Апарати для осадження в відцентровому полі

Недоліками відстійників для відстоювання в гравітаційному полі є великі розміри і незначна швидкість осадження частинок. Вони недостатньо ефективні при розділенні сумішей з дрібними частинками. Ефективне виділення таких частинок з суспензій і емульсій досягається осадженням їх в полі дії відцентрової сили, яка в десятки разів перебільшує силу ваги. Поле дії відцентрових сил створюється обертальним рухом потоку, що розділяється.

Апарати, в яких використовується відцентрова сила, називаються центрифугами. При використанні відцентрової сили відбувається розділення суспензій в циклонах, а також суспензій і емульсій в тарілчастих сепараторах.

Відстійні (осаджувальні) центрифуги можуть бути періодичної або безперервної дії. Центрифуги періодичної дії – це звичайні барабани з суцільною стінкою, на яку осаджується осад при обертанні барабана. Ці центрифуги використовують при наявності в суспензії невеликого тонкого осаду, наприклад, при освітленні вин.

Відстійні шнекові центрифуги – безперервної дії знаходять найбільше використання в крохмале-патоковому виробництві. На рисунку 6.4 зображена схема осаджувальної центрифуги.

Рисунок 6.4 – Схема осаджувальної шнекової центрифуги безперервної дії.

Шнекова осаджувальна центрифуга складається з двох барабанів: робочого 1 і шнекового 10, які обертаються з різним числом оборотів. Обертання шнеку і конічного барабана забезпечується валом 3 та шківом 6. Суспензія через завантажувальну лійку поступає по трубі 8, і через полий вал спрямовується всередину шнекового барабана, а потім через живильні вікна 4 під дією відцентрової сили опиняється на внутрішній поверхні конічного барабана. Далі суспензія рухається у напрямку широкої частини барабана, освітлюючись при цьому. Рідина видаляється через зливні вікна 5 в торцевій кришці, осад шнеком просувається у зворотному напрямку до розвантажувальних вікон 2, через які викидається під дією відцентрової сили.

Тарілчасті сепаратори – використовують для розділення емульсій та освітлення тонких суспензій. В цих апаратах завдяки тому, що в роторі встановлений пакет конічних тарілок, відбувається розділення потоку рідини на велику кількість тонких шарів, що підвищує якість розділення (рисунок 6.5).

Рисунок 6.5 – Схема тарілчастого сепаратора

Тарілчастий сепаратор складається з таких основних частин: стальний корпус 14 з днищем 15; конуса 3, який з’єднаний з корпусом за допомогою кільця 2 з різьбою; центральної трубки 4, яка закінчується внизу тримачем тарілок 18; пакета конічних тарілок 1; збірників 5 і 6 для продуктів розділення суміші; приймальників з ріжками відведення продуктів 11, 12; приймальника 7 для підведення вихідної суміші з трубкою 8 і станіни з приводом (на рисунку не зображені). Корпус насаджений за допомогою товстостінної трубки 16 з повідком, який виконаний у вигляді горизонтального штифта. Цей пристрій забезпечує обертання корпусу разом з валом.

Неоднорідна суміш заливається в приймальник 7, по нерухомій трубі 8 поступає в центральну трубу 4, яка обертається разом з барабаном, і опускається вниз. В нижній частині суміш під дією відцентрової сили віджимається до периферії.

Молочні сепаратори мають тарілки з трьома отворами, які розташовані під кутом 120⁰. Тарілки зібрані в пакет таким чином, що їх отвори співпадають, внаслідок чого створюються три вертикальних канали 13; вони доходять до верхньої роздільної тарілки, яка не має отворів. На внутрішній поверхні тарілок напаяні по три напки (шипика) висотою 0,3-0,4 мм. Цими напками кожна наступна тарілка впирається у попередню нижню; внаслідок цього між ними створюється щілина, ширина якої відповідає висоті напок.

Суміш піднімається вертикальними каналами, створеними отворами в тарілках і розподіляється в щілинах між тарілками під дією відцентрової сили. При цьому більш важкий компонент спрямовується до периферії, а більш легкий – до центру. Поблизу центральної трубки 4 легкий компонент (вершки) із щілин опиняється під роздільною тарілкою, а потім по кільцевому зазору через отвір 9 викидається у нерухомий кільцевий збірник 6, звідки по ріжку 11 стікає в приймальник. Більш важкий продукт, який був відкинутий до стінок корпусу, піднімається вгору і опиняється в просторі між зовнішньою поверхнею роздільної тарілки і конусною кришкою 3; потім крізь отвір 10 викидається в збірник 5 і далі в ріжок 12.

Тарілчасті сепаратори в харчових технологіях використовують в молочному, дріжджовому і крохмальному виробництвах.

У порівнянні з відстійниками сепаратори мають такі переваги: займають мало місця; суміші розділяються в них дуже швидко і стерильно, що дуже важливо для харчових продуктів.

Циклони – апарати для розділення рідких та газоподібних суспензій в полі відцентрових сил. Будову циклона представлено на рисунку 6.6.

Рисунок 6.6 – Схема циклона (а) та траєкторія руху в ньому твердої частинки (б)

Циклон має корпус, який складається з циліндричної 3 і конічної 2 частин. Тангенціально у відношенні до корпусу приєднаний підходящий патрубок 4. В корпусі є вихлопна труба 1. Неоднорідна суміш поступає в апарат по підходящому патрубку і далі рухається колами вниз в кільцевому зазорі між внутрішніми стінками корпусу і вихлопною трубою. Продовжуючи такий складний рух, потік газу або рідини за спіраллю опускається донизу; потім, продовжуючи обертання, підіймається вгору і опиняється у вихлопній трубі, якою відводиться з апарату.

Тверді частинки, опинившись в циклоні, також здійснюють складний рух: обертальний кругом вісі циклону та поступальний – вниз, паралельно цій вісі. Завдяки відцентровій силі частинка буде рухатися радіально від вісі до внутрішньої поверхні циклону. Досягнувши стінок корпусу, тверді частинки ударяються об них, втрачаючи при цьому кінетичну енергію, і падають вниз, опиняючись у вивантажувальному патрубку, який з’єднаний з приймальникем концентрованої суміші.

Гідроциклони – апарати для розділення рідких неоднорідних систем. Вони активно впроваджуються в харчові виробництва, витісняючи інші апарати, зокрема громіздкі відстійники. Особливо це характерно для крохмале-патокового виробництва, де вони використовуються для згущення кукурудзяної кашки і відділення від неї кукурудзяного зародку, відділення піску з крохмаленої суспензії, виділення крохмалю з крохмального молока тощо. Схема гідроциклона зображена на рисунку 6.7.

Рисунок 6.7 – Схема гідроциклона (а) і потоків в ньому (б)

Суспензія подається під тиском 0,2-0,3 МПа патрубком4, закручується у вигляді гвинта в корпусі 3. Тверді частинки осаджуються на стінках конуса 2 і виходять через патрубок 1. Освітлена рідина через патрубки 5 і 6 виходить з апарату зверху.

Діаметри гідроциклонів мають розміри в широкому діапазоні. Роздільна можливість гідро циклонів збільшується із зменшенням діаметру.

В залежності від призначення гідроциклони можуть мати діаметри від 300 мм до 10-15 мм. В останньому випадку – це мультігідроциклони. Їх об’єднують в батареї або групи, що працюють паралельно.

Аероциклони – призначені для розділення газових неоднорідних систем. В харчових виробництвах їх використовують для уловлювання частинок цукру, барди, сухого жому, борошна; очищують повітря та інші гази від крупних зависей. Аероциклони мають більші діаметри, ніж гідроциклони. Для покращення розділення діаметр зменшують до 150-200 мм і використовують батареї циклонів, що встановлюються в загальній камері. Тверді частинки з усіх батарейних циклонів збираються в нижній частині камери та видаляються.