Центрифуги з інерційним вивантаженням осаду

Ці центрифуги являють собою нормальні центрифуги безперервної дії, що фільтрують з вертикальним конічним ротором.

Суспензія, що містить грубозернистий матеріал, наприклад вугілля, руду, пісок, надходить у центрифугу зверху через воронку 1 (рис.5.6). Під дією відцентрової сили суспензія відкидається до конічного ротора 2 з перфорованими стінками. При цьому рідка фаза суспензії проходить крізь отвори ротора і видаляється з центрифуги по каналу 3, а тверді частинки, розмір яких має бути більший розміру отворів, затримуються усередині ротора. Шар твердих частинок, що утворився таким чином, кут тертя якого менший кута нахилу стінок ротора, переміщується до його нижнього краю і відводиться з центрифуги каналом 4. З метою збільшення тривалості періоду, протягом якого рідина відділяється від твердих частинок, рух яких гальмується шнеком 5, що обертається повільніше ротора. Необхідна різниця швидкостей обертання ротора і шнека досягається завдяки зубчатому редуктору.

Центрифуги з інерційним вивантаженням осаду застосовуються для розділення суспензій грубозернистих матеріалів.

Рисунок. 5.6. Центрифуга з інерційним вивантаженням осаду: 1 – воронка для надходження суспензії, 2 – ротор, 3 – канал для видалення рідкої фази, 4 – канал для видалення твердих частинок, 5 - шнек

 

Центрифуги з вібраційним вивантаженням осаду

Центрифуги такої конструкції є нормальними фільтруючими центрифугами безперервної дії, з вертикальним або горизонтальним конічним ротором.

Недоліком описаної вище центрифуги з інерційним вивантаженням осаду є неможливість регулювання швидкості руху осаду уздовж стінок ротора. Цей недолік усунений в центрифугах із вібраційним вивантаженням осаду, принцип дії яких полягає в наступному.

Центрифуга має конічний ротор із кутом нахилу стінок, який є меншим кута тертя осаду по стінці. Тому рух осаду уздовж стінок від вузького кінця ротора до широкого під дією відцентрової сили є неможливим. У даному випадку для переміщення осаду в роторі використовуються осьові вібрації, які створюються механічним, гідравлічним або електромагнітним пристроєм. При цьому інтенсивність вібрацій визначає швидкість переміщення осаду в роторі, що дозволяє, зокрема, забезпечити необхідний ступінь зневоднення осаду.

Рідинні сепаратори

Ці апарати є відстійними надцентрифугами безперервної дії з вертикальним ротором.

До таких надцентрифуг відносяться рідинні сепаратори, які мають ротор діаметром 150-300 мм, що обертаються з швидкістю 5000-10000 об/хв. Вони призначені для розділення емульсій, а також для освітлення рідин.

У рідинному сепараторі тарілчастого типу (рис. 5.7) обробляюча суміш у зоні відстоювання розділена на декілька шарів, як це робиться у відстійниках для зменшення шляху, який проходить частинка під час осідання. Емульсія подається по центральній трубі 1 в нижню частину ротора, звідки через отвір у тарілках 2 розподіляється тонкими шарами між ними. Більш важка рідина, переміщуючись вздовж поверхні тарілок, відкидається відцентровою силою до периферії ротора і відводиться через отвір 3. Більш легка рідина переміщується до центру ротора і видаляється через кільцевий канал 4.

Отвори в тарілках розміщуються орієнтовно по поверхні розділу між більш важкою і більш легкою рідинами. Для того щоб рідина не відставала від обертаючого ротора, він обладнаний ребрами 5. З цією ж метою тарілки мають виступи, які одночасно фіксують відстань між ними.

Прикладом сепаратора тарілчастого типу можуть слугувати широко розповсюджені молочні сепаратори.

Рідинні сепаратори можуть бути також періодично діючими.

 

Рисунок. 5.7. Рідинний сепаратор тарілчастого типу: 1 – труба для подачі емульсії, 2 – тарілка, 3 – отвір для відведення більш важкої рідини, 4 – кільцевий канал для відведення більш легшої рідини, 5 - ребра

 

Трубчаті надцентрифуги

У порівнянні з рідинними сепараторами трубчаті центрифуги мають ротор меншого діаметра (не більше 200 мм), що обертається з більшою швидкістю (кількість обертів досягає 45000 у хвилину). Це дозволяє отримувати у трубчатих надцентрифугах високий фактор розділення (який досягає 15000) і розділяти в них досить тонкодисперсні системи, наприклад освітлювати лаки. Для того щоб покращити умови розділення таких систем, висота трубчатих центрифуг повинна в декілька разів перевищувати їх діаметр. Внаслідок цього шлях рідини в роторі довшає. Трубчаті надцентрифуги доцільно застосовувати в тих випадках, коли виділений осад повинен містити мінімальну кількість рідкої фази. Низька кінцева вологість осаду досягається завдяки тому, що він значно ущільнюється при високих значеннях фактора розділення.

У трубчатих надцентрифугах зручно обробляти рідини, робота з якими потребує герметизації обладнання, а також здійснювати процес при практично постійній температурі (підвищеній чи пониженій), оскільки поверхня теплопередачі в них невелика. Трубчаті надцентрифуги широко застосовуються для розділення суспензій з незначним вмістом твердої фази, а також для розділення емульсій.

Схема пристрою трубчатої надцентрифуги показана на рис. 5.8.

У кожусі 1 розміщений ротор 2 з глухими стінками, всередині якого є радіальні лопаті 3, які перешкоджають відставанню рідини від стінок ротора під час його обертання. Верхня частина ротора жорстко з’єднана з конічним шпинделем 4, який підвішений на опорі 5 і приводиться в обертання за допомогою шківа 6. У нижній частині ротора розміщений еластичний направляючий підп’ятник 7, через який проходить труба 8 для подачі суспензії. Під час руху суспензії в роторі вверх на стінках його осідають тверді частинки, причому освітлена рідина відводиться через отвір 9 в трубу 10. Після встановленого часу надцентрифугу зупиняють і видаляють осад, який зібрався в роторі.

Для розділення емульсій застосовують надцентрифуги, які відрізняються більш складною будовою верхньої частини ротора, що дозволяє роздільно відводити розшаровані рідини.

Рисунок. 5.8. Схема будови трубчатої надцентрифуги: 1 – кожух, 2 – ротор, 3 – радіальні лопаті, 4 – шпиндель, 5 – опора, 6 – шків, 7 – підп’ятник, 8 – труба для подання суспензії, 9 – отвори, 10 – труба для відведення освітленої рідини

 

Гідроциклони

Розділення рідких неоднорідних систем під дією відцентрових сил можна здійснити не тільки в центрифугах, але і в апаратах, що не мають обертових частин – гідроциклонах. Корпус гідроциклона (рис. 5.9) складається з верхньої короткої циліндричної частини 1 і подовженого конічного днища 2. Суспензія подається тангенційно через штуцер 3 в циліндричну частину 1 корпуса і отримує інтенсивний обертовий рух. Під дією відцентрових сил найбільш великі тверді частинки переміщуються до стінок апарата і концентруються у внутрішніх шарах обертаючого потоку. Потім вони рухаються по спіральній траєкторії вздовж стінок гідроциклона вниз до штуцера 4, через який відводяться у вигляді згущеної суспензії (шламу). Більша частина рідини з дрібними твердими частинками (освітлена рідина), що містяться в ній рухається у внутрішньому спіральному потоці вверх вздовж осі апарата. Освітлена рідина, чи злив, видаляється через патрубок 5, закріплений на перегородці 6, і штуцер 7. У дійсності картина руху потоків у гідроциклоні складніша описаної, оскільки в апараті виникають також радіальні і замкнені циркуляційні струми.

Внаслідок значних окружних швидкостей потоку вздовж осі гідроциклона утворюється повітряний стовп, тиск у якому нижчий атмосферного. Повітряне ядро обмежує з внутрішньої сторони потік піднімаючих частинок і має значний вплив на розділяючу дію гідроциклонів.

Гідроциклони широко застосовуються для освітлення чи збагачення суспензій (згущення шламів), а також для класифікації (розділення матеріалів на фракції за розмірами зерен) твердих частинок діаметром від 5 до 150 мкм.

Чим менше діаметр гідроциклона, тим більші розвиваючі в ньому відцентрові сили і, відповідно, тим менший розмір виділяючих частинок. Застосовуючі в якості класифікаторів гідроциклони мають діаметр 300-350 мм і висоту 1-1,2 м. Для згущення суспензій успішно застосовуються гідроциклони діаметром 100 мм і менше. Для згущення і освітлення тонких суспензій застосовують гідроциклони діаметром 10-15 мм. Зазвичай гідроциклони малого діаметру об’єднують у загальний агрегат, в якому вони працюють паралельно – мультигідроциклони. Будова мультигідроциклонів аналогічна будові батарейних циклонів для очищення запилених газів. Хороше розділення суспензій, особливо в процесі згущення і освітлення, досягається у випадку, коли гідроциклони мають подовжену форму з кутом конусності 15° і навіть 10°. При такій формі корпуса подовжується шлях твердих частинок, збільшується час перебування в апараті і, таким чином, підвищується ефективність розділення.

Переваги гідроциклонів: висока продуктивність, відсутність у них рухаючих частин, компактність, простота і легкість обслуговування, відносно невелика вартість, а також широка зона застосування (згущення, освітлення і класифікація). Крім цього, в гідроциклонах може бути досягнута більш тонка сепарація з більшою щільністю зливу і без укрупнення (флокуляції) дрібних частинок.

Проте в гідроциклонах відбувається порівняно швидке зношення окремих частин, особливо корпуса. Для зменшення спрацьовування гідроциклони часто виготовляють зізмінноюфутеровкою зі зносостійких матеріалів (резини, спеціальної кераміки, пластмас, металевих металів та ін.).

Л-ра: Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973. - С. 212-227

 

Рисунок. 5.9. Гідроциклон: 1 – циліндрична частина корпуса, 2 – конічне днище, 3 – штуцер для подачі суспензії, 4 – штуцер для виводу шламу, 5 – патрубок, 6 – перегородка, 7 – штуцер для виведення зливу

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Законспектувати теоретичні відомості

2. Зобразити схему і законспектувати конструкцію трьохколонної центрифуги

3. Зобразити схему і законспектувати конструкцію підвісної відстійної центрифуги з нижнім вивантаженням осаду

4. Зобразити схему і законспектувати конструкцію горизонтальної центрифуги з ножовим пристроєм для видалення осаду

5. Зобразити схему і законспектувати конструкцію центрифуги з пульсуючим поршнем для вивантаження осаду

6. Зобразити схему і законспектувати конструкцію центрифуги зі шнековим пристосуванням для вивантаження осаду

7. Зобразити схему і законспектувати конструкцію центрифуги з інерційним вивантаженням осаду

8. Зобразити схему і законспектувати конструкцію рідинного сепаратора тарілчастого типу

9. Зобразити схему і законспектувати конструкцію трубчатої надцентрифуги

10. Зобразити схему і законспектувати конструкцію гідроциклона

11. Зробити висновки

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що розуміється під центрифугуванням?

2. Що називається центрифугою?

3. Що собою являє центрифуга?

4. Який процес здійснюється у відстійних центрифугах?

5. Який процес здійснюється у фільтруючих центрифугах?

6. Що називається сепарацією?

7. Що таке сепаратори?

8. Що таке відцентрове фільтрування?

9. Призначення підвісних відстійних центрифуг

10. Особливості конструкції і роботи центрифуги з вібраційним вивантаженням осаду

 

 

Практичне заняття № 6