16. Центрифуги

Различают отстойное и фильтрационное центрифугирование.

Фильтрационное центрифугирование (стр. 513) применяется для разделения суспензий, имеющих дисперсионную фазу кристаллической или зернистой структуры, а так­же для обезвоживания влажных материалов, поры которых целиком или частично заполнены жидкостью.

Фильтрационное центрифугирование получило распространение в сахарной промышленности для фуговки утфеля.

Утфель представляет собой двухфазную вязкую массу, содержащую 45...60 % по объему кристаллов сахара и межкристальный раствор.

Процесс фуговки осуществляется за счет действия центробежной силы на ут­фель, загруженный в цилиндрический перфорированный ротор центрифуги, вра­щающейся с окружной скоростью 50...90 м/с (рис. 11.1). Для лучшего отделения межкристального оттека и задержания кристаллов сахара внутри ротора центрифуги устанавливают подкладочные и фильтрующие сита.

Процесс фуговки утфеля делится на три пе­риода: образование осадка, уплотнение и меха­ническая сушка осадка. Первый период — обычная фильтрация, причем давление обуслов­ливается гидравлическим напором под действи­ем центробежных сил.

Во время второго периода центрифугируе­мая масса представляет собой двухфазную сис­тему, причем вначале твердые частицы имеют минимум точек касания.

В дальнейшем происходит сближение час­тиц с уменьшением объема пор массы и выжи­мание жидкой фазы из этих пор. На межкристальную жидкость оказывают давление твердые частицы и центробежные силы. С тече­нием процесса сжатия осадка число точек каса­ния между частицами увеличивается. Одновременно давление на жидкость, вызванное действием поля центробежных сил, падает вследствие уменьшения гидравличе­ского напора по мере удаления межкристального раствора. Когда уровень жидкости опускается до дренирующего слоя, начинается третий период.

К началу третьего периода на поверхности кристаллов и в местах их соприкосно­вения остается межкристальная патока, удерживаемая капиллярными и молекуляр­ными силами. Этот период характеризуется стеканием патоки по незаполненным порам с поверхности кристаллов до тех пор, пока силы молекулярного сцепления ос­тавшейся пленки патоки на кристаллах уравновешиваются центробежными силами. Чтобы удалить оставшийся на поверхности кристаллов раствор, их промывают во­дой и сушат паром (пробелка).

17. Сепараторы

Рабочим органом сепаратора, в котором происходит процесс разделения, являет­ся барабан.

Принцип действия сепаратора-разделителя (рис. 11.2, а) заключается в следую­щем. Исходная гетерогенная система по центральной трубке поступает в тарелко-держатель, откуда по каналам, образованным отверстиями в тарелках, поднимается вверх комплект тарелок и растекается между ними. Под действием центробежной силы легкая фракция оседает на верхнюю поверхность нижележащей тарелки. По этой поверхности легкая фракция движется к центру барабана, далее по зазору меж­ду кромкой тарелки и тарелкодержателем поднимается вверх барабана и отводится по коммуникациям.

Тяжелая фракция в межтарелочном пространстве оттесняется к нижней поверх­ности тарелки. По этой поверхности фракция движется к периферии тарелки и по за­зору между разделительной тарелкой и крышкой барабана поднимается вверх барабана, откуда отводится по специальным коммуникациям.

Сущность процесса осветле­ния (рис. 11.2, б) заключается в следующем. Продукт, подвер­гаемый очистке, по центральной трубке поступает в тарелкодер-жатель, из которого направляет­ся в шламовое пространство между кромками пакета тарелок и крышкой. Затем жидкость по­ступает в межтарелочные про­странства. По зазору между тарелкодержателем и верхними кромками тарелок поднимается вверх и через прорезь выходит из барабана. Процесс очистки начи­нается в шламовом пространстве и завершается в межтарелочных.

Процесс разделения гетерогенных систем осуществляется главным образом в межта­релочном пространстве. При этом траектория частиц дисперсной фазы состоит из двух стадий. Легкая фракция дисперсной фазы движется к оси вращения (рис. 11.3, а), а тяжелая — к периферии (рис. 11.3, б).

Саморазгружающиеся сепараторы разделяются на две основные группы: с не­прерывным и пульсирующим отводом осадка.

В сепараторах с непрерывным отводом осадка последний удаляется вместе с ча­стью жидкой фазы через сопла в виде концентрированной тяжелой фракции.

В сепараторах с пульсирующим отводом осадка последний выбрасывается из ба­рабана при перемещении подвижного элемента, открывающего разгрузочные щели на периферии барабана.

При полной разгрузке периодически прекращается поступление продукта на се­парирование, разгрузочные щели барабана открываются и все его содержимое, т.е. выделенный осадок и жидкая фаза, выбрасывается в приемник.

Основные конструктивные факторы, которые оказывают существенное влияние на эффективность процесса сепарирования, вытекают из формул для определения производительности сепараторов. К этим факторам относятся частота вращения ба­рабана, размеры барабана и тарелок, расстояния между тарелками.