Ничего не куплено!
Одним из распространенных промышленных способов разделения неоднородных жидких систем является центрифугирование, осуществляемое в специальных машинах — центрифугах. В центрифугах происходят процессы отстаивания и фильтрации в поле центробежных сил, поэтому центрифуги — это более эффективные машины для разделения неоднородных жидких систем, чем рассмотренные отстойники и фильтры. По принципу действия центрифуги делят на отстойные и фильтрующие. Барабаны ( роторы ) отстойных центрифуг имеют сплошную, а фильтрующие — дырчатую ( перфорированную ) стенку, покрытую фильтровальной сеткой или тканью. Фильтрующие центрифуги применяют для разделения сравнительно крупнодисперсных суспензий кристаллических и аморфных продуктов, промывки получающихся при этом осадков, а также отделения влаги от штучных материалов. Отстойные центрифуги предназначены для разделения плохо фильтрующихся суспензий, эмульсий, а также для разделения суспензий по крупности частиц твердой фазы. Отстойные центрифуги иногда, в свою очередь, подразделяют на собственно отстойные, осветляющие, концентрирующие и разделяющие ( или сепарирующие ). При вращении барабана центрифуги и находящегося в нем материала возникает центробежная сила. Величина центробежной силы, действующей на вращающееся тело массой m и весом G, C = 2 R Gn 900 где С — в кгс; ω — π Rn/30 — окружная скорость в м / с; R— внутренний радиус барабана в м; g — ускорение свободного падения в м / с 2; n — частота вращения барабана в об / мин. При вращении тела весом G = 1 кгс С = n 2 R/900 кгс. Одним из основных критериев оценки эффективности работы центрифуги является фактор разделения Ф р ≅ 2 R n 900 где ω = π n/30 — угловая скорость барабана. Фактор разделения показывает, во сколько раз центробежное ускорение, развиваемое в данной центрифуге, больше ускорения свободного падения. Как видно из уравнения, фактор разделения численно равен центробежной силе, возникающей при вращении тела весом G = 1 кгс. Чем больше фактор разделения, тем интенсивнее происходит процесс центрифугирования ( исключение составляет центрифугирование легко сжимающихся осадков в фильтрующих центрифугах ). Величина фактора разделения в современных центрифугах лимитируется условиями прочности динамической G ω m R gR = ω R g устойчивости машины.
Однако фактор разделения Ф р не является исчерпывающей характеристикой центрифуг и их способности к разделению неоднородных жидких систем. Для суждения об этой способности иногда используют параметр Σ, называемый индексом производительности центрифуги. Он определяется как произведение площади цилиндрической поверхности осаждения на фактор разделения Σ = F oc O p. Параметр Σ — это важная характеристика разделяющей способности осадительных и фильтрующих центрифуг. Главными факторами, определяющими выбор центрифуги, являются : для суспензий — степень дисперсности твердой фазы, эффективная плотность твердых частиц и их концентрация; для эмульсий — стойкость эмульсии, обусловленная степенью раздробленности капель одной жидкости в другой, вязкость дисперсионной среды и соотношение плотностей фаз. При выборе центрифуги следует также учитывать коррозионные свойства обрабатываемого материала, его токсичность, огне - взрывоопасность ( машины открытым или закрытым кожухом ), коэффициент трения осадка и др. Чем больше количество мелких твердых частиц в суспензии, тем соответственно больше их содержание в осветленной жидкости ( фугате ). Это относится в одинаковой мере к фильтрующим и отстойным центрифугам. На работу центрифуг существенно влияет вязкость жидкой фазы. С увеличением этого параметра производительность центрифуги уменьшается. Поэтому в некоторых случаях ( когда это допустимо ) для уменьшения вязкости жидкости прибегают к ее нагреву. Нагревание эмульсии приводит не только к уменьшению вязкости, но и снижению стойкости эмульсии и соответственно увеличению производительности центрифуги. Чем больше эффективная плотность твердой фазы, тем выше может быть производительность отстойной центрифуги. При сепарировании эмульсий производительность машины возрастает с увеличением разности плотностей компонентов эмульсии. При центробежной фильтрации эффективная плотность твердой фазы практически не влияет на увеличение производительности. Центрифуги классифицируют по : • величине фактора разделения; • способу выгрузки осадка из барабана; • конструкции опор и расположению оси барабана; • технологии процесса. По фактору разделения промышленные центрифуги условно делят на • нормальные центрифуги — с фактором разделения Ф р < 3500, • скоростные или сверхцентрифуги — с фактором разделения Ф р > 3500.
По способу выгрузки осадка из барабана различают центрифуги с выгрузкой ручной, гравитационной, шнековой, ножами и скребками, пульсирующими поршнями и др. По конструкции опор и расположению оси барабана центрифуги делят на подвесные вертикальные ( на колонках ), вертикальные стоячие ( с подпертым валом ), горизонтальные, наклонные. По организации процесса разделяют периодически и непрерывно действующие центрифуги. К числу наиболее распространенных периодически действующих центрифуг относятся центрифуги, подвешенные на трех колонках ( трехколонные ), и подвесные центрифуги с верхней опорой. Кратко остановимся на конструкциях наиболее часто встречающихся центрифуг. Трехколонные центрифуги ( рисунок 1) с верхней ручной выгрузкой осадка ( типа ТВ или ОТВ ) нормализованы выпускаются перфорированными и сплошными барабанами диаметром 600, 800 и 1000 мм Наибольшее значение фактора разделения колеблется в пределах 800—965. Трехколонные центрифуги применяют для отделения жидкости от механических примесей и разделения средне - и крупнодисперсных суспензий, требующих длительного центрифугирования. К основным недостаткам этих центрифуг следует отнести тяжелую ручную выгрузку осадка, малую доступность подшипников привода и тормоза, расположенных под барабаном, а также возможность их коррозии под действием проливающейся жидкости. Указанные недостатки в некоторой мере устранены в трехколонных центрифугах с нижней выгрузкой осадка. Ротор этих машин выполнен сплошным с вертикальными перегородками, исключающими возможность движения жидкости относительно стенок, и снабжен распределительным конусом, служащим для направления подаваемой суспензии к днищу ротора. Новейшие конструкции этих машин оборудованы скребками для выгрузки осадка. Механизм управления скребками располагают горизонтально или вертикально. Скребок управляется пневматическим или гидравлическим устройством, осуществляющим его радиально - поворотную подачу. Осадок срезается при снижении частоты вращения ротора до 50 – 100 об / мин, падает вниз и выбрасывается через открытый конец ротора. Загрузка центрифуги продуктом, промывка осадка, сушка и выгрузка его из ротора в машинах данного типа производятся автоматически при различных скоростях вращения ротора и регулируются с помощью реле времени.
Современные отечественные центрифуги выгодно отличаются от иностранных конструкций. Они рассчитаны на большую загрузку, фактор разделения их выше, а общая масса меньше. Хорошо зарекомендовали себя в промышленности автоматические подвесные центрифуги с нижней выгрузкой осадка. Эти конструкции отличаются устойчивостью и некоторой свободой колебаний барабана, а также сравнительно легкой и быстрой выгрузкой осадка. Кроме того, опора и привод машины не подвергаются коррозии, так как не соприкасаются с жидкостью. Загрузка суспензии и выгрузка осадка в машинах этого типа происходят периодически при сниженной скорости ротора ( до 300 об / мин при загрузке суспензии и до 50 – 100 об / мин при выгрузке осадка ). Подвесные центрифуги предназначены для разделения суспензий, требующих короткого цикла центрифугирования. Несмотря на низкую конечную влажность получаемого осадка и возможность его тщательной промывки, общим недостатком рассмотренных конструкций центрифуг являются непроизводительные затраты энергии и времени, связанные с цикличностью работы машин. Этого недостатка лишены горизонтальные центрифуги с автоматическим наполнением барабана и удалением осадка при рабочей частоте вращения ротора. В автоматических центрифугах горизонтального типа ( рисунок 3) загрузка и разгрузка происходят автоматически, без остановки или снижения скорости барабана. Общим конструктивным признаком автоматических центрифуг ( типа АГ и АОГ ) является горизонтальное расположение барабана. Автоматические центрифуги нормализованы и выпускаются с перфорированными или сплошными барабанами диаметром 800, 1200, 1800 мм, причем предельное значение фактора разделения равно соответственно 1300, 810 и 520. Центрифуги с перфорированным ( фильтрующим ) барабаном предназначены для разделения средне - и крупнодисперсных суспензий, зернистых, кристаллических и коротковолокнистых материалов, измельчение осадка которых при выгрузке допустимо. Центрифуги со сплошным ( отстойным ) барабаном применяют для выделения твердого вещества из трудно фильтруемых суспензий средней дисперсности. Основной недостаток автоматических центрифуг с ножевым съемом осадка – возможное измельчение кристаллов при съеме осадка ножом. В химической промышленности большое распространение получили шнековые осадительные центрифуги непрерывного действия ( рисунок 4). Принцип действия этих центрифуг состоит в следующем. Суспензия поступает через питающую трубу в барабан шнека, а из него – в наружный барабан, на стенках которого осаждаются частицы твердой фазы. Образующийся в барабане осадок транспортируется шнеком к выгрузочным окнам в узкой части наружного барабана. Жидкая фаза проходит к сливным окнам в правой торцовой стенке. Осадок и фугат выводятся из кожуха через отдельные бункеры. Рисунок 2 – Подвесная автоматическая центрифуга АПН -1250 Горизонтальная автоматическая центрифуга : 1 — станина; 2 — нож для съема осадка; 3 — барабан; 4 — гидравлический цилиндр, 5 — желоб; 6 — трубопровод; 7 — пневматический молоток Диаметр сливного порога можно регулировать сменными или поворотными шайбами. Шнековые осадительные центрифуги непрерывного действия отличаются высокой производительностью и пригодны для обработки мелкоизмельченных материалов с высоким содержанием твердой фазы. Недостатки этих центрифуг : сравнительно высокий расход энергии на перемещение осадка и потери в редукторе, значительное измельчение осадка и загрязнение фугата мелкоизмельченной твердой фазой. Рисунок 4 – Шнековая осадительная центрифуга непрерывного действия : 1 — полая цапфа; 2 — кожух; 3 — барабан; 4 — барабан шнека; 5 — труба для подачи суспензии; 6 — труба для промывной воды; а — разгрузочные окна для осадка; б — отверстия для суспензии; в — окно для фугата.
В химической промышленности применяют и непрерывно действующие центрифуги с выгрузкой осадка пульсирующим поршнем. В этих машинах суспензия подается непрерывно, а осадок периодически выталкивается поршнем - толкателем из расположенного на горизонтальном валу перфорированного барабана, обтянутого фильтрующим ситом. Существенные недостатки центрифуг этого типа : сложность конструкции, загрязнение фугата осадком, частично проходящим через отверстия сита, значительный расход энергии на перемещение. осадка, а также сравнительно быстрый износ фильтрующей сетки, что ограничивает применение этих машин в промышленности. Для разделения очень тонких суспензий и эмульсий, а также для очистки лаков и масел в химической промышленности применяют сверхцентрифуги. Преимущества этих машин — высокая интенсивность разделения, компактность и герметичность. Последнее делает их особенно удобными для обработки вредных, а также горячих жидкостей. Из недостатков сверхцентрифуг следует, прежде всего, отметить их небольшую емкость и периодичность работы при разделении суспензий. Сложность и многообразие процессов центрифугирования значительной степени затрудняют разработку теории процесса и точных методов расчета центрифуг. Поэтому выполнить точный расчет центрифуг из - за отсутствия достаточных экспериментальных данных невозможно.
2013 © 2-Lab.ru | Все права защищены | Дизайн сайта 