Центрифуги и жидкостные центробежные сепараторы.

Центрифугирование — разделение жидких неоднородных систем под действием центробежных сил.

Для центрифугирования предназначены машины, называемые центрифугами и жидкостными центробежными сепараторами.

Центрифугирование проводят двумя методами: центробежным осаждением, т. е. разделением неоднородных систем под действием объемных сил дисперсной фазы и центробежным фильтрованием — под действием объемных сил дисперсионной среды и частично дисперсной фазы. В первом случае центрифугирование выполняют в роторах со сплошными стенками, во втором — с перфорированными. Суспензии можно разделять как в сплошных роторах, так и в перфорированных, а эмульсии — только в роторах, имеющих сплошную стенку.

Разделение суспензий методом центробежного осаждения подразделяют на центробежное осветление, центробежное сгущение и осадительное центрифугирование.

Центробежное осветление — выделение твердой фазы из малоконцентрированных суспензий (с объемной концентрацией не более 5%). Для этого процесса используют осветляющие шнековые центрифуги, имеющие отношение длины ротора к диаметру больше трех, в трубчатых центрифугах, а также в жидкостных сепараторах с тарельчатыми или цилиндрическими вставками.

Центробежное сгущение — процесс, при котором выделенные частицы дисперсной фазы концентрируются в относительно небольшом объеме дисперсионной среды. Эффективность процесса оценивают по степени сгущения и уноса. Степень сгущения определяется отношением содержания дисперсной фазы в концентрате и в исходном продукте. Для химических производств наиболее характерен процесс сгущения суспензий, содержащих от 2 до 30% (об.) взвешенных веществ. Для этой цели предназначены сепараторы-сгустители, из роторов которых осадок в виде концентрата непрерывно отводится через сопла.

Осадительное центрифугирование — разделение средне- и высококонцентрированных суспензий. Для проведения этого процесса используют обычно обезвоживающие и универсальные осадительные шнековые центрифуги, реже — центрифуги периодического действия с ручной или механизированной выгрузкой осадка.

Центробежное фильтрование — разделение суспензий центрифугированием в перфорированных роторах центрифуг периодического и непрерывного действия.

Классификация центрифуг и сепараторов.

В силу сложившихся традиций центрифуги и сепараторы имеют самостоятельные системы классификации. Мы будем рассматривать только те типы машин, которые нашли применение в химических производствах.

По характеру протекания процесса центрифуги делят на машины периодического и непрерывного действия.

По основному конструктивному признаку центрифуги подразделяют следующим образом:

• центрифуги с горизонтальным расположением вала; ротор может быть расположен между опорами или на консоли с одной стороны;

• с вертикальным расположением вала;

• с наклонным расположением вала;

• подвесные с верхним приводом и вертикальным расположением вала, подвешенным на верхней шарнирной упругой опоре; ротор закреплен на нижнем конце вала;

• подвесные с нижним приводом (маятниковые на колонках) и вертикальным расположением вала; опоры вала помещены в общий жесткий корпус, подвешенный на колонках с упругими шарнирными опорами; ротор закреплен на верхнем конце вала.

По способу выгрузки осадка из ротора различают центрифуги с ручной, контейнерной (кассетной), ножовой, шнековой, инерционной, механико-пневматической выгрузкой и выгрузкой пульсирующим поршнем.

Ручная выгрузка возможна через борт и через отверстие в днище ротора. Выгрузка через борт и через днище ротора встречается у маятниковых (трехколониых) центрифуг, через днище ротора — у подвесных центрифуг с верхним приводом.

В центрифугах с контейнерной выгрузкой осадок выгружается в съемном контейнере.

Ножевую выгрузку осадка (с помощью ножа или скребка) применяют в механизированных центрифугах периодического действия как при пониженной, так и при полной скорости ротора.

Комбинацию ножевой и пневматической выгрузки осадка называют механико-пневматической. Этот принцип выгрузки применяют на маятниковых центрифугах.

Выгрузку пульсирующим поршнем применяют только в фильтрующих центрифугах. Загрузка этих центрифуг непрерывная, а выгрузка осадка — цикличная, отдельными порциями при возвратно-поступательном движении поршня (или внутреннего каскада ротора). Так как число циклов в единицу времени велико, то такую выгрузку осадка можно считать практически непрерывной.

Шнековую выгрузку осадка обеспечивает разная частота вращения ротора и шнека, вращающихся в одну и ту же сторону. Вследствие этого шнек транспортирует осадок вдоль ротора к выгрузочным окнам. Этот способ выгрузки использован в осадительных и в фильтрующих центрифугах непрерывного действия.

Инерционная выгрузка осадка встречается только в фильтрующих центрифугах. Перемещение осадка вдоль ротора к разгрузочной кромке происходит под действием составляющей центробежной силы инерции.

В соответствии с приведенной классификацией разработаны обозначения промышленных центрифуг, выпускаемых заводами химического машиностроения. Эти обозначения вошли в отраслевой стандарт ОСТ 26-01-1326—75 «Центрифуги промышленные. Классификация и обозначения».

В химических производствах наиболее перспективны саморазгружающиеся сепараторы. За основу их классификации целесообразно принять конструктивные особенности разгрузочных устройств, которые определяют характер выгрузки осадка, возможное содержание в нем сухих веществ, производственный цикл процесса.

Саморазгружающиеся сепараторы разделяются на три основные группы:

1. с непрерывным,

2. пульсирующим

3. и непрерывно-циклическим отводом осадка.

В сепараторах с непрерывным отводом осадок удаляется вместе с частью жидкой фазы через сопла в виде концентрированной тяжелой фракции. В зависимости от конструктивных особенностей отводящих узлов тяжелая фракция отводится либо свободно, либо под давлением. В первом случае тяжелая фракция под действием центробежной силы выбрасывается из барабана через сопла, поступает в концентрично расположенную емкость и далее удаляется из сепаратора самотеком. Во втором случае концентрат из сопел поступает в полость ротора, в которой установлена неподвижно заборная трубка, отводящая тяжелую фракцию из сепаратора под давлением, зависящим от скоростного напора в полости ротора.

В сепараторах с пульсирующим отводом осадок выбрасывается из ротора при перемещении подвижного элемента, открывающего разгрузочные щели на периферии ротора. При полной разгрузке периодически прекращается поступление продукта на сепарирование, разгрузочные щели ротора открываются и все его содержимое, т. е. выделенный осадок и жидкая фаза, выбрасывается в приемник. При частичной выгрузке разгрузочные щели открываются на короткое время и из ротора выбрасывается только часть содержимого — накопленный осадок, а жидкий компонент остается. Подача продукта на сепарирование при частичной разгрузке не прекращается. При двухэтапной разгрузке вспомогательное устройство обеспечивает удаление из ротора жидкой фазы перед выгрузкой осадка.

Подвижной элемент, открывающий разгрузочные щели ротора, может перемещаться в зависимости от конструкции, либо под давлением продукта, находящегося в сепараторе, либо под гидростатическим давлением вспомогательной буферной жидкости.

Если полная разгрузка сепаратора происходит под давлением продукта в роторе, подвижными элементами являются цилиндрический поршень и подвижное днище. В системах с перемещением подвижного элемента под давлением буферной жидкости используют внутренний и наружный поршни. При двухэтапной разгрузке используют систему из вспомогательных устройств для удаления жидкой фазы и основные разгрузочные элементы — цилиндрический поршень, если разгрузка идет под давлением продукта в роторе, или внутренний и наружный поршни, если разгрузка идет под воздействием буферной жидкости.

В сепараторах с непрерывно-циклическим отводом осадка он отводится непрерывно в виде концентрата в течение основного этапа цикла и периодически выбрасывается из ротора в виде жидкой пасты, когда открываются разгрузочные щели или каналы во время вспомогательного этапа. В зависимости от схемы работы выгружаемый периодически осадок может содержать межтарелочную жидкость или удаляться по принципу частичной разгрузки, а в зависимости от расположения разгрузочных отверстий— может быть направлен в приемник концентрата или в индивидуальный сборник.

Сепараторы каждого из приведенных типов могут иметь отличительные особенности в зависимости от назначения: быть приспособленными для разделения двухкомпонентных или многокомпонентных систем, иметь различную степень изоляции процесса и механизма от окружающей среды. Агрессивность обрабатываемых продуктов определяет выбор конструкционных материалов для изготовления сепараторов.

Обозначение сепараторов определено отраслевым стандартом ОСТ 26-01-1325—75 «Сепараторы центробежные жидкостные. Классификация и обозначения».