![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Аппараты и машины для разделения жидких неоднородных систем
Жидкие неоднородные системы — суспензии и эмульсии разделяются фильтрованием и центрифугированием. Фильтрование осуществляется с помощью фильтров, одним из основных элементов которых является пористая перегородка, пропускающая жидкую фазу и задерживающая твердые частицы в виде осадка. Для фильтрования необходимо создать разность давлений по обеим сторонам перегородки, выполняющей роль начального сопротивления; появляющийся затем осадок создает дополнительное сопротивление. Центрифугирование реализуется в специальных машинах — центрифугах, где отставание и фильтрация осуществляются в поле центробежных сил. Эти машины более эффективны по сравнению с фильтрами. Фильтры. Современные фильтрующие аппараты и машины классифицируются по различным признакам. По режиму работы фильтры подразделяются на аппараты периодического и непрерывного действия. В зависимости от способа образования перепада давлений на фильтрующей перегородке фильтры могут работать под вакуумом и под давлением. По форме фильтрующей поверхности фильтры бывают с плоскими и криволинейными фильтрующими перегородками. Внутри каждой из этих групп фильтров имеется большое разнообразие конструкций. С учетом распространения в производстве, эффективности использования и конструктивной общности можно представить схему классификации современных фильтров (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Схема классификации фильтров
Нутч-фильтр является наиболее простым фильтром периодического действия, работающим под вакуумом или давлением. В этих фильтрах сила тяжести фильтрата совпадает с направлением его движения. Они представляют собой вертикальные аппараты цилиндрический или прямоугольной формы (табл. 2.3). Суспензия подается сверху, фильтрат проходит фильтрующую перегородку под действием вакуума, создаваемого под перегородкой, или избыточного-давления, образуемого над суспензией с помощью сжатого воздуха. Осадок остается на фильтрующей перегородке и удаляется обычно вручную после промывки. Достоинством всех путчей является возможность равномерной и полной промывки осадка, так как промывная жидкость может быть равномерно распределена по всей его поверхности в необходимом количестве. Общий недостаток — относительно большая занимаемая площадь помещения, приходящаяся на 1 м2 поверхности фильтрования. Большого промышленного распространения нутч-фильтры сейчас не имеют. Фильтр-пресс автоматизированный камерный ФПАКМ периодического действия имеет большое распространение в промышленности. Он предназначен для фильтрования тоикодиеперсных суспензий, содержащих 5—500 кг/гm3 твердых частиц размером не более 3 мм при температуре суспензий 5—90°С. ФПАКМ состоит из горизонтальных плит 1 (рис. 2.6), перемещающихся, но стяжкам 2 с помощью электромеханического зажимного устройства 12, фильтрующей перегородки в виде бесконечного полотна 7 и системы питания фильтра, суспензией, промывной жидкостью, отвода фильтрата и жидкости. Фильтр работает следующим образом. Фильтровальные плиты при опускании образуют зазор шириной 45 мм. Фильтровальная ткань в
Таблица 2.3 Схемы основных видов фильтров
этот период перемещается с помощью приводного барабана 15 через желоб (камеру регенерации) 13 и через натяжное приспособление входит в плитное пространство. При сжатых плитах суспензия поступает в камеры фильтрования (рис. 2.7). Жидкая фаза проходит через фильтрующую ткань и перфорированный лист 4 в камеру и коллектор 1 фильтра. Твердая фаза задерживается на поверхности ткани в виде осадка с максимальной толщиной 0, 5 адм. Затем осадок промывается соответствующей жидкостью и отжимается резиновой диафрагмой. Во время разгрузки фильтровальная ткань приводится в движение, осадок снимается ножами 8 (см. рис. 2. 6) и одновременно выгружается на транспортеры 14 с обеих сторон плит. По окончании вы-
Рис. 2.6. Автоматический фильтр-пресс ФПАКМ: 1 - фильтровальная ткань; 2 - натяжное устройство; 3, 4 -коллекторы соответственно для суспензии и
Рис. 2.7. Фильтрующие камеры ФПАКМ и схема их работы: 1 - секция коллектора; 2 -рама; 3 - плита; 4 - перфорированный лист; 5 - спирали; 6 - диафрагма; I - фильтрация; // - лросушка осадка; /// - выгрузка осадка; А - отвод фильтрата, концентрированной и слабой промывных жидкостей; В - подача суспензии, промывной жидкости и воздуха; С - подача воды на диафрагму
грузки осадка от электрогидравлического командоаппарата автоматически отключаются система подачи воды (или другой моющей жидкости) в камеру регенерации, где ткань промывается струями жидкости и очищается скребками или щепками, и механизм движения выгрузочного транспортера. ФПАКМ полностью автоматизирован, что позволяет быстро настроить его на оптимальный технологический режим. Металлоемкость фильтр-пресса, отнесенная к единице производительности по фильтруемой суспензии, в 2-3 раза меньше, чем у рамных прессов, а металлоемкость, отнесенная к 1 м2 фильтрующей поверхности, ниже, чем у барабанных фильтров непрерывного действия. Использование ФПАКМ позволяет увеличить производительность труда в 4-10 раз по сравнению с рамными фильтр-прессами периодического действия и резко сократить расход фильтровальной ткани. Детали и узлы ФПАКМ изготовляют из углеродистых сталей при работе со щелочными и нейтральными средами и из стали Х18Н10Т и титана при работе с кислыми средами. Отечественная промышленность выпускает ФПАКМ со следующими параметрами: Площадь поверхности фильтрации — 2.5—25 м2 Ширина ткани — 0, 75—1, 10 м Зазор между плитами — 45 мм Максимальное рабочее давление —1.5 МПа Занимаемая площадь — 4, 0—8, 6 м2 Масса — 4, 55—15, 00 т Рамный фильтр-пресс является фильтром периодического действия, работающим под давлением. В нем сила тяжести фильтрата перпендикулярна направлению сто движения. Фильтр-пресс с вертикальными рамами (см. табл. 2.3) состоит из чередующихся плит и рам одинаковых размеров, опирающихся на два горизонтальных бруса. Между соприкасающимися поверхностями плит и рам располагаются тканевые фильтровальные перегородки, служащие также для уплотнения плит и рам по периферии в период смыкания пресса, осуществляемого путем прижима к неподвижной плите всех фильтрующих плит и рам от гидропривода через подвижную плиту. В неподвижной плите имеются штуцера для входа суспензии и промывной воды. Эта штуцера сообщаются с каналами, которые образованы совпадающими, отверстиями в плитах и рамах во время их смыкания. Фильтрат и промывная жидкость удаляются через штуцера, имеющиеся в каждой промежуточной плите. Конструкции плит и рам разнообразны и отличаются взаимным расположением каналов для суспензии, промывной жидкости и сжатого воздуха, наличием или отсутствием каналов для циркуляции теплоносителя или охлаждающей жидкости. Плиты и рамы могут иметь прямоугольную или круглую форму, изготавливаться из чугуна, стали, керамики, дерева. Размеры чугунных рам — до 1X1X0.045 м. К достоинствам рамных фильтр-прессов относятся большая поверхность фильтрования на единицу занимаемой площади (общая поверхность фильтр-прессов с размерами плит 1X1 м достигает 140 м2), возможность отключения отдельных неисправных плит, отсутствие движущихся частей в процессе эксплуатации. Их недостатки — необходимость в ручном обслуживании, несовершенная промывка осадка, быстрое изнашивание фильтрующей ткани. Имеются модели фильтр-прессов с механизированной выгрузкой осадка, в которых используются устройства, для перемещения плит и рам [12]. Плиты и рамы фильтр-пресса изготовляют из металла, пластических масс, армированной резины или дерева [16]. Листовые фильтры работают под давлением. Направление движения фильтрата и силы тяжести у них взаимно перпендикулярны. Имеется несколько конструктивных разновидностей фильтров. Большее распространение получили вертикальные листовые фильтры, основными элементами которых являются фильтровальные листы, расположенные ивнутри цилиндрического корпуса. Суспензия поступает через штуцер в корпус фильтра. Жидкая фаза проходит внутрь фильтровальных листов, собирается в коллекторе и выходит из аппарата. Твердая фаза накапливается в виде осадка на внешней поверхности листов, сбрасывается с нее обратным толчком сжатого воздуха или воды и удаляется из конической части днища фильтра через штуцер. В новой конструкции фильтра ЛВ-130 (рис. 2.8) фильтрующий лист представляет собой раму 4, состоящую из каркаса и фильтрующей сетки или ткани. В верхней части рамы имеются две планки: одна входит в паз гребенки корпуса 2, другая — в специальную направляющую корпуса с зажимным устройством. Прорези в середине рамы дают возможность свободно вынимать ее без выдвигания питающей трубы. Последняя служит для подачи суспензии и промывной жидкости. Во время разгрузки фильтра труба приводится во вращение и получает одновременно возвратно-поступательное движение; при этом струи воды из ее сопл смывают осадок за несколько оборотов трубы. Лопасти 5, вращающиеся с частотой 10—12 об/мин, предназначены для ускорения выгрузки осадка из конической части фильтра. Фильтрат отводится из каждой рамы через штуцер в кольцевой коллектор 7, через который может также подаваться пар или сжатый воздух для ртдувки или пропаривания осадка. Крышка фильтра соединяется с корпусом при помощи байонетного затвора, для поворота которого служат гидроцилиндры. Гидроцилиндр 8 предназначен для подъема крышки. Управление работой фильтра автоматизировано; возможно, и дистанционное управление. Техническая характеристика фильтра ЛВ-130:
Поверхность фильтрования — 130 м2 Число фильтрующих рам — 42 Максимальное давление фильтрования — 3, 0 МПа Давление смывной жидкости — 5, 0 МПа Производительность по фильтрату — 20 м8/ч Масса фильтра — 9, 8 т
Рис. 2.8. Автоматизированный вертикальный листовой фильтр ЛВ-130: 1 - крышка; 2 - корпус; 3 - труба для подачи суспензии и смывной жидкости; 4 - рама фильтровальная; 5 - механизм выгрузки осадка; 6 - привод механизма выгрузки осадка; 7 - коллектор фильтрата; 8 — цилиндр механизма затвора крышки.
Фильтр ЛВ-130 занимает меньшую (на 60%) площадь и менее металлоемок (на 55%) по сравнению с горизонтальными листовыми фильтрами. Патронный фильтр по принципу действия аналогичен листовому и отличается от него тем, что вместо листов внутри корпуса фильтра располагаются фильтровальные патроны, состоящие из пористых колец 1 (рис. 2.9), нанизанных на закрытую снизу центральную трубу 2 z радиальными отверстиями 3 и продольными ребрами 5.
Рис. 2.9. Фильтрующий патрон (в разрезе): 1 - кольцо пористое; 2 - труба центральная; 3 - радиальное отверстие; 4 - слой осадка; 5 - ребро продольное; 6 - канал вертикальный
Барабанные фильтры являются аппаратами непрерывного действия. Различают барабанные фильтры, работающие под вакуумом (для них направления движения фильтрата и действия его силы тяжести противоположны) и под избыточным давлением (здесь направление силы тяжести и движения фильтрата совпадают). В зависимости от конструкции барабана фильтры могут быть ячейковыми и безячейковыми. Если фильтрат поступает внутрь барабана, а осадок остается на внешней его поверхности, то аппарат называется фильтром с наружной поверхностью фильтрования. Наибольшее распространение в химической промышленности получили вакуумные барабанные фильтры с наружной фильтрующей поверхностью. На рис. 2. 10 показан продольный разрез ячейкового барабанного вакуум-фильтра. Рис. 2.10. Ячейковый барабанный вакуум-фильтр с наружной поверхностью фильтрования: / — барабан: 2 — ячейка; 3 — соединительная труба; 4 —цапфа полая; 5 — вал; 6 — распределительное устройство; 7 — мешалка маятниковая Основными элементами конструкции данного фильтра являются полый барабан 1 с перфорированной цилиндрической поверхностью, разделенный на ячейки 2, которые образованы внутренними прямоугольными перегородками и сообщаются с помощью соединительных трубок 3 с распределительным устройством 6. Посредством соединительных трубок барабан крепится к полой цапфе 4, которая жестко соединяется с полым валом 5, передающим ему крутящий момент от привода. Барабан частично погружен в резервуар с суспензией (степень погружения — 0, 3—0, 5), где для предотвращения осаждения твердых частиц медленно качается маятниковая мешалка 7. Перфорированный металлический барабан покрывается сверху фильтрующей тканью; Схема действия фильтра показала в табл. 2. 3. При вращении барабана в направлении стрелки каждая ячейка соединяется трубкой с различными полостями неподвижной части распределительного устройства и проходит последовательно зоны фильтрования, первого обезвоживания, промывки, второго обезвоживания, удаления осадка и регенерации ткани. В зоне фильтрования ячейка соприкасается с суспензией, находящейся в резервуаре, и соединяется трубкой с полостью распределителя, которая сообщается с источником вакуума. При этом фильтрат через трубку и полость уходит в сборник, а на поверхности ячейки (фильтрующей ткани) образуется осадок. В зоне первого обезвоживания осадок соприкасается с атмосферным воздухом, а ячейка продолжает сообщаться с вакуумом. Жидкая фаза из осадка отсасывается. В зоне промывки на частично обезвоженный осадок из разбрызгивающих устройств подается промывная жидкость, а ячейка сообщается с вакуум-линией, по которой эта жидкость уходит в другой сборник. В зоне второго обезвоживания промытый осадок вновь соприкасается с атмосферным воздухом, а ячейка остается соединенной с вакуумом. Для предотвращения образования в осадке трещин с время промывки и последующего обезвоживания на него накладывается бесконечная лента, которая перемещается вместе с осадком вследствие сил трения, сглаживая и разравнивая его поверхность. В зоне удаления осадка ячейка, через трубку сообщается с полостью сжатого воздуха, под действием которого осадок разрыхляется, отделяется от ткани, после Чего скользит по поверхности ножа и поступает на дальнейшую обработку. В зоне регенерации ткань продувается сжатым воздухом, продолжающим поступать через трубку в ячейку. Для предохранения от растяжения при продувке ткань прижимается к поверхности барабана специально намотанной тонкой проволокой. Для последовательного соединения каждой ячейки с источниками вакуума или сжатого воздуха служит распределительное устройство (рис. 2. 11).
Рис. 2.11. Распределительное устройство барабанного вакуум-фильтра: 1 - трубопровод для удаления промывной жидкости; 2 - трубопроводы для подачи сжатого воздуха; 3 - корпус неподвижный; 4 - вакуумметры: 5 - вращающаяся цапфа; 6 - вращающаяся шайба; 7 - пружина; 8 - отверстия в шайбе; 9. 11, 12, 13 - прорези в неподвижной шайбе; 10 - шайба съемная неподвижная; 14 - соединительная трубка: 15 - трубопровод для удаления фильтрата
При вращении барабана каждая ячейка трубкой 14 и отверстием 1последовательно соединяется с прорезями 13, 9 (зоны фильтрования и первого обезвоживания), // (зона удаления осадка) и 12 (зона регенерации ткани). Из распределительного устройства фильтрат и промывная жидкость поступают в сборники соответственно по трубопроводам 15 и 1. Сжатый воздух подается в распределительное устройство по трубопроводам 2; вакуум в зонах, соответствующих прорезям 13 и 9, измеряется вакуумметрами 4. В барабанных фильтрах без распределительной головки ячейки соединяются с внутренним пространством фильтра, находящимся под разряжением, с помощью короткого патрубка, снабженного маятниковым клапаном. Противовес клапана удерживает его в одном положении; при вращении барабана клапан скользит по поверхности патрубка, который открывается и закрывается на соответствующем секторе. Фильтрат отводится через полую цапфу. Промывка осуществляется малым количеством воды, которая смешивается с фильтратом. Осадок снимается без отдувки. Такие фильтры по сравнению с ячейковыми имеют высокие производительность и эффективность промывки; малые гидравлические сопротивления каналов; их поверхности легко защитить от действия агрессивных суспензий защитными покрытиями; у них значительно снижается засасывание воздуха через неплотности и улучшаются условия-прохождения фильтрата через каналы. Но поскольку последний смешивается с промывной жидкостью, такие фильтры попользуются в тех случаях, когда фильтрат не представляет особой ценности и может быть смешан с промывной жидкостью. Другая конструкция аппарата без распределительной головки — безъязыковый фильтр (см. табл. 2.3). В нем барабан вращается вокруг пустотелой оси, являющейся опорой для камер промывки и отдувки осадка. Ось разделена радиальными перегородками на несколько каналов, к которым подведены трубопроводы, соединяющие камеры фильтра с источниками вакуума и сжатого воздуха. К достоинствам этого фильтра можно отнести малый расход сжатого воздуха и возможность разделения фильтрата и промывной жидкости. Однако в нем затруднительна замена уплотняющего материала в зоне отдувки осадка. Стандартные барабанные вакуум-фильтры с поверхностью фильтрации от 1 до 40 м2 имеют барабан диаметром 1—3, длиной 0, 35—4, 0 м. Барабан вращается от электродвигателя мощностью 1, 1—4.5 кВт с частотой 0, 1—3, 0 об/мин, регулирование которой производится с помощью коробки скоростей. Барабан и ванна фильтров общего назначения изготавливаются из чугуна или стали. При разделении кислых и нейтральных суспензий, когда недопустимо попадание окислов железа в фильтрат или осадок, применяются фильтры, в которых все детали, соприкасающиеся с суспензией и фильтратом, сделаны из нержавеющей стали, пластмасс или гуммируются. Конструкционными материалами для изготовления барабанных фильтров служат, также легированные стали и модель. Дальнейшее усовершенствование таких фильтров предусматривает улучшение условий перемешивания суспензии в ванне, качества промывки и обезвоживания осадка на фильтре и предотвращение растрескивания осадка. Важное место занимает выбор рационального метода съема осадка с фильтрующей ткани. Дисковые фильтры. В этих аппаратах направление движения фильтрата перпендикулярно действию силы тяжести. Они представляют собой резервуар, разделенный на секции 5 (рис. 2. 12), в каждой из которой вращается вертикальный фильтровальный диск 2. Все диски укреплены на одном долом приводном валу. Для отвода фильтрата и подачи сжатого воздуха служит распределительное устройство 3, соединенное с трубопроводами 1 и 2. Конструкция распределительного устройства аналогична описанной выше для барабанных вакуум-фильтров. Фильтры больших моделей имеют две распределительные головки. Суспензия поддерживается на одинаковом уровне в секциях резервуара с помощью переливных трубок и постоянно перемешивается маятниковыми мешалками. Диски погружены в суспензию примерно на половину диаметра. Они изготовляются из отдельных секторов. Для облегчения съема осадка, и уменьшения износа фильтрующей перегородки секторы делают выпуклыми.
Рис. 2.12. Дисковый вакуум-фильтр: 1 - вакуум-трубопроводы; 2 - трубопроводы сжатого воздуха; 3 - распределительное устройство; 4 - фильтровальные диски; 5 - секция; 6 - ножи для съема осадка
Осадок снимается с помощью сжатого воздуха (для отдувки) и ножей или валиков. Направляющими для отделенного осадка служат наклонные пластины, закрепленные шарнирно в секции резервуара. Отечественные стандартные дисковые фильтры имеют следующие значения параметров: Фильтрующая поверхность — 1—85 м2 Диаметр диска — 0, 9—2, 5 м Число дисков — 1 —10 Частота вращения дисков — 0, 13—2, 0 об/мин Мощность электродвигателя — 0, 2—5, 0 кВт По сравнению с другими аппаратами дисковые фильтры отличаются наибольшей фильтрующей поверхностью на единицу занимаемой площади, возможностью осуществлять ремонт отдельных дисков, малым расходом фильтрующей ткани и небольшим расходам энергии. Недостатки фильтров — плохо осуществляется промывка осадка. Поэтому они пригодны для разделения суспензий, содержащих достаточно однородные и медленно осаждающиеся твердые частицы, которые образуют не растрескивающийся и не требующий промывки осадок. Дисковые фильтры, как и барабанные, могут работать и под давлением. В этом случае вал с дисками помещен в закрытом корпусе, где с помощью сжатого воздуха или инертного газа создается давление до 0.70 МПа. Мутный и чистый фильтрат выходит раздельно через концы дискового вала. Осадок снимается, ножами и выводится из аппарата шнековым устройством с пружинным клапаном. Фильтрующая поверхность таких фильтров составляет 2, 3—74, 3 м2. Ленточные фильтры. Это фильтры непрерывного действия, направление действия силы тяжести и движения фильтрата в них совпадает. Они представляют собой горизонтальные аппараты (см. табл. 2.3), в которых опорная резиновая лента с прорезями и бортами перемещается по замкнутому пути при помощи приводного и натяжного барабанов. Фильтровальная ткань в виде бесконечной ленты прижимается к опорной резиновой при натяжении роликов. Суспензия поступает на фильтровальную ткань из лотка, а промывная жидкость подается на образовавшийся осадок из форсунок. Фильтрат отсасывается в камеры, находящиеся под опорной резиновой лентой на участке осаждения, и отводится через соответствующий коллектор. Промывная жидкость отсасывается (по аналогии с фильтратом) в свои камеры на участок промывки осадка и уходит через коллектор в другой сборник. На приводном барабане фильтровальная ткань отходит от резиновой ленты и огибает ролик, вследствие чего осадок отделяется от ткани и падает в приемный бункер. Для улучшения отделения осадка от фильтрующей ткани этот ролик делается перфорированным; во внутреннюю камеру его подается сжатый воздух или пар. На холостой ветви фильтрующая ткань промывается или очищается щетками. В ленточных фильтрах имеются также устройства для заглаживания трещин на осадке и вибраторы для уменьшения его влажности. Ленточные фильтры изготовляют с шириной ленты 0, 5—1, 0 м и площадью фильтрации 3, 2—4, 8 м2. Преимущества данных фильтров — отсутствие распределительной головки, возможность осаждения крупных частиц под действием силы тяжести и работы с тонким слоем осадка, удобство промывки. Их недостатки—малые поверхность фильтрации и коэффициент использования фильтрующей ткани, необходимость равномерной подачи суспензии, получение мутного фильтрата, охлаждение суспензии. Усовершенствованной моделью является непрерывно действующий ленточный фильтр, работающий под давлением. Устройство его аналогично вакуум-фильтру, только весь он заключен в герметический корпус, внутри которого создается избыточное давление с помощью воздуха или инертного газа. Выбор фильтрующей перегородки и типа фильтра. Материал фильтрующей перегородки выбирается в, зависимости от агрессивности фильтруемой суспензии и дисперсности ее твердой фазы. Фильтрующие перегородки изготовляются из текстильных и волокнистых материалов: бязи, парусины, тика, сукна, шелка, асбеста, шлаковой и стеклянной ваты, бумаги и картона. Для повышения кислотостойкости хлопчатобумажные ткани подвергаются нитрованию. Шерстяные ткани устойчивы к кислотам, но разрушаются щелочами. Наиболее устойчивы фильтрующие перегородки из асбеста, шлаковой и стеклянной ваты, а также металлические сетки из бронзы и коррозионно-стойкой стали. Зернистые и волокнистые перегородки изготовляют из песка, инфузорной земли, кокса, угля, целлюлозы и т. п. Эти перегородки используются в тех случаях, когда твердая фаза суспензии имеется в малом количестве и не используется после фильтрования. Жесткими фильтрующими перегородками являются керамические кольца, плитки, свечи, галька, стойкие к действию кислот и щелочей и позволяющие получить чистый фильтрат; Коллоидные пленки или материалы изготовляют из нитроцеллюлозы, - пергаментной бумаги и др. Они имеют мелкие поры (1—3 мкм) и могут задерживать коллоидные частицы. Центрифуги. Одним из распространенных методов разделения неоднородных жидких систем (суспензий и эмульсий) является центрифугирование, осуществляемое в специальных машинах — центрифугах. В центрифугах процессы отстаивания и фильтрации происходят в поле центробежных сил, которые дают больший эффект разделения, чем силы, действующие в фильтрах. Основным источником возникновения центробежных сил в центрифуге является быстро вращающийся ротор (барабан). При вращении ротора и находящегося в -нем материала возникает центробежная сила С (в Н), величина которой равна:
где. G — вес ротора с материалом, Н; W=
При вращении тела весом G=1H C = n2R/900. Одним из основных критериев оценки эффективности работы центрифуги является фактор разделения:
Он показывает, во сколько раз центробежное ускорение, развиваемое в данной центрифуге, больше ускорения свободного падения. Чем больше ФР, тем интенсивнее происходит, процесс центрифугирования. Величина фактора разделения в современных центрифугах лимитируется условиями прочности и динамической устойчивости машин. Вторым важным показателем работы центрифуги является индекс производительности 2, характеризующий разделяющую способность центрифуги: где F — площадь цилиндрической поверхности осаждения в роторе, м2. Центрифуги классифицируются по различным признакам. По величине фактора разделения центрифуги подразделяются на нормальные (Фр< 3500) и сверхцентрифуги (Фр> -3500). По принципу действия центрифуги делятся на отстойные и фильтрующие. Роторы отстойных центрифуг имеют сплошную, а фильтрующих перфорированную стенку покрытую фильтровальной сеткой или тканью. Нормальные центрифуги могут быть отстойными и фильтрующими, а сверх центрифуги — отстойного типа, используемые для разделения тонко дисперсных суспензий (трубчатые сверхцентрифуги) и эмульсий (жидкостные сепараторы). Фильтрующие центрифуги применяют для разделения сравнительно крупнодисперсных суспензий кристаллических и аморфных продуктов, промывки получающихся осадков, а также для обезвоживания штучных изделий. Отстойные центрифуги предназначены для плохо фильтрующихся суспензий и эмульсий, а также для разделения суспензий по крупности частиц твердой фазы. Отстойные центрифуги подразделяются на универсальные, обезвоживающие, осветляющие, сепарирующие. По способу выгрузки осадка из ротора различают центрифуги с ручной, ножевой (с помощью ножей или окребков), шнекозой, инерционной, гидравлической, пневматической (с предварительным подрезанием осадка ножом) выгрузкой, с пульсирующими или выталкивающими поршнями и т. д. По расположению оси ротора в пространстве центрифуги могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными. По способу крепления вала вертикальные центрифуги делятся на подвесные с верхним приводом и вертикальным валом, имеющим шарнирную упругую опору над ротором; подвесные с нижним приводом (маятниковые), упругоподвешенные на колоннах; с опорами вертикального вала, расположенными в общем жестком корпусе; с валом, имеющим жесткие или упругие опоры ниже ротора (с подпертым валом). По режиму работы центрифуги делятся на машины периодического и непрерывного действия. На рис. 2. 13 показана схема классификации основных видев центрифуг, построенная на основе учета расположения оси вращения ротора в пространстве, режима работы центрифуги и способа выгрузки-осадка из ротора. В данной схеме классификации не обозначено, какие центрифуги являются отстойными и какие фильтрующими потому, что многие центрифуги могут быть как первого, так и второго)вида. Ниже будет указано, какие из машин имеют преимущественнее использование в качестве фильтрующих и отстойных.
В табл. 2. 4 приведены схемы конструктивных разновидностей машин, нашедших наибольшее распространение в промышленности. Вертикальные центрифуги с ручной (верхней, или нижней) выгрузкой осадка являются машинами периодического действия. Наибольшее распространение в химической промышленности получили подвесные трехколонные (маятниковые) центрифуги. Трехколенные центрифуги с верхней выгрузкой имеют марки ФМБ; с нижней выгрузкой — ФМД. Их основные параметры: ФМБ ФМБ (2 вида) Диаметр ротора, мм 630—1500 800, 1200 Рабочая емкость ротора, л 45—400 90, 259 Частота вращения ротора, об/мин 1-150—760 1280, 950 Фактор разделения 740—485 730, 600 Эти центрифуги применяются для отделения жидкости от механических примесей и разделения средне- и крупнодисперсных суспензий, требующих длительного центрифугирования. Однако ручная выгрузка осадка снижает производительность центрифуг и требует применения тяжелого физического труда. Поэтому появились различные варианты механизации выгрузки осадка из центрифуг. Для этой цели используются различного вида ножи или скребки, приводимые в движение от электродвигателей, гидро- или пневмо- цилиндров. Верхняя механизированная выгрузка трудкогранспортируемых пастообразных осадков большой влажности осуществляется с помощью устройства «Ротоматик», состоящего из ножа и шнека, расположенного в трубе диаметром 80—100 мм. Нож срезает осадок, а шнек, вращаясь с частотой 300—700 об/мин обеспечивает быструю выгрузку осадка [54]. Для сыпучего осадка успешно применяется пневмомеханическая выгрузка. Специальным вентилятором высокого давления внутрь центрифуги подводится воздух или инертный газ под давлением 2—4 кПа.
Таблица 2.4
Схемы основных видов центрифуг
Срезанный ножом осадок захватывается газом, который уходит через выходной патрубок, и по трубе доставляется в циклон, где отделяется от газа. Освобожденный от твердой фазы газ вновь нагнетается вентилятором в центрифугу. Транспортировка осадка может сопровождаться его подсушкой. В этом случае между вентилятором и центрифугой устанавливаются конденсатор (для выделения из газа испарившейся влаги) и пластинчатый теплообменник (для подогрева газа, идущего в центрифугу). В трехколонной центрифуге со скребком и нижней выгрузкой (рис. 2. 14) суспензия поступает через штуцер 9 и отбрасывается к пер- Рис. 2.14. Трехколонная фильтрующая центрифуга со скребком: / — колонка; 2 — станина; 3 — тега; 4 — конус; 5 — корпус; 6 — ротор; 7 — гидроцилиндр механизма движения скребка; 5 — скребок; 9 — штуцер для подачи суспензии; 10 — крышка; 11 — вал приводной фориросанному, покрытому изнутри фильтровальной тканью или металлической сеткой ротору 6. Ротор смонтирован внутри корпуса 5 па приводном валу // с помощью конуса 4. Корпус укреплен на станине 2, упруго подвешенной на трех стойках-колонках / с помощью тяг 3. Жидкая фаза суспензии, пройдя через фильтрующую перегородку и отверстия ротора, собирается в нижней части станины, откуда отводится через соответствующий штуцер. Частицы твердой фазы образуют осадок, который выгружается с помощью скребка 8. Скребок выполнен винтообразным и приводится в движение (поворачивается) с помощью силового гидроцилиндра 7 и зубчато-реечной передачи. Осадок, срезанный скребком, проходит через отверстия, имеющиеся в нижней части конуса, и выводится из аппарата. В аппаратах данного вида все операции центрифугирования (загрузка, фильтрация, промывка и выгрузка осадка) автоматизированы и выполняются при различных частотах вращения ротора. Хорошо зарекомендовали себя в промышленности автоматические подвесные центрифуги с нижней выгрузкой осадка (см. табл. 2.4). Они отличаются устойчивостью и некоторой свободой колебаний ротора, сравнительно легкой и быстрой разгрузкой осадка. Кроме того, опора приводного вала и детали привода не подвергаются коррозии, так как не соприкасаются с жидкостью. Подвесные центрифуги предназначены для разделения суспензий, требующих короткого цикла центрифугирования. Загрузка суспензии и выгрузка осадка происходят периодически при сниженной частоте вращения ротора (до-300 об/мин при загрузке суспензии и до 50— 100 об/мин при выгрузке осадка). Отечественная промышленность выпускает подвесные центрифуги моделей ФПН (с ножевой выгрузкой) и ФПС (с гравитационной выгрузкой). Их основные параметры:
Диаметр ротора — 100—1250 мм Рабочая емкость ротора — 300—710 л Частота вращения ротора — 1000—1450 об/мин Фактор разделения — 700—1480
Горизонтальные фильтрующие центрифуги периодического действия выпускаются марок ФГН. Их основные параметры:
Диаметр ротора — 350—2200 мм Рабочая емкость ротора — 7, 5—2700 л Частота вращения ротора — 600—3500 об/мин Фактор разделения — 445—2400
Отстойные горизонтальные центрифуги имеют марку ОГН. Наибольшее распространение получили горизонтальные центрифуги автоматического действия с ножевым съемом осадка (серий АГ и АОГ). В этих центрифугах можно выгружать осадок, не снижая частоту вращения ротора, что благоприятно оказывается на режиме работы привода и способствует экономии электроэнергии. Суспензия подается в горизонтально вращающийся ротор (см. табл. 2.4), где разделяется на твердую и жидкую фазы. Осадок срезается ножом, который подводится (путем позорота) к ротору с помощью гидроцилиндра и попадает в наклонно расположённый лоток, которым и выводится из центрифуги. Фильтрующие автоматические центрифуги (АГ) предназначены для разделения средне- и крупнодиоперсных суспензий, зернистых, кристаллических и короткозолокнистых материалов, измельчение осадка которых при выгрузке допускается. Отстойные центрифуги (АОГ) применяются для выделения твердого вещества, из труднофильтруемых суспензий средней дисперсности. Автоматические центрифуги нормализованы, диаметр их ротора изменяется от 800 до 1800 мм, фактор разделения составляет 520— 1300. Основной недостаток автоматических центрифуг с ножевым съемом осадка — возможное измельчение частиц при его съеме. Большое распространение в промышленности получили центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка. Они могут быть осадительными и фильтрующими. Первые распространены шире. Осадительная тисковая центрифуга (рис. 2. 15) работает следующим образом. Суспензия поступает через трубу 6 в полый барабан шнека 5, откуда через отверстия 3 попадает во внутреннюю полость конического или цилиндроконического ротора 4, вращающегося в кожухе /. Под действием центробежной силы суспензия отбрасывается к стенкам ротора. Твердая фаза суспензии осаждается на стенке ротора и с помощью шнека 5 перемещается непрерывно к разгрузочным отверстиям 2 и далее через штуцер // выводится из машины. Жидкая фаза (фугат) собирается у широкого торца шнека, достигает отверстий 7, переливается через них и по штуцеру 10 выводится из центрифуги. Ротор и шнек вращаются с различной частотой (шнек медленнее),
Рис. 2.15. Осадительная шнековая центрифуга типа ОГШ: / — кожух; 2 — отверстия для выхода осадка; 3 — отверстия для суспензии; 4 — ротор; 5 — шнек; 6 — труба для подачи суспензии; 7 — отверстия для выхода фугата; 8 — цапфа полая; 9 — привод; 10 — штуцер для фугата; // — штуцер для осадка вследствие чего твердый осадок перемещается к разгрузочным окнам. Частота вращения шнека снижается с помощью планетарного редуктора 12. 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 па перемещение осадка и потери в редукторе, значительное измельчение осадка и загрязнение фугата мелкоизмельченной твердой фазой. Нашли применение в промышленности шнековые фильтрующие центрифуги типов ФГШ и ФВШ, которые отличаются тем, что имеют перфорированный ротор. Жидкая фаза в этих центрифугах проходит через отверстия в роторе и выводится из машины через штуцер, соединенный с кольцевой полостью, которая образована ротором и кожухом. Твердая фаза выводится из ротора так же, как и в осадительных центрифугах. Машины могут быть горизонтальными (ФГШ) и вертикальными (ФВШ). Предприятия выпускают осадительные и фильтрующие центрифуги со следующими основными параметрами:
ОГШ ФГШ (ФВМ) Диаметр ротора, мм 200—1200 160— 400 Частота вращения ротора, об/мин 6000—800 4400—2575 Фактор разделения ••000—385 1750—1500
В химической промышленности применяют непрерывно действующие центрифуги с выгрузкой осадка пульсирующим поршнем. В этил-машинах суспензия подается непрерывно, а осадок периодически выталкивается поршнем-толкателем из расположенного на горизонтальном валу перфорированного барабана, обтянутого фильтрующим ситом (см. табл. 2. 4). 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. В центрифугах непрерывного действия с инерционной выгрузкой осадка конический ротор вращается вокруг вертикальной оси (см. табл. 2. 4). Суспензия поступает в центрифугу сверху через воронку, отбрасывается центробежной силон к ротору с перфорированными стенками. Жидкая фаза проходит через отверстия и удаляется через штуцер, а твердая фаза задерживается на стенке ротора, образуя слой осадка. Поскольку угол наклона стенок ротора больше угла трения твердых частиц о его поверхность, то осадок перемещается к нижнему краю ротора и отводится из центрифуги по каналу для твердых частиц. Для увеличения длительности периода, в течение которого жидкость отделяется от твердых частиц, движение их тормозится шнеком, вращающимся медленнее ротора. Эти центрифуги пригоняются для разделения суспензий крупнозернистых материалов. Их недостаток состоит в том, что невозможно регулировать скорость движения осадка вдоль стенок ротора. Весьма перспективными являются центрифуги прецессионного типа, в которых ротор вращается не только вокруг собственной оси, но и вокруг оси прецессии, расположенной под углом, который можно изменять в пределах 0—5°; регулируя тем самым время пребывания осадка в роторе. Изменение времени пребывания осадка в роторе можно осуществлять в центрифугах с вибрационной выгрузкой осадка. Особенность этих машин заключается в том, что ротор имеет угол наклона стенок меньше, чем угол трения частиц о его поверхность. Следовательно, частицы не могут перемещаться вдоль образующей ротора под действием центробежных сил. Поэтому для перемещения осадка в роторе используются осевые вибрации, которые создаются механическим, гидравлическим или электромагнитным устройствами. Вследствие невысокого фактора разделения вибрационные центрифуги пока не получили широкого применения в химической промышленности. Для разделения очень тонких суспензий и эмульсий, а также для очистки лаков и масел применяются сверхцентрифуг. Их преимущества — в высокой интенсивности разделения, компактности и герметичности. Последнее особенно ценно при обработке вредных и горючих жидкостей. Недостатками сверх центрифуг являются небольшая емкость и периодичность работы при разделении суспензий. На рис. 2.16 показана трубчатая, сверхцентрифуга. Она имеет ротор 4, выполненный в виде трубы небольшого диаметра (100—200 мм), который в несколько раз меньше ее длины. Ротор подвешен на валу, приводимом от электродвигателя через ременную передачу. Внутри ротора имеется крыльчатка с тремя-четырьмя лопастями 10, которые препятствуют отставанию жидкости от стенок, ротора при его вращении. Суспензия подается снизу в ротор через полый вал, вращается вместе с ротором, перемещаясь одновременно вдоль его осп. Твердые частицы осаждаются на стенках ротора, а фугат отводится через отверстия в головке 2 в сливную камеру. Осадок периодически удаляется вручную. При разделении эмульсии расслоившиеся жидкости отводятся через отверстия в головке 2. Более тяжелая жидкость поступает в отверстия у стенки ротора, а легкая отводится через отверстия, расположенные ближе к оси. Частота вращения сверхценърифуг достигает 15000 об/мин, фактор разделения — 15000. Осадительными сверхцентрифугами непрерывного действия являются жидкостные сепараторы, служащие для разделения эмульсий или осветления жидкостей; В жидкостном сепараторе тарельчатого типа (см. табл. 2.4) обрабатываемая смесь в зоне отстаивания разделена на несколько слоев. Эмульсия подается по центральной трубе в нижнюю часть ротора и
Рис. 2.16. Сверхцентрифуга трубчатая: 1, 3 — сборники; 2 — головка; 4 — ротор; 5 — кожух; 6 — тормоз; 7— диск; 8 — днище; 9 — корпус; 10 — радиальные лопасти
через отверстия в тарелках распределяется тонкими слоями между ними. Более тяжелая жидкость, перемещаясь по поверхности тарелок, отбрасывается центробежной силой к периферии ротора и отводится через внешнее кольцевое пространство. Легкая жидкость направляется к осп ротора и удаляется через внутренний кольцевой накал. Отверстия в тарелках располагаются примерно по поверхности раздела тяжелой и легкой жидкости (обозначена пунктиром). Чтобы жидкость не отставала от ротора, последний снабжен ребрами 5. Ротор имеет диаметр 150—300 мм, частота его вращения — 5000— 10 000 об/мин.
|