Центрифуги периодического действия

Центрифуги периодического действия

Центрифуги периодического действия

Введение

В промышленности для осуществления разделения неоднородных смесей применяется метод центрифугирования, который осуществляется в специальных машинах. В основе метода лежит воздействие центробежного силового поля на неоднородную систему, благодаря чему, находящаяся в ней смесь разной плотности, разделяется на составные части.

Центрифуга является сложным технологическим оборудованием, которое состоит из механизмов высокой точности, а также обладает высокими скоростями. Применяются такие устройства в химической, медицинской, атомной, пищевой, угольной, нефтяной, металлургической промышленности.

1.     
Классификация центрифуг

В силу сложившихся традиций центрифуги можно разделить по нескольким признакам:

1.      По величине фактора разделения центрифуги можно условно разделить на две группы: нормальные центрифуги (/Ср<3000) и сверхцентрифуги (/Ср>3000).

Нормальные центрифуги применяют главным образом для разделения различных суспензий (исключая суспензии с весьма малой концентрацией твердой фазы) и штучных материалов. Сверхцентрифуги служат для разделения эмульсий и тонких суспензий.

2.      По назначению центрифуги разделяются на три основные группы: фильтрующие, отстойные и сепарирующие (разделяющие).

В фильтрующих центрифугах боковая стенка ротора перфорирована, а на внутренней поверхности стенки размещена дренажная сетка и фильтровальная ткань. Под действием центробежной силы суспензия давит на стенку, жидкость проходит через фильтрующую ткань, ее капли попадают в кожух, внутри которого вращается ротор, стекают в поддон и в виде фильтрата выводятся через сливной штуцер. Осадок образуется на стенке и удаляется с нее вручную (при остановке центрифуги) либо на ходу при помощи скребков, ножей или шнеков. Центрифуги этого типа служат для разделения суспензий с кристаллической или зернистой твердой фазой, а также для обезвоживания штучных и твердых материалов.

В осадительных центрифугах ротор не имеет отверстий. При разделении суспензий твёрдые частицы, имеющие, как правило удельный вес больший, чем жидкая фаза, под действием центробежной силы осаждаются на обечайке ротора в виде кольцевого слоя; жидкая фаза также в виде кольцевого слоя располагается ближе к оси вращения.

Отстойные центрифуги со сплошным барабаном применяют для разделения плохо фильтрующихся суспензий и осветления суспензий с небольшим содержанием твердой фазы.

Разновидностью осадительных центрифуг являются сепарирующие центрифуги, предназначенные для разделения эмульсий. При разделении эмульсии у обечайки ротора располагается слой жидкости с большим удельным весом, близко к оси вращения - с меньшим удельным весом.

Осадительные центрифуги чаще всего используют для разделения плохо фильтрующихся суспензий или классификации суспензий по крупности и плотности твердых частиц.

3.      По способу выгрузки из них осадка: выгрузка производится вручную, при помощи ножей или скребков, шнеков и поршней, движущихся возвратно-поступательно (пульсирующих), а также под действием силы тяжести и центробежной силы.

Ручная выгрузка. В центрифугах непериодического действия ручную выгрузку производят после остановки ротора.

Гравитационная выгрузка. В фильтрующих центрифугах периодического действия осадок выгружается под действием собственного веса после остановки ротора.

Выгрузка пульсирующим поршнем. В фильтрующих центрифугах осадок выгружается при возвратно-поступательном движении внутреннего каскада ротора (поршня). При этом осадок выводится из ротора непрерывно без остановки ротора.

Выгрузка ножом. В центрифугах непрерывного действия осадок выгружается ножом при рабочем или пониженном числе оборотов ротора.

Шнековая выгрузка. В центрифугах непрерывного осадок выгружается при вращении шнека относительно ротора. При этом осадок выгружается непрерывно без остановки ротора.

Выгрузка с помощью вибрации. В центрифугах непрерывного действия осадок выгружается вследствие колебаний конденсного ротора в осевом направлении. При этом осадок непрерывно выгружается из ротора при рабочем числе оборотов.

5.      По организации процесса центрифуги делят на: периодически и непрерывно действующие.

В центрифугах периодического действия различные операции центрифугирования - загрузка, разделение, выгрузка - происходят последовательно и периодически. В центрифугах непрерывного действия все эти операции происходят одновременно и непрерывно.

2.      Центрифуги периодического действия

Рассмотрим более подробно центрифуги периодического действия.

Работа центрифуги периодического действия складывается в основном из следующих периодов:

) пуск центрифуги в ход и наполнение барабана;

) вращение барабана с постоянной скоростью и разделение неоднородной смеси;

) торможение и разгрузка барабана.

Наполнение барабана производят либо после того, как незаполненный барабан приобретает некоторую скорость вращения, меньшую рабочей, либо при полной скорости вращения. В некоторых случаях барабан загружают до пуска центрифуги в ход. Осадок удаляют после остановки машины или при вращении барабана с пониженной скоростью.

Во многих химических производствах после проведения основного процесса центрифугирования производят промывку осадка и отжим промывных вод путем повторного пуска барабана на рабочее число оборотов; иногда этот процесс сопровождается вымыванием (экстрагированием) тех или иных компонентов исходной смеси.

В центрифугах периодического действия используется барабан с отверстиями или сплошной.

Барабан заключен в кожух, который служит сборником отделенной жидкости и одновременно защитным ограждением в случае разрыва барабана. Барабан приводится во вращение через ременную передачу или непосредственно от электродвигателя (иногда гидравлического привода).

Жидкость под действием центробежной силы проталкивается через стенку дырчатого барабана (или переливается через край сплошного барабана), собирается в кожухе и удаляется в трубопровод.

Для получения осадков с минимальным содержанием влаги применяют дырчатые барабаны, при помощи которых достигается конечная влажность осадка в среднем 1-^-5% (в случае весьма измельченной твердой фазы-до 40%). При использовании сплошных барабанов в осадке остается значительно больше влаги (до 70% и более).

На внутренних стенках дырчатых барабанов закрепляют металлические сита или фильтрующие ткани. Чтобы повысить эффективность разделения, в сплошных барабанах устанавливают кольцевые вставки, чем уменьшается скорость жидкости у стенок и улучшается осаждение твердых частиц.

Периодически действующие центрифуги изготовляют главным образом с вертикальным валом. Выгрузка материала из них может быть верхней или нижней. Нижняя выгрузка более удобна, но также требует затраты тяжелого физического труда. Для облегчения выгрузки центрифуги иногда снабжают легко управляемым скребком (так называемой механической лопатой) или выполняют саморазгружающимися.

3.     
Типовые конструкции центрифуг

Рассмотрим наиболее популярные типы центрифуг периодического действия - маятниковые, подвесные, горизонтальные с ножевой выгрузкой осадка и осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка.

Центрифуги маятниковые

Маятниковые центрифуги характеризуются простотой и компактностью, малой массой и низкой стоимостью. Существенными их недостатками являются применение ручного труда для выгрузки осадка и периодические остановки для проведения этой операции, поэтому количество таких центрифуг в производстве постепенно уменьшается. На смену им приходят более совершенные маятниковые центрифуги - с механизированной выгрузкой осадка (с помощью ножа или скребка).

Рис. 1. Маятниковая центрифуга типа ФМБ (Б - через борт) с верхней выгрузкой осадка.

Фильтрующие центрифуги ФМБ и ФМД - универсальные машины. В химических производствах они применяются для разделения суспензий со среднезернистой и мелкозернистой твердой фазой (размер частицы 10 мкм) и широким диапазоном концентраций. Эффективным применением этих машин является получения осадка минимальной влажности, а также его высококачественная промывка. Центрифуги успешно используются для разделения суспензий, как с нерастворимой, так и растворимой твердой фазой, особенно в случае, когда недопустимо измельчение.

Осадительные центрифуги ОМД и ОМБ предназначены для разделения суспензий с высокодисперсной твердой фазой и концентрацией не превышающей 1%, когда применение осадительных центрифуг непрерывного действия или центрифуг с механизированной выгрузкой осадка невозможно или не имеет экономической выгоды.

Эти центрифуги изготовляют в двух основных конструктивных исполнениях: ФМБ- с верхней (через борт ротора) выгрузкой осадка и ФМД- с нижней (через днище ротора) выгрузкой осадка.

Центрифуги подвесные с верхним приводом и нижней выгрузкой осадка

Подвесные центрифуги с верхним приводом выпускают следующих типов: ФПД (рис. 3) - с ручной выгрузкой осадка через днище, ФПН (рис. 4) - с ножевой выгрузкой осадка и ФПС - саморазгружающиеся. Центрифуги с верхним приводом и нижней выгрузкой осадка являются старейшим типом фильтрующих машин периодического действия

Особенностью таких центрифуг является шарнирная подвеска вертикального вала с ротором, допускающая отклонение системы от вертикальной оси и самоцентрирование вращающихся масс. Вследствие этого центрифуги малочувствительны к неравномерной загрузке ротора и обладают большой динамической устойчивостью во время работы. Подвесные центрифуги изготовляют с фильтрующим или осадительным ротором, ручной или механизированной выгрузкой осадка. В механизированных центрифугах осадок выгружается при пониженной скорости вращения ротора, у центрифуг с ручной разгрузкой - при остановленном роторе.

Эти центрифуги применяют преимущественно в сахарной промышленности, где они достигли высокого уровня технического совершенствования.

Горизонтальные центрифуги с ножевой выгрузкой осадка

центрифуга осадок вибротранспортер периодический

Конструктивная схема центрифуг типа ФГН с консольным ротором

Центрифуги данного типа изготавливаются в двух конструктивных исполнениях: с осадительным и с фильтрующим ротором.

Фильтрующие центрифуги можно считать базовой конструкцией этого типа машин. Они приминительны для разделения суспензий с мелкозернистой и среднезернистой (размер частиц более 30 мкм), преимущественно растворимой твердой фазой, в случае дробления частиц осадка. Основное преимущество горизонтальных центрифуг с ножевой выгрузкой осадка состоит в возможности проведения всех стадий процесса в автоматическом режиме и при постоянной частоте вращения ротора. К недостаткам следует отнести измельчение кристаллов при срезе осадка и большие трудности регенерации фильтрующей перегородки при обработке суспензии с нерастворимой твердой фазой.

Однако достоинства ФГН центрифуг перекрывают их недостатки, поэтому на данный тип центрифуг в промышленности спрос высок.

.        Цикл работы центрифуги (на примере сахарной промышленности)

Описание работы центрифуги по шагам технологического цикла:

Рис. 4. Центрифуга в сахарной промышленности

В момент пуска, электропривод приводится в действие. Барабан начинает вращаться до скорости выгрузки 50-70 об/мин.

.        Загрузка

Скорость ротора увеличивается до 200-300 об/мин, датчик загрузки подводится к ситу. Открывается загрузочный клапан и утфель равномерным потоком попадает на распределительный диск. Диск вращается и с помощью центробежной силы разбрасывает утфель равномерным слоем по стенке ротора. Достигши заданной загрузки, срабатывает датчик загрузки, который дает сигнал для закрытия загрузочного клапана. Подача утфеля прекращается, и центрифуга набирает обороты.

.        Разгон

Барабан центрифуги разгоняется до скорости фуговки  и производится пробелка водой. Во время набирания оборотов из утфеля с помощью центробежной силы вытесняется через сито межкристаллическая жидкость (зеленая патока) и отводиться в бак для зеленой патоки. Через заданное время включается вода и через форсунки проходит промывка сахара в центрифуге, таким образом, получается белая патока, которая отводится в бак для белой патоки. Вода вымывает жидкость между кристаллами сахара. А кристаллы сахара остаются на сите.

.        Фуговка

Через заданное время прекращается промыв водой, и центрифуга вращается некоторое время с целью подсушивания сахара. Когда сахар подсушился, центрифуга сбрасывает обороты до 50-70 об/мин и проходит процесс выгрузки сахара на вибротранспортер.

4.      Торможение до оборотов выгрузки

Достигши 70 об/мин открывается выгрузочный конус, и нож среза сахара поворачивается к ситу.

5.      Выгрузка:

Колпак открывается, и с помощью ножа производиться разгрузка барабана:

·        нож поворачивается к ситу, колпак открывается 2-3 сек;

·        нож удерживается в верхнем положении 5-10 сек;

·        нож опускается вниз. Внизу удерживается 7-15 сек;

·        нож поднимается вверх 5-10 сек;

·        нож отжимается от сита, колпак закрывается;

.        Промывка сита

Барабан разгоняется до скорости 400-500 об/мин. Подается вода. Вращение на этой скорости заданное время (время просушки). После промывки сита, вода отключается. И производится просушка сита.