Rozdilennya

органу. Трубчаті надцентрифуги використовують для освітлення, головним чином, в”язких суспензій, з малим вмістом твердої фази (наприкладдляосвітленняфруктових соків,бактерійних бульонів);для дрібногоосадженняабофракціонуваннясуспензійзавеличиноючастин твердої фази (привидаленні грубих домішок); для розділення стійких емульсій (видалення води з рослинних, рибних та тваринних жирів); для дисперсійного аналізу високодисперсних та колоїдних систем. Подібні машини особливо доцільні у випадках обробки агресивних , гарячих або холодних рідин, коли необхідні невеликі площі робочих поверхонь.

При центрифугуванні в тарілчастих надцентрифугах рідина спрямовуєтьсявідпериферіїтарілок(рис.8.12) до центруроторакрізь міжтарілковий простір (при розділенні суспензій) або до каналів, створенихотворамивтарілках(прирозділенніемульсій).Щобрідинане відставалавідобертанняротора,упорожниніостанньогорозташовують ребра, а тарілки оснащують виступами по твірній. За технологічним призначеннямвідзначаютьсяосвітляючі,роздільнітазгущаючітарілчасті надцентрифуги. Освітляючі надцентрифуги використовуються для відокремлення від рідин суспензованих у досить малих кількостях (приблизнодо0,1%)частин:дляосвітленнярослиннихмасел,тваринних жирів тощо. Роздільні та згущаючі апарати застосовують для відокремлення сливок від молока, обезвожування рослинних масел, згущення молока тощо.

Рис. 8.12 Схеми процесу сепарації.

а– концентратор; б – класифікатор; в – пурифікатор

1– сепараторний слиз; 2 – механічні домішки; 3 – вихідний продукт; 4 – важка фракція; 5 - легка фракція; 6 – очисний продукт;

7 – гідравлічний затвор; 8 – вода; 9 – очищене масло.

23

8.2.5. Особливості розрахункуосновнихпараметрів трубчастих надцентрифуг.

Продуктивність трубчастої надцентрифуги наближено можна визначитизрівняння:

де h - товщина шару рідини в роторі, м; СЕР - середня швидкість осаждення частин у роторі, м/с.

T P d2 2rcер

cер

18

Т, Р - густина твердої та рідкої фази, кг/м3; d - ефективний або еквівалентнийдіаметрчастини,м; -кутовашвидкістьобертанняротора, рад/с; - в”язкість дисперсного середовища, Па*с; rСЕР - середній радіус суспензії в роторі, м; - об”єм роздільної частини ротора:

= LS = L (r2 - r02)

L-кориснадовжинаротора,м;S-середняплощанормальногоперерізу потокасуспензіївроторі,м;r,r0 -внутрішнійрадіусвідповідноротората шару суспензії, м.

Тривалість осадження частин, що встигають випадати з внутрішнього поверхневого шарусуспензії настінкуротора,

8.2.6. Особливості розрахункуосновнихпараметрів сепараторів.

Сепаратори, як правило, являють собою надцентрифуги з вертикальною віссюобертаннятанижнімиопорами.Затехнологічним призначеннямтакі машиниможна розділитинатрикласи:

сепаратори-роздільники,яківикористовуютьсядлярозділеннясуміші рідин, що не розчинюються одна в одній; для концентрування або

24

згущеннясуспензійта емульсій;

сепаратори-освітлювачі, що призначені для видалення твердих домішок з рідини;

сепараторикомбіновані,якізастосовуютьсядлявиконаннядвохабо більшеопераційпереробкирідкоїсуміші.

Продуктивність сепараторів можна визначити за формулою

Бремера:

де П -коефіцієнтвикористаннямаксимальноїпродуктивностібарабану сепаратора: П=0,7…0,8; d - ефективний діаметр частин, що осаджуються, м; z - кількість міжтарілкових просторів; - кутова швидкість обертання барабану сепаратора, рад/с; h - висота тарілки, м; - в”язкість суміші, Па*с.

rmax, rmin - відповідно зовнішній та внутрішній радіус тарілки, м; rC , rx - відповідноарифметичнеталогаріфмічнезначеннярадіусатарілки,м;1, 2 - густинаскладових неоднорідної системи,кг/м3.

Витратипотужності напривод сепаратораможнавизначитияк:

де Т -коефіцієнт,щовраховуєвитратипотужностінатертя: Т=1,1…1,5;-коефіцієнт,щодорівнює =1,5…1,6;rб -зовнішнійрадіусбарабана, см;n-частотаобертаннябарабана,с-1;H-висотабарабанудополовини корпусу кожуха, см.

Продуктивністьтарілчастогосепараторабезперервноїдіїможна визначити за формулою:

25

деr-граничнийрадіусчастинок,м; -кутнахилутвірноїкорпусатарілки:=45…600; П - коефіцієнт використання продуктивності або технологічний к.к.д. сепаратора: П=0,5…0,7.

Продуктивність сепаратора з пульсуючим розвантаженням залишку складає:

деПпродуктивність сепараторау випадкуйогобезперервноїроботи, що визначається за формулою 8.29; tx - час на розвантаження шламу; tx=60…120 с;n -частотарозвантаженнясепаратора,с-1:

де Сч - вміст зважених частин у вихідній суспензії, %; Vш - об”єм шламового простору,м3.

В сепараторах з ручним розвантаженням залишку об”єм шламового простору визначається з розрахунку безперервної роботи

деtp -тривалістьбезперервноїроботисепаратора.

Необхідні розміри шламового простору забезпечуються при конструюваннісепараторазвнутрішнімдіаметромстінкикорпусаротора.

Загальнівитратипотужностінаприводсепараторамістятьнаступні складові:

N = N1 + N2 + N3 ,

де N1 - потужність, що витрачається на надання ротору сепаратора необхідноїкінетичноїенергії;N2 -потужність,яканеобхіднадлянадання необхідноїкінетичноїенергіїрідині;N3 -потужність,якавитрачаєтьсяна здоланнясилтертяротору вповітряномусередовищі.

Складові технологічної потужності сепаратора визначаються наступним чином

26

де А - кінетична енергія ротора сепаратора, Дж; G - вага ротора, Н; rі - радіус інерції ротора, м; - кутова швидкість ротора, рад/с; tроз - тривалістьрозгонуротора,с.

де kv - коефіцієнт, що враховує радіальну швидкість струменя: kv=1,0…1,2; r - відстань від осі обертання до вихідних отворів, м; GS - питома сила ваги рідини, Н/м2;

де =1,85 - емпіричний коефіцієнт; ST,rC - відповідно площа поверхні тертятасереднійрадіуспевноїділянкиротора,м2; П -густинаповітря, кг/м3; k=71,7/S0n-показникстепені;S0 -загальнаплощаповерхні тертя ротора,м2;n -частотаобертанняротора,с-1.

Потужність,якавитрачаєтьсядляздоланнясилиопоруповітря, можна також визначити за наступними формулами в залежності від степені заповнення робочої ємкості. У випадку, коли ротор повністю заповнений продуктовою масою, і тількизовнішняповерхняостанньої маєконтактзповітрям,можнавикористатиформулуЛуньова:

де L-довжинаротора, м;r3 - зовнішній радіус ротора,м;rП -внутрішній радіус кільцевого шару продукції, яка знаходиться всередині обертаючого ротора, м.

Потужність, яка необхіднадляприводумашини, визначається

як:

27

1 - коефіцієнт, що враховує витрати енергії на здолання гідравлічних опорів; k3 =1,5…2- коефіцієнт запасупотужності; -к.к.д. передачвід двигунадовалуротора.

Колидвигунумонтованийбезпосередньонавалуротора,то =1; при наявності прямої пасової передачі без контрприводу =0,95; при використанні контрприводу =0,9; при застосуванні підвищуючої гвинтової пари:

-кутпідйому середньоїлініїнарізкигвинту; -куттертяв контактних поверхнях гвинтовоїпари: 40;

f - коефіцієнт тертя ковзання в опорах; 0 - к.к.д. в опорах колеса:

0=0,75…0,85.

Орієнтовнотехнологічнупотужністьсепаратораможнавизначити заформулою:

деkпр -приведенийкоефіцієнт,щодорівнюєкпр=0,016…0,02;H-висота ротора,м;n -частотаобертанняротора,с-1.

8.3.Машинидля циклонування неодноріднихсистем.

8.3.1.Загальна характеристика процесу та обладнання для

його реалізації.

Циклонування - є процес розділення неоднорідних систем в апараті, щоназиваєтьсяциклоном.Такийапаратміститьциліндричноконічнийкорпусзспеціальниминапрямнимивставками,щонадаємасі продукції у зоні обробки складний рух, близький до спіралевидної траєкторії. Для ідеальних умов роботициклона маємісце ламінарний обертальний та поступальний рух потоку середовища в апараті та ламінарний рух частин дисперсної фази в даному середовищі. Тоді теоретичнотвердічастинкивциклоніздійснюютьобертовийрухнавколо

28

осі апарату та поступальний - донизу, паралельно його стінкам. В результаті за різної об”ємної маси фаз ( ч с) тверді частинки мають рухатися радіально: від осі до внутрішніх стінок машини, описуючи спіралевиднутраєкторію.Подосягненні стіноккорпусувонивтрачають кінетичнуенергію та падаютьдонизуувивантажувальнийпатрубок.

В дійсності, як показали експериментальні дослідження, дисперсійнесередовищевциліндричнійчастинірухаєтьсянеламінарно, а із завихреннями. У нижній конічній частині неоднорідна система переміщуєтьсягвинтовидновздовжосьовоїлініїунапрямі,зворотному основному напряму потока середовища (рис.8.13, а). Зіткнення та інтенсивне перемішування даних потоків біля краю вихлопної труби створюють надзвичайно складний профіль швидкостей елементів неоднорідної системи.

Рис. 8.13. Схема аероциклону.

а– технологічна схема циклона ;

б– конструктивна схема циклона.

Взагалі,начастинку,щознаходитьсяуциклоні, діютьтрисили:

29

відцентрова, гравітаційна та Архімедова. Порівняно з першою, що виникає внаслідок обертового руху потоку середовища, останні дві сили єнезначними.Загальний вираздляшвидкості осадженнячастин дисперсної фази без врахування форми частин та концентрації неоднорідної системимає вигляд:

де 0 - швидкість обертового руху середовища, м/с; d - діаметр частин дисперсної фази, м; П, с - густина відповідно потоку та дисперсійногосередовища, кг/м3; r -радіус обертання твердих частин, м; -коефіцієнтгідравлічних опорівциклона.

Процес циклонування використовується з метою розділення газових тарідких неоднорідних систем, щоздійснюються відповіднов аероциклонахтагідроциклонах.

8.3.2.Закономірностіпроцесурозділеннятаметодикарозрахунку основнихпараметріваероциклонів.

Для газових неоднорідних систем, що розділюються в аероциклонах, Архімедовою силою можна зневажити, так як густина середовищаусотніразівменшазагустинутвердихчастин,тобтоможна прийняти,що ч= п.

К.к.д. циклонів, за даними П.О.Коузова, складає в середньому 70…80%. Значнийвплив на данийпараметр виявляє співвідношення розмірівконструкціїциклонів(рис.8.13,б).Томузметоюудосконалення даних апаратів підбирають найбільш оптимальні співвідношення між розмірамитаоптимальні швидкості рухупотокавсередині циклона.Так верхня частинатакоїмашинивиконанау вигляді гвинтовоїповерхні та умонтованатак,щобвже напочаткуробочоїзонигазнабувобертового руху.

Вираз (8.38 ) свідчить, щоефектрозділенняможнапідвищити як за рахунок збільшення окружної швидкості обертання газу 0, так і внаслідок зменшення радіуса апарату r. Однак збільшення швидкості газового потоку призводить до різкого зростання гідравлічного опору циклона,так як:

де р - гідравлічний опір циклона, Н/м2.

30

Оптимальні співвідношення перепаду тиску і густини газу становлять: р/ с =550…750.

Рис. 8.14. Конструктивна схема та принцип дії батарейного аероциклону.

а – технологічна схема: 1 – мікроциклон; 2 – нижня частина циклону;

3– приймальник осаду;

б– конструктивна схема: 1 – корпус; 2 – сполучний каркас мікроциклонів; 3 – мікроциклон; 4 – вхідний патрубок; 5 – трубки

мікроциклонів.

Гідравлічнийопірциклона можнавизначити такожяк:

діаметрциклона, м;Пv -об”єм газу,щонадходить на очищення,м3/год. Зменшення діаметру циклона, з однієї сторони, підвищує ефективністьосадженнязарахунокзбільшеннявеличинишвидкості с. З другої сторони, це призводить до зменшення пропускної здатності циклона. Томудоцільновикористовувати батарейні аероциклони(рис. 8.14), які складаютьсязнабору малих циклонівневеликого діаметру.У верхнійчастині апаратуназовнішнійповерхнівихлопноїтрубкикожного такогоелементуумонтовуютьсягвинтовидні лопаті абозастосовується мікроциклон з суцільною гвинтовою поверхнею. Газ, що надходить всередину апарата по трубі 4, розподіляється одночасно по всім елементам3тапо мірі очищеннявідводиться по загальномупатрубку. Аероциклони набули широке розповсюдження на харчових

31

виробництвах для уловлювання частинок цукру, барди, сухого жому після сушарок, очищення повітря в переробних підприємствах тощо.

Діаметрциклонаможнавизначитизаформулою:

Тривалістьперебуваннягазув циклоні складає:

деr-радіусциклона,м;nГ -кількістьобертівгазувциклоні,щопрактично становить ПГ=1,5; 0 -коловашвидкістьгазувапараті: 0=12…14м/с.

Розміривихідноїтрубистановлять:DB=d+2 ;

де Пv - об’єм газу, що надходить на очищення , м3/с; B - швидкість газу у вихідній трубі: B=4…8 м/с;

dB,DB -відповідновнутрішнійтазовнішнійдіаметритруби,м; -товщина стінкитруби,м.

Висотаробочоїабоциліндричноїчастинициклона:

де ВХ - швидкість входження газу в циклон: ВХ=18…20 м/с.

При розрахунку конічної частини циклона орієнтовно можна прийняти, що кут при верхівці конуса дорівнює 30…400, а діаметр вихідного отвору - 0,2…0,25 м.

Під час розділення у відцентровому полі можливі три ділянки осаджування, щохарактеризуються числовими значеннямикритерію Рейнольдса. Діаметр найменших частинок, що осаджуються, можна визначитизалежновід режимуобробкинаступнимчином:

32