21ZX250A泥浆净化装置设计计算及选取Word下载.docx
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筛机的连续振动就实现了物料的连续筛分输送。
由于抛掷运动可以使物料的析离速度提高,物料透筛的或然率增加,筛分效率很高而且可以避免筛网堵塞。
⑴筛面倾角α0的选取
筛面倾角的大小决定于所要求的生产率和筛分效率。
当筛机的其它参数确定之后,筛面倾角大,则生产率可以增高,而筛分效率下降;
筛面倾角小,则生产率低,而筛分效率高。
对于粒度较大或易于向下滚动的物料,最大升角一般不超过12°
;
当输送含水量较大或粘性较强的物料时,下倾角不超过15~20°
。
由于泥浆筛分时对碴料的含水率有较高要求,又考虑到振动筛生产率为适应不同地层而变化的要求,因此,振动筛的筛面倾角取值范围定在-3~6°
升角可调。
⑵振动方向角δ的选取
振动方向角,即筛体振动方向与筛体底面的夹角。
对于一定的振动强度可求得一个最佳的振动方向角。
振动方向角δ越大,物料与筛面的相对冲击速度越高,透筛的机会也越大,生产率相应降低,而且δ太大对筛网的强度要求相应地就非常高。
经综合比较,确定δ=50°
⑶振幅λ2的计算
振幅λ2=500ng/f2=4.25mm
式中ng:
加速度比ng=F/(m+mg)g,(g=9.8m/s2)
m:
参振质体的质量m=1500kg
mg:
筛上渣料的质量mg350kg
F:
振动激振力F=50000N×
2×
90%
f:
振动频率:
f=n1/60=1450÷
60=24.17Hz,电机转速n1=1450rpm
振幅的选定还要根据物料的粒度大小而定,对于处理大块物料的粗筛,宜采用大振幅、较低的频率;
对于处理粉桩物料的细筛,宜采用小振幅、较高的频率。
⑷振动强度K的计算
K=π2n2λ1/900g=5,(λ1=λ2/2,g=9800mm/s2)
许用振动强度[K],一般为5~10,K<[K],因而满足要求。
⑸抛掷指数D的计算
D=D=Ksinδ/cosα0=3.83~3.85
当D值选得过小,物料只能出现轻微的抛掷,会使物料颗粒堵塞筛孔的情况加重,增加筛面的磨损;
D值选得过大,也会造成不必要的能量消耗和降低振动筛的效率。
为了获得较好的筛分效率,最好使物料颗粒在筛机的每一振动周期内都能和筛面接触,因此抛掷指数D的取值范围为3.3<D<6。
⑹振动次数n的计算
n=30(gDcosα0/πλ2sinδ)0.5≈1025次/分钟,(g=9800mm/s2)
二、水力旋流器的工作原理及选择计算
水力旋流器内分离过程的基本原理是离心沉降。
水力旋流器同其它沉降离心机的不同之处主要在于:
它的器壁固定,其内部的流体依靠切向加压进料而产生旋转运动,这也是导致内流体流动的特殊性。
虽然水力旋流器结构简单,仅由进料管、柱锥器壁、溢流管和底流口组成,但其内液体的流动却相当复杂。
水力旋流器内的流体流动为一种特殊的三维椭圆形强旋转剪切湍流运动,既包含强制涡运动,又存在自由涡运动。
1、水力旋流器的工作原理(如图2所示)
图2:
水力旋流器的结构及工作原理
水力旋流器是利用回转流进进行分级,选别的设备。
当具有一定储能的含有悬浮固相颗粒的液流从旋流器的进浆口沿阿基米德螺旋线轨迹向内射入时,液流被迫沿旋流器内腔作强烈的旋转运动,并沿螺旋线轨迹向排砂口作推进运动,从而形成外液流。
当液流从旋流器圆柱形筒体向圆锥形筒体运动时,一方面由于直径减小,液流切向旋转速度增加,导致离心力变大;
另一方面,由于圆锥形筒体容积小和排砂嘴出口小,又有利于靠近圆锥形筒体上部的液流大多沿径向与外液流分离,形成旋转方向相同的内上升液流。
在内上升液流中,液流的切向速度最大,离心力也最大,旋流器中固相分离就是在此区域实现的。
浆液中的粗颗粒因惯性离心力大而被抛向器壁,并逐渐向下流动由底部排出成为沉砂。
细颗粒向器壁移动的速度较小,被朝向中心流动的液体带动由中心溢流管排出,成为溢流。
在旋流器的中心泥浆作高速回转并向四周扩展的结果,形成了一回转自由面,内中出现一个低压空气柱。
空气柱的高度和直径直接影响泥浆的分离效果和分离程度。
空气柱一旦消失,旋流器将失去作用。
研究测试结果显示,在希望获得含固体量最少的溢流时,沉砂应以呈最大角度的伞状排出。
伞的中心保留有不大的空气吸入孔,保证旋流器工作时具有最佳的空气柱尺寸。
空气柱中经沉砂口吸入的空气在向上流动的同时带动内层泥浆由溢流管排出。
因而提高分选效率。
此时沉砂浓度最低。
这些特征均可通过调整旋流器的溢流管径与沉砂口径之比获得。
2.水力旋流器结构参数的选择计算
水力旋流器的主要结构参数包括圆柱体直径D、进浆口当量直径di、溢流管直径d0,沉砂口直径ds和锥角α。
圆柱体直径D、进浆口当量直径di与溢流管直径d0是影响处理能力Q和分级粒度dm的主要参数。
⑴处理能力Q
Q=2.69nDdi(20/α)0.2ΔP0.5[ρm(1.5D/d0)1.28-1]-0.5
式中Q:
旋流器处理能力,m3/h;
n:
旋流器个数;
D:
旋流器直径,cm;
di:
旋流器进浆口当量直径,cm;
α:
旋流器锥度,°
ΔP:
旋流器进口压力,MPa;
ρm:
给进浆液密度,g/cm3;
d0:
旋流器溢流管直径,cm;
D
cm
n
个
di
α
º
ΔP
MPa
ρm
g/cm3
d0
Q
m3/h
Ф50.0
1
12.964
20
0.24
1.4
Ф16.0
289
2旋流器分离粒度、分级粒度
通常人们都是采用分级效率曲线或迁移率曲线上分离效率为50%时所对应的分散相颗粒的粒度,如此定义的分割尺寸简记为d50,通常就简称为分离粒度。
在生产实践中,人们常用分级粒度来作为衡量选矿产物细度的技术指标,它表示能够使95%的颗粒通过的筛孔尺寸,用dm表示。
分级粒度要大于分离粒度。
统计数据表明,分级粒度约为分离粒度的1.65倍,所以分级粒度与分离粒度一样,可以作为衡量旋流器分离能力的一个重要指标。
d50=1098.6D0.18d00.32di0.25μm0.5[tg(α/2)]0.5(ρd-ρm)-0.5(3D-2d0)-0.5ΔP-0.25
式中d50:
旋流器分离粒度,μm;
旋流器直径,cm;
旋流器溢流管直径,cm;
μm:
浆液的塑性粘度,Pa.s;
ρd:
浆液中分散相密度,g/cm3;
旋流器进口压力,KPa;
dm:
旋流器分级粒度,dm=1.65d50,μm;
μm
Pa.s
ρd
KPa
d50
dm
Ф50
Ф16
0.008
2.65
240
45
74
⑶角锥比d0/ds
根据研究,沉砂与溢流的体积量关系如下:
Vs/V0=1.1(ds/d0)3
式中Vs及V0――分别为沉砂和溢流体积产量,L/min沉砂口是旋流器中最易磨损的部件,常因磨耗而增大了排出口面积,使沉砂产量增大,浓度降低。
但此时对给矿体积影响并不大,沉砂口的大小与溢流管直径配合调整,是改变分级粒度的有效手段。
溢流管径与沉砂口径之比d0/ds称作角锥比。
试验得出,除砂用旋流器的角锥比2~4为适宜。
(根据介质的不同特性进行调整)。
旋流器的给矿口和溢流管相当于两个窄口通道,增大其中任何一个断面积均可使矿浆体积处理量接近于成正比增加。
但此时溢流粒度将变粗,除砂效率也要下降。
为了提高除砂效率和降低分选粒度,给矿口和溢流管直径应相对于圆柱体取小的比例值。
根据实验测定有如下关系:
Di=(0.2~0.4)D=16cm及di=(0.4~1.0)d0=7.5cm。
锥角α的大小影响于矿浆向下流动的阻力和分级自由面的高度。
除砂分选时宜采用20°
锥角。
3.水力旋流器的工艺参数的选择
水力旋流器结构看来简单,但是其中存在圆周的、垂直的、径向的和循环的种种液流。
这些液流的总和造成了泥浆中颗粒分离的流体动力学过程的异常复杂性。
在设计水力旋流器时如果忽略其工艺因素和流体动力学特点,那就会出现严重错误。
为了取得同样的净化效果,不仅可以采用不同结构型式的水力旋流器,还可以采用不同直径的水力旋流器。
因此,几何要素可作为一种辅助调节手段,使液流在水力旋流器内获得最合理的流动条件。
但是水力旋流器的几何要素,只是为完成既定分离过程创造有利条件的一种方法,最主要的还是取决于力学和工艺方面的因素。
旋流器的工艺参数包括进浆压力,泥浆比重、粘度、粒度组成等。
进浆压力是影响水力旋流器处理能力的重要参数,并在较大程度上影响分选粒度。
此外进浆压力还关系到分选效率和沉砂的浓度。
提高进浆压力,泥浆的流速增大,粒度的影响减小,分选效果可以得到改善,沉砂浓度也会提高。
但是带来的问题是沉砂口磨损增大,其他易损件更换也频繁。
所以在处理粗粒原料时,只要有可能总是愿意采用低压力(0.5~1kg/cm2)操作;
而在处理泥质及细粒原料时,则采用高压力(1.0~3.0kg/cm2)进浆。
经计算,结合采用由耐磨材质制作的沉砂口。
最终选取进浆压力值为2.2kg/cm2。
泥浆比重,粘度及粒度组成对分选效率和产物比重、粒度有重要影响。
在进浆压力足够高时,泥浆比重和粘度主要影响于溢流比重,而对沉砂影响较小。
但泥浆比重和粘度对分选效率影响较大。
经试验发现,0.074mm粒度等级的除砂效率>90%。
进浆压力值为2.2kg/cm2时的泥浆,比重应低于1.3g/cm3,马氏漏斗粘度40s以下(苏氏漏斗30s以下),含砂量小于20%。
四、渣浆泵电动机功率计算
N=1.05n安ρmQH/102η泵η传
式中N:
渣浆泵电动机功率,kW;
n安:
安全系数,1.25;
泵吸浆液密度,1.45g/cm3;
Q:
泵工作流量,75L/s;
H:
泵吸工作扬程,24m;
η泵:
泵的效率,66%;
η传:
电机至泵的传动效率,95%;
N=53.6kW
因而选用功率为55kW的电动机,其型号为Y250M-4。
五、出碴能力的计算
G=(ρ1×
a1-ρ1×
a1)Q1
式中G:
设备出碴最大能力,t/h;
ρ1:
处理前污浆密度,1.4t/m3;
a1:
处理前污浆中的固相体积重量比,49.84%;
ρ2:
处理后净浆密度,1.2t/m3;
a2:
处理后净浆中的固相体积重量比,26.77%;
Q1:
设备处理最大流量,250m3/h;
G=100t/h,100÷
2.65=38m3/h。
六、小结
经设计计算与选取,ZX-250A泥浆净化装置的各元件的性能参数均达到理论设计要求,整体技术参数达到项目计划书的要求。
七、参考资料
1、闻邦椿主编:
《振动筛振动给料机振动输送机的设计与调试》,化学工业出版社出版。
2、龚伟安著:
《钻井液固相控制技术与设备》,化学工业出版社出版
3、赵国珍、龚伟安著:
《振动筛筛网抛掷指数的研究》,石油矿产机械。
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