Осветляющий тарельчатый саморазгружающийся сепаратор с непрерывной сопловой выгрузкой шлама.

Рис.186. Ротор осветляющего тарельчатого сепаратора с напорным диском и непрерывной выгрузки шлама через тангенциальные сопла:

1-штуцер отвода фугата; 2- неподвижная труба для подачи исходной суспензии; 3- трубки, соединяющие центральную часть ротора с атмосферой; 4- неподвижный напорный диск для вывода фугата; 5- крышка напорной камеры; 6- винтовое затяжное кольцо крышки5; 7- напорная камера; 8- тарелкодержатель; 9- коническая крышка ротора; 10- затяжная гайка; 11- пакет тарелок; 12- калиброванное сопло для непрерывного удаления осадка; 13- ротор; 14- консольный вал (веретено) ротора; 15- внутренняя труба тарелкодержателя; 16- вращающееся жидкостное кольцо на входе в направляющие лопасти неподвижного напорного диска.

Конструкция ротора рассматриваемого сепаратора приведена на рис.186. Ротор 13 жестко закреплен на коническом хвостовике консольного веретена 14. К корпусу ротора 13 жестко крепится верхняя коническая крышка 9 с помощью затяжной гайки 19. Пакет дистанционированных друг от друга коническим зазором тонколистовых тарелок 11 жестко закреплен на соосном тарелкодержателе 8. Исходная суспензия вводится через неподвижную трубу 2, поступает в нижнюю часть ротора 13 и распределяется по каналам (зазорам), образованным тарелками 11. В каналах (зазорах) происходит центробежное разделение исходной суспензии (согласно описанному выше механизму), в результате которого более тяжелые частицы дисперсной фазы перемещаются в сторону периферийного шламового пространства по нижней поверхности вышележащих тарелок, а осветленная дисперсионная среда через внутреннюю полость тарелкодержателя направляется в напорную камеру 7. Шлам в виде текучей пасты непрерывно удаляется через тангенциально и равномерно по периметру шламового пространства установленные калиброванные сопла 12, изготовленные из твердых сплавов или керамики. Количество таких сопел варьируется от 4 до 12. Тангенциальная установка сопел уменьшает эрозионный износ стенок неподвижного приемника осадка и позволяет экономить часть энергии, расходуемой на вращение ротора за счет реактивного действия истекающих струй пастообразного шлама. Осветленная жидкость, введенная во вращающуюся напорную камеру 7, закрытую крышкой 5, за счет закрутки потока, полученной в роторе 13 и в камере 7, образует вращающийся кольцевой слой. Из этого кольцевого вращающегося слоя жидкость направляется лопастями неподвижного напорного диска 4 в его центральную часть (см. сечение А-А рис. 186), затем по выпускному патрубку направляется в штуцер отвода фугата 1. Существует широкий спектр выпускаемых ведущими мировым фирмами сепараторов рассматриваемого типа с периферийными соплами. Эти машины используются для осветления суспензий в производствах полимеров, фосфорной кислоты, катализаторов, сельскохозяйственных средств различного целевого применения, очистки тяжелых топлив, сточных вод и т.п.

В практике центробежного разделения применяются также осветляющие тарельчатые саморазгружающиеся сепараторы с непрерывным отводом шлама через наклонные к оси вращения перефирийные каналы см. рис. 187.

Р ис. 187. Ротор тарельчатого саморазгружающегося сепаратора с непрерывной выгрузкой шлама через наклонные каналы:

1-кольцевая щель между тарелкодержателем 6 и днищем ротора; 2- пакет тарелок; 3- неподвижная труба подвода исходной суспензии; 4- приемник осветленного фугата; 5- крышка ротора; 6- тарелкодержатель; 7- твердосплавные защитные диски; 8- отверстия в тарелкодержателе для ввода исходной суспензии в пакет тарелок 2;

9- защитные противоэррозионные трубки, запрессованные в наклонные каналы для вывода шлама; 10- калиброванные сопла на концах наклонных каналов.

Принципиально конструкция такого сепаратора не отличается от конструкции сепаратора с тангенциальными соплами (см. рис.186), кроме расположения наклонных каналов для непрерывного вывода пастообразного осадка. В периферийных участках шламового пространства в зонах входа осадка в наклонные каналы образуются вихревые потоки, которые при наличии абразивных частиц в дисперсной среде способствуют местному эрозионному износу крышки и наклонных каналов. Для предотвращения этого негативного воздействия в крышке ротора устанавливают защитные износостойкие диски 7, а в наклонные каналы запрессованы защитные трубки 9 из износостойких материалов.

Сепараторы с наклонными каналами используются в основном в микробиологической промышленности (в производствах дрожжевых субстратов), в гидролизной и пищевой промышленности.

Тарельчатые саморазгружающиеся сепараторы с центробежной пульсирующей выгрузкой сгущенного осадка через периферийные разгрузочные щели, периодически открываемые при перемещении подвижного элемента ротора.

Специфической особенностью конструкции роторов этих сепараторов является наличие разгрузочных отверстий на периферии ротора напротив наибольшего объема шламового пространства. Подвижные элементы роторов сепараторов этого типа обычно конструктивно выполняются в виде наружного подвижного поршня или внутреннего подвижного поршня («подвижного днища»), перемещающихся в осевом направлении при изменении разности гидростатического давления над поршнем и под ним. Рассмотрим конструктивные схемы роторов саморазгружающихся сепараторов этих типов .

Рис. 188. Схемы роторов саморазгружающихся сепараторов:

а- с наружным поршнем; б- с внутренним поршнем:

1. кольцевое резиновое уплотнение перифирийного разгрузочного зазора; 2- кольцевое резиновое уплотнение перемещающихся цилиндрических поверхностей; 3- разгрузочная щель; 4- внешний подвижный поршень; 5 – внутренний подвижный поршень («подвижное днище»).

На рис. 188а приведена схема ротора с внешним подвижным поршнем 4, для которого предусмотрена ограниченная возможность осевого перемещения с целью либо полного открытия, либо полного перекрытия разгрузочных смесей 3.Плотность закрытия периферийного зазора для вывода осадка через разгрузочные щели обеспечивается сжатием резнового уплотняющего кольца 1 в кольцевом зазоре торцевой привалочной поверхностью подвижного поршня 4. Плотность герметизации по перемещающимся друг относительно друга сопрягаемым цилиндрическим поверхностям ротора и подвижного поршня, обеспечивается уплотняющими контактными резиновыми кольцами, размещаемыми в кольцевых проточках этих поверхностей. На рис. 188 б приведена схема ротора с внутренним подвижным поршнем («подвижным днищем») 5.Принцип работы внутреннего подвижного поршня во многом аналогичен работе внешнего поршня.

В сепараторах рассматриваемого типа осуществляются циклические процессы, включающие, как правило, однотипные последовательные этапы без остановки вращающегося с постоянной рабочей частотой ротора: закрытие разгрузочных отверстий – сепарирование (накопление осадка и отвод фугата) – раскрытие разгрузочных отверстий (разгрузки осадка) – последующее закрытие разгрузочных отверстий и т.п. В зависимости от назначения и конструкции сепаратора, его цикл может включать другие промежуточные этапы, например, безразборную мойку различными реагентами, водой и т.п.

В ряде технологических процессов сепарации при значительном времени открытия разгрузочных отверстий наряду с осадком из них будет также выбрасываться разделяемая суспензия, что в большинстве случаев крайне нежелательна. Поэтому, во избежание излишних потерь суспензии с выгружаемым осадком на этапе разгрузки осадка, целесообразно перекрывать подачу суспензии в сепаратор. В этом случае цикл работы сепаратора включает следующие этапы: закрытие разгрузочных отверстий сепарирование суспензии  прекращение подачи исходной смеси открытие разгрузочных отверстий (выгрузка осадка)  закрытие разгрузочных отверстий возобновление подачи исходной смеси.

Более совершенный режим работы сепаратора с точки зрения недопущения излишних потерь разделяемой суспензии на этапе выгрузки осадка осуществляется в машинах с частичной разгрузкой ротора. При осуществлении этого режима разгрузочные щели открываются на строго определённый краткий интервал времени, в течение которого успевает выгрузиться только часть осадка. Оставшаяся часть осадка препятствует прорыву жидкости через разгрузочное отверстие. Этот принцип работы требует тонкого регулирования разности давления на подвижный элемент, открывающий и перекрывающий разгрузочные отверстия, а также темпа изменения этой разности давления, измеряемого часто долями секунды. При работе сепаратора в режиме частичной разгрузки подача исходной суспензии на сепарацию в течение цикла не прекращается.

Рассмотрим схему работы ротора с центробежной пульсирующей выгрузкой осадка рис 189.

Рис. 189. Схема ротора с центробежной пульсирующей выгрузкой осадка:

1. неподвижный канал для подачи буферной жидкости для открытия разгрузочных отверстий; 2- канал для подачи буферной жидкости для закрытия разгрузочных отверстий; 3- диафрагма, составляющая единое целое с поршнем 8; 4- полость для создания гидростатического давления, обеспечивающего закрытие разгрузочных отверстий поршнем 8; 5- дренажный канал для выброса жидкости из полости 4; 6- полость для создания гидростатического давления, обеспечивающего открытие разгрузочных отверстий; 7- дренажный канал для выброса буферной жидкости из полости 6; 8- подвижный поршень; 9- фаска поршня; 10- разгрузочные отверстия; 11- неподвижный напорный диск; 12- неподвижная загрузочная труба.

При вращении ротора с рабочей угловой скоростью в центрифугируемой жидкости, находящейся внутри ротора, возникает гидростатическое давление р_ж, зависящее от частоты вращения ротора ω, эффективной плотности обрабатываемой суспензии _ж и от внешнего и внутреннего радиусов вращения кольца жидкости в роторе. При необходимости перекрытия разгрузочных каналов 10 на периферии ротора поршень 8 поднимается вверх, что обеспечивается созданием в полости 4 повышенного гидростатического давления р₃, обеспечивающего возникновение силы N_ж, с запасом превышающую силу, создаваемую давлением р_ж во внутренней полости ротора. При полностью закрытых поршнем 8 разгрузочных отверстиях 10, осадок, выделяемый при работе сепаратора, накапливается в шламовом пространстве ротора.

В некоторых конструкциях сепараторов сила N_ж закрытия разгрузочных отверстий создается за счет упругости пружин, размещаемых в соответствующих гнездах ротора. Гидростатическое давление в полости 4 достаточно просто создается подачей в эту полость вращающегося ротора по неподвижному каналу 2 струи буферной жидкости (водопроводной воды или какого-либо инертного раствора). Моментом начала и интервалом продолжительности цикла подачи буферной жидкости можно управлять с помощью перенастраиваемой системы автоматического управления работой сепаратора.

После заполнения шламового пространства осадком, необходимо разгрузить ротор, т.е. опустить поршень 8 и открыть разгрузочные каналы 10. Опускное движение поршня 8 возможно осуществить двумя основными способами:

Первый способ сводится к тому, что при помощи какого-либо встроенного в ротор гидромеханического управляемого клапана открываются каналы 5, через которые буферная жидкость из полости 4 будет выброшена под действием центробежной силы, давление р₃ исчезнет и под действием давления р_ж на поверхность фаски 9 подвижный поршень опустится, открыв разгрузочные каналы 10 для отвода осадка в приемник.

Чаще первого применяется второй способ обеспечения опускного движения подвижного поршня 8, при котором по неподвижному каналу 1 в полость 6 подается буферная жидкость, в ней создается повышенное давление р_р.Сила Т, вызываемая этим давлением, существенно превышает силу N_ж, создаваемую давлением р₃ в полости 4. Таким образом, сила Т заставляет подвижный поршень 3 опуститься и открыть разгрузочные отверстия для вывода осадка. Для возврата поршня в верхнее положение достаточно удалить буферную жидкость из полости 6 через канал 7 и действующее в полости 4 давление р₃ снова переместит подвижный поршень 8 в верхнее положение.

Следовательно, перемещение подвижного поршня 8 вниз с целью разгрузки осадка может в одних конструкциях сепараторов осуществляется за счет гидростатического давления в жидкости р_ж во внутренней камере сепаратора, в других конструкциях – за счет внешнего давления, обусловленного подачей буферной жидкости в определенную полость ротора.

Рассмотрим конструкцию тарельчатого осветляющего саморазгружающегося сепаратора ОДВ с принудительным перемещением внутреннего подвижного поршня за счет давления буферной жидкости

(рис 190).

Рис. 190. Тарельчатый осветляющий

саморазгружающийся сепаратора ОДВ с принудительным перемещением внутреннего подвижного поршня за счет давления буферной жидкости. Общий вид и конструкция ротора:

1-ограничительный дренажный канал для отвода буферной жидкости; 2- внутренний подвижный поршень; 3- дренажный канал для удаления буферной жидкости из полости 4;4- полость для буферной жидкости над подвижным поршнем 2; 5- нагнетательный канал для подачи буферной жидкости в полость 4; 6- неподвижная труба для ввода исходной суспензии; 7- неподвижный напорный диск для отвода фугата; 8- пакет тарелок; 9- разгрузочная щель; 10- шламовое пространство; 11- полость для буферной жидкости под внутренним подвижным поршнем 2; 12- нагнетательно-дренажный канал для подвода и отвода буферной жидкости из полости 11; 13- камера в роторе для приема буферной жидкости.

Этот тип машин относится к группе рассматриваемых сепараторов с центробежной пульсирующей выгрузкой осадка. Поскольку из рис.190 ясно, что общая компановка рассматриваемого сепаратора (станина, винтовая передача, система смазки, консольный вал – веретено, упругие горловая и нижняя опоры и прочее) в основном аналогичны соответствующим конструкциям классических сепараторов, рассмотрим детально лишь конструкцию ротора сепаратора, его основные элементы и их взаимодействие в процессе циклической работы сепаратора.

Перед началом циклической работы в приемную камеру 13 вращающегося ротора подают по внешним неподвижным каналам буферную жидкость, которая по нагнетательным каналам 12 ротора поступает в полость 11 под внутренним подвижным поршнем 2 и, одновременно, по нагнетательным каналам 5 – в полость 4 над подвижным поршнем. При прекращении подачи буферная жидкость полностью удаляется через дренажные каналы 3 из полости 4. В полости 11 образуется кольцевой слой буферной жидкости, ограниченный радиусом расположения дренажного канала 1. Под действием повышенного гидростатического давления буферной жидкости в полости 11, поршень 2 поднимается и перекрывает разгрузочные щели 9.

Затем в ротор по неподвижной трубе 6 подается на осветление исходная суспензия, поступающая через подводящие каналы тарелкодержателя в шламовое пространство 10. Освободившись от наиболее крупных частиц осветляемая суспензия направляется в пакет тарелок 8, в котором завершается ее осветление. Фугат отводится с помощью неподвижного напорного диска 7 в соответствующий сборник. После заполнения шламового пространства 10 осадком до расчетной величины, подачу исходной суспензии прекращают. В камеру 13 вновь подают буферную жидкость в количестве, превышающем ее истечение через дренажные каналы 3 и 12. Поскольку пропускная способность канала 12 меньше пропускной способности ограничительных каналов 1, удаление буферной жидкости в полости 11 остается постоянным. В то же время слой жидкости в полости 4 увеличивается в радиальном направлении и доходит до расположения нагнетательных каналов 5. При этом сила от гидростатического давления в полости 4 заставляет подвижный поршень 2 перемещаться вниз, открывая разгрузочные щели 9, из которых осуществляется выгрузка осадка. Цикл повторяется: подачу буферной жидкости прекращают, ее остаток удаляется через дренажные каналы 3, поршень 2 возвращается в верхнее положение под действием сохраняющегося гидростатического давления в полости 11, после чего процесс сепарирования возобновляется. Разгрузка шламового пространства ротора может быть частичной (без значительной потери жидкой фазы) при неполном опускании поршня 2. Для поддержания режима частичной разгрузки ротора в приемную камеру 13 подается ограниченное количество буферной жидкости. При полной выгрузке осадка (т.е. при допущении вывода с осадком определенного количества жидкой фазы) подвижный поршень полностью открывает разгрузочные окна. Время выгрузки для этих двух режимов на практике варьируется в пределах 0.3-10 секунд, а рабочий цикл, как правило, автоматизирован полностью.

Сепараторы рассматриваемого типа, применяются для обезвоживания и очистки от механических примесей нефтепродуктов, смазочных масел, отработанных масел, очистки моющих растворов и т.д.

В заключение обзора конструкций современных саморазгружающих тарельчатых сепараторов рассмотрим конструкцию ротора сепаратора с двухэтапной разгрузкой. Сущность этого метода заключается в том, что после заполнения шламового пространства ротор разгружается в два этапа:

• на первом этапе удаляется межтарелочная жидкость из пакета тарелок;

• на втором этапе удаляется осадок.

При этом практически устраняются потери жидкой фазы с осадком, а сам осадок имеет низкую влажность. Двухэтапная разгрузка осуществляется с помощью промежуточного клапана.

Цикл работы таких сепараторов включает следующие этапы: закрытие разгрузочных щелей  центробежное разделение исходной суспензии  прекращение подачи исходной суспензии  удаление межтарельчатой жидкости  выгрузка осадка  закрытие разгрузочных щелей  возобновление подачи исходной суспензии.

Рассмотрим конструкцию отечественного сепаратора ОДЛ, в котором разгрузка ротора происходит под действием гидростатического давления продукта на подвижный элемент, перекрывающий разгрузочные щели

(см. рис. 191).

Рис. 191. Саморазгружающийся ротор сепаратора с подвижным днищем и клапаном с изолированным поршнем для двухэтапной разгрузки осадка:

1-приемная камера буферной жидкости для подачи ее в клапан 4; 2- нагнетательные каналы для буферной жидкости, подаваемой к клапану 5; 3- полость под подвижным поршнем 7, заполняемая буферной жидкостью; 4- клапан для регулирования отвода буферной жидкости; 5- клапан с изолированным поршнем для отвода межтарелочной жидкости; 6- канал для слива буферной жидкости из полости 3 под поршнем 7; 7- подвижный поршень в виде подвижного днища, перекрывающий разгрузочные щели 8; 8- разгрузочные щели; 9- коническая крышка; 10- пакет тарелок; 11- неподвижный напорный диск для отвода фугата;12- неподвижная труба для подвода исходной суспензии; 13- канал для слива межтарелочной жидкости; 14-отверстие для вывода остатков межтарелочной жидкости; 15- пробка, закрывающая канал 13; 16- кольцо, связывающее клапан 5 с пробкой 15; 17- приемная камера буферной жидкости для подачи ее по каналам 2 в клапан 5.

Перед началом центробежного разделения исходной суспензии с целью закрытия разгрузочных щелей 8 после предшествующего этапа цикла в приемную камеру 1 ротора подается буферная жидкость, которая подводится к клапану 4, а далее в полость 3 под подвижным поршнем («подвижным днищем») 7. Под действием возникающего во вращающейся полости 3 гидростатического давления со стороны буферной жидкости на подвижный поршень 7, последний поднимается и своей привалочной кромкой плотно прижимается к уплотнительному кольцу, размещенному в проточке крышки 9.

Разгрузочные отверстия 8 при этом надежно перекрыты. После перекрытия разгрузочных отверстий подача буферной жидкости в полость 3 ограничивается и поддерживается с небольшим избытком по сравнению с ее расходом через дроссельный канал в седле клапана 4. При этом дренажный канал 6 для слива буферной жидкости из полости 3 под поршнем 7 перекрывается дисковым поршнем клапана 4.

После завершения этапа перекрытия разгрузочных щелей 8 по неподвижной центральной трубе 12 в ротор сверху подается исходная суспензия, которая осветляется в пакете тарелок 10. Фугат удаляется с помощью неподвижного напорного диска 11, а осадок скапливается в шламовом пространстве. Этап центробежного разделения суспензии завершается после накопления в шламовом пространстве определенного в соответствии с принятой технологией количества осадка. При этом поступление в ротор исходной суспензии прекращается.

На следующем этапе цикла – этапе удаления межтарелочной жидкости из всей внутренней рабочей полости ротора, буферная жидкость подается в приемную камеру 17, откуда по нагнетательным каналам 2 она направляется к каналам клапана 5 с изолированным поршнем. С помощью клапана 5 и системы дренажных каналов межтарелочная жидкость отводится из ротора. Клапан 5 связан жестким концентрическим кольцом 16 с помощью диаметрально расположенных тяг с пробкой 15, перекрывающей дренажный канал для слива межтарелочной жидкости из ротора.

Под действием гидростатического давления буферной жидкости клапан 5 смещается влево, перемещая за собой кольцо 16 и пробку 15. При этом канал 13 открывается и остатки межтарелочной жидкости из центральной камеры ротора через систему дренажных каналов выводятся через отверстие 14. Затем подача буферной жидкости в приёмные камеры 1 и 17 завершается и её остатки удаляются по дренажным каналам клапанной системы и через дроссельное отверстие клапана 4. Система клапана 5 с изолированным поршнем возвращается в исходное положение, перемещается вправо под влиянием разности центробежных сил, действующих на клапан 5 и пробку 15. Одновременно снижается давление, действующее на дисковый поршень клапана 4, он под действием центробежной силы отходит к периферии (влево), открывая канал 6. Буферная жидкость из полости 3 свободно удаляется через дренажный канал 6 и отводящий канал в клапане 4.

Следующий этап цикла работы сепаратора – выгрузка осадка – начинается при снижении гидростатического давления буферной жидкости полости 3 до давления опускания подвижного днища 7. При этом под действием гидростатического давления оставшегося в шламовом пространстве продукта подвижное днища 7 перемещается вниз, открывая разгрузочные отверстия 8, и осадок выгружается.

После завершения этапа центробежной выгрузки осадка вновь наступает этап закрытия разгрузочных отверстий. Как и вначале предшествующего цикла (см. выше) открывается подача буферной жидкости в приёмную камеру 1, разгрузочные отверстия снова закрываются и выше описанный цикл повторяется вновь.

Циклом работы сепаратора можно управлять вручную, а также с помощью системы автоматического регулирования, которая позволяет производить перенастройку длительности основных этапов цикла работы сепаратора.