZENIA I DOBÓR ZBIORNIKÓW .............................................................................10

CZĘŚĆ RYSUNKOWA ........................................................................................................ 13

POMPA ……………............................................................................................................... 18

ZBIORNIK……………………………...................................................................................19

ODSTOJNIK............................................................................................................................21

CZĘŚĆ OPISOWA................................................................................................................ 23

OPIS ZBIORNIKOW…………………………………………………………………..……23

RUROCIĄG.............................................................................................................................25

ELEMENTY RUROCIAGU................................................................................................... 26

POMPA.................................................................................................................................... 28

LITERATURA....................................................................................................................... 31

32

---