Rozdilennya

Факторрозділудляпроцесуцентрифугуванняможнаотожнити зчисломФруда(відношенняквадратухарактерноїшвидкостідодобутку характерної для даних умов довжини на прискорення сили ваги). В залежності від величиниданогопараметруцентрифугиможнаумовно розділити на два класи: центрифуги звичайні, для яких Fr 3500; центрифугишвидкісні абонадцентрифуги,дляякихFr 3500.Звичайні центрифугивикористовуютьсяпереважнодляобробкисуспензійрізної концентрації, що містять крупно-, середнєта дрібнозернисту тверду фазу; а також для відтискування поодиноких матеріалів. Ротори таких апаратів мають відносно великі розміри та часто виконуються фільтруючими.Надцентрифугивикористовуються,головнимчином,для обробки тонких та колоїдних суспензій малої концентрації, емульсій. Ротори цих машин завжди суцільні та мають невеликі розміри. За технологічним призначенням центрифуги можна класифікувати на осаджувальні, фільтруючі, освітляючі та концентруючі. Фільтруючі центрифуги використовуються для розділу суспензій, що мають дисперсну фазу кристалічної та зернистої структури, а також для обезводжуваннятвердих,нетекучихматеріалів,порияких повністюабо частково заповнені рідиною. За допомогою даних апаратів можливо досягнути найменшого вмісту рідкої фази та здійснити промивання залишку. Осаджувальні та освітляючі центрифуги застосовують для розділу суспензій, що погано фільтруються;для освітленнясуспензій малоїконцентрації; атакождля класифікації суспензійза крупністюта об”ємною вагою твердої фази. Роздільні та концентруючі центрифуги знаходять використання відповідно для розділу емульсій та концентрування суспензій та емульсій.

За способом вивантаження залишку можна відзначити центрифугизручним,шнековим,інерційним,скребковим,гравітаційним, гідравлічнимтавібраційнимрозвантаженням.Уцентрифугахзшнековим розвантаженнямвикористовуєтьсяпринципдиференціальногообертання двох концентричних роторів: у зовнішньому відбувається центрифугування, а внутрішній служить для транспортування залишку(рис.8.5).Осаджувальні центрифугиданого виконаннямають роториконічної тациліндричної формитазабезпечуютьрух суспензії від вузької до широкої частини апарату, а залишок - у протилежному. Подібні машинизастосовуються, здебільшого,для розділу суспензій, щомаютьдрібнозернистутвердуфазу,атакожвякостікласифікаторів. Фільтруючі центрифуги з шнековим вивантаженням залишку відрізняютьсяменшимиенерговитратамипорівнянозосаджувальними машинамиданоготипу.

13

Суспензії

б)

Суспензія

а)

Рис. 8.5. Конструктивна та технологічна схеми горизонтальної осаджувальної шнекової центрифуги безперервної дії.

а-принципова схема машини:

1- глухий конічний ролбочий барабан; 2 - розвантажувальні вікна; 3 - редуктор; 4 - живильні вікна; 5 - зливні вікна; 6 - шків;

7 - воронка; 8 - живильна труба; 9 - шнек; 10 - шнековий барабан. б - схема процесу розділення.

Видаленнязалишкувцентрифугахзінерційнимвивантаженням здійснюєтьсянаходупід дієювідцентровогополятавнаслідоквібрацій ротора. В основу конструкції машини даного типу закладена ідея

14

Т.ПіонтковськоготаІ.Щетіовського,згідноякоїкутнахилустінокконічного ротора (барабана) перевищує кут тертя залишку по стінкам, що зумовлюєрух залишкупід дієюдотичної складової відцентровоїсили. Подібне конструктивне виконання характерне для саморозвантажувальних центрифуг, тобто апаратів з гравітаційним вивантаженнямзалишку.

Вцентрифугах з пульсуючим поршнем залишок вилучається окремимипорціями внаслідокзворотно-поступального рухудиска або поршня. Існують також інші центрифуги що мають спеціальний механічний пристрій для вивантаження залишку - лопатевий або ножовидний.

Гідравлічне вивантаження залишку використовується при необхідності згущеннятвердоїфазисуспензії.Підчасцентрифугування згущена тверда фаза безперервно відводиться через сопла, які розташовуютьсяпопериферіїротораапарату.

Взалежності від особливостей монтажу конструктивних елементіввідзначають центрифуги зопорним (8.7,а,б)та підвішеним (рис.8.7, в,г) барабаном.

Серед роздільних машин відцентрової дії в залежності від різновидупродукції,щовних обробляється,можнавідзначитизвичайні центрифуги,надцентрифуги,циклони,вібросепараторитощо.Зарежимом роботиможнавиділитицентрифугиперіодичної(рис.8.8)табезперервної дії(рис.8.9)

8.2.3.Особливості розрахункуосновних параметрів центрифуг.

Дляцентрифугиперіодичноїдіїпродуктивністьстановить:

де tЖ - тривалість живлення центрифуги, с; tП - тривалість пресування абовідтискування залишку,с; tВ -тривалістьвивантаження апарату,с; ПС - середня продуктивність центрифуги, м3/с; ПV - об”ємна продуктивністьцентрифуги,м3/с:

де d-діаметр частиноктвердої фази, м;L -довжина осадження,м; -

15

в”язкість рідини, Па*с; r0 - радіус зливного отвору, м;

За більш спрощеним розрахунком продуктивність центрифуги періодичноїдіїможнавизначитияк:

47 hбdб 2 C

, кг/год (8.18) tЦ

де -коефіцієнтзавантаженняцентрифуги: =0,5…0,7;hб,dб -відповідно висота та діаметр барабану центрифуги, м; tЦ - тривалість циклу центрифугування, що містить час на завантаження,розділення фаз продукціїтарозвантаження.

а - гравітаційним способом в саморозвантажувальних центрифугах;

б - інерційним способом у подвоєному барабанно - струменевому ситі.

Швидкістьосадженняприцентрифугуванні можнарозрахувати заформулою:

n- частотаобертанняротора, об/хв; r- радіусобертання ,м. Потужність, що витрачається на роботу центрифуги, містить

витрати на пуск апарату N1, на тертя в підшипниках N2 та на опір повітряногосередовищаN3.

16

в)

а)

б) г)

Рис. 8.7. Різновиди конструктивних схем центрифуг за способом монтування барабану.

а,б - з опорним розташуванням барабану.

а - з жорстким кріпленням кожуха: 1 - завантажувальна труба; 2 - кожух; 3 - барабан; 4 - люк; 5 - буфер; 6 - тяги; 7 - вал;

б - з пружинним кріпленням кожуха: 1 - вал; 2 - барабан; 3 - кожух; в, г - з підвішеним барабаном; в- при подачі продукції на диск; г - при одночасному завантаженні.

Витратипотужності на пускрозраховують як:

N1 = 0,5m ОС2 + 0,18 ОС2V 4/g tП-1 , Вт

де V - геометрична ємкість барабана центрифуги, м3; tП - тривалість пуску центрифуги, с; m - маса барабана та обертаючих частин центрифуги, кг; A1 = 0,5mV2 - робота, що витрачається на обертання порожньогобарабанавмоментпускуцентрифуги; A2=0,182V ч/g-робота, що витрачається на обертання продукта в барабані в момент пуску центрифуги.

Витратипотужності на тертявпідшипниках складає: N2 = mОБf dBn*10-3, кВт

де mОБ - маса обертаючих частин центрифуги та суспензії, кг; f - коефіцієнттертяв підшипниках :f=0,07;dВ -діаметршийкивала, м; n-

17

H,D - відповідно висота та діаметр барабана, м.

2

2

ж

Рис. 8.8. Схеми центрифуг періодичної дії.

а - відстійна з нижнім приводом: 1,3 - труби; 2 - барабан; 4 - ковпак; 5 - вал; б - відстійна з верхнім приводом: 1 - барабан; 2 - вал;

в - стаканчикова: 1 - кільце; 2 - стакани.

Продуктивністьфільтруючих центрифуг,зокремадлязгущення матеріалів,можнаоцінитипокількості обробленогопродукта:

деr-внутрішнійрадіусроторацентрифуги,м; H-висотафільтруючого шару,щодорівнює, як правило,висоті ротора,м; -густина суспензії, кг/м3 ; W1,W2 -ваговийвмістрідкоїфазивідповідноувихідномуматеріалі

18

таготовому продукті; -ступіньзаповненняцентрифуги.

а – з циліндричним вертикальним барабаном: 1- кожух; 2 – сітчатий фільтруючий барабан; 3 – приводний вал; 4 – днище; 5 – ротор;

6 – шнек; 7,8,10 – шестерні; 9 – проміжний вал; 11 – відвідний рукав; 12 – воронка; 13 – патрубок; б – з конічним вертикальним барабаном: 1 – кожух; 2 – сітчатий барабан; 3 – порожнистий конус; 4 – шнек; 5 – жолоб; 6 – рукав;в – з горизонтальним циліндричноконічним барабаном: 1 – кожух; 2 – барабан; 3,6 – порожнисті вали; 4 – шнекові лопаті; 5 – шків; 7 – редуктор; 8 – проміжний вал;

9,17 – диски; 10 – воронка; 11 – нерухома труба; 12 – отвори; 13,14 – зливні вікна; 15 – рукав для видалення осаду; 16 – рукав для видалення рідкої фази; 18 – живильне вікно.

Цикловий час tЦ роботи даного апарату містить тривалість завантаження або живлення центрифуги, відтискування залишку,

19

механічногосушінняостанньоготарозвантаження.

При інженерних розрахунках промислових фільтруючих центрифуг можна використати наближений вираз для об”ємної продуктивності:

деr0 -внутрішнійдіаметр шару рідинив роторі,м; rз -внутрішнійрадіус кільцевого шару залишку, м; - кінематична в”язкість фугату, м2/с; кС - коефіцієнтпроникності даногофільтруючогосередовища.

Для визначення продуктивності осаджувальних центрифуг безперервноїдіїзшнековимрозвантаженнямапаратуможнавикористати рівняння:

П = kеSе OC , м3/c

де індекспродуктивності Sе можна визначити як: Sе=SFr, (S -поверхня осадження твердої фази, Fr - фактор розділення центрифуги).

Коефіцієнт ефективності ке для даної машини за даними,

де Fri - критерій Фруда, що у відцентровому полі можна вважати як факторрозділення;Ar -критерійАрхімеда;Re -критерійРейнольдса.

Продуктивність центрифуги безперервної дії з відцентровим способомрозвантаженнязалишкувизначаєтьсяпропускноюздатністю розкидуючоїтарілкитарозмірамизавантажувальноговікна:

П = 6*10-3 (rMAX2 - rMIN2) - S hPn ф , кг/год (8.22)

де rMAX , rMIN - відповідно максимальний та мінімальний радіус завантажувальноговікна,м;S-неробочаплощатарілки,м2; hP -висота ребра, м; n - число обертів ротора за хвилину; ф - густинафугата, кг/ м3.

Забільшспрощеноюметодикоюпродуктивністьосаджувальних центрифугбезперервноїдіїможнавизначитияк:

П = L(r - r0) OCFr, м3/с (8.23)

деL,r-відповіднодовжинатавнутрішнійрадіусротора,м; r0 -внутрішній радіус шаруфугата.

20

8.2.4. Загальна характеристика надцентрифуг.

Роздільної здатності, необхідної для ефективного центрифугуванняемульсійаборозчинів,всучаснихапаратахдосягають абозарахунокпідвищенняшвидкості обертанняротора,абовнаслідок підвищення поверхні осадження. Перший спосіб вимагає досить жорсткої конструкції машини, що має місце в камерних надцентрифугах (рис.8.10). Другий спосіб здіснюється в процесі тонкошарового центрифугування та реалізується в тарілчастих сепараторах,формиробочих поверхоньякихпредставлені нарис.8.15.

3 – барабан; 4 – картер барабану; 5 – гальми; 6 – напрямна втулка;

7– живильна труба;

б– схема роботи центрифуги; 1 – ротор; 2 – збірник фугату;

3 – приводний вал.

За степінню дисперсності суспензії, що підлягають центрифугуванню, можна поділити по групах, які представлені у таблиці 8.2.

Представлена класифікація свідчить, що високий фактор розділення (Fr 3000) надцентрифуг обумовлює використання останніх для обробки тонких, колоїдних суспензій, а також емульсій.

За особливостями конструктивного виконання серед

21

надцентрифугможнавідзначититрубчаті татарілчасті.Узв”язкузтим, що підвищення індекса продуктивності за рахунок збільшення швидкохідності обмежується міцністю ротора, ефективність роботи трубчатих надцентрифуг досягається подовшанням ротора, а тарілчастих - внаслідок підвищення площі осадження.

Рис. 8.11. Схеми тарілчастих вставок сепараторів.

Всередині ротора трубчатих або камерних надцентрифуг (рис.8.10) розташовується крильчатка, що має три-чотири радіальних лопаті. Така крильчатка, що часто по висоті займає більшу частину ротора, перешкоджає відставанню рідини від обертаючого робочого

22