Оборудование для отстаивания и осаждения

Цель работы:изучить назначение, устройство и принцип действия машин и аппаратов для отстаивания и осаждения.

Порядок выполнения работы

1. Изучить конструкцию отстойников, центрифуг, гидроциклонов.

2. Подробно ознакомиться с работой оборудования для осаждения и отстаивания.

3. Разобрать сепаратор на узлы и детали, изучить его устройство и принцип действия, собрать агрегат.

4. Составить отчет.

Оборудование для отстаивания и осаждения по принципу действия делится на гравитационные отстойники, отстойные центрифуги, гидроциклоны и сепараторы.

Отстойники бывают периодического, полунепрерывного и не­рерывного действия.

Отстойник периодического действия представляет собой плоский бассейн без перемешивающих устройств. Бассейн заполняется суспензией, которая отстаивается в нем в течение необходимого для разделения времени. Затем осветленный слой жидкости сливают (декантируют) через штуцеры, расположенные выше слоя осадка. Осевший осадок (шлам) выгружают вручную.

Размеры и форма отстойников зависят от концентрации дисперсной фазы и размеров частиц: они уменьшаются с увеличением плотности и размеров частиц. Продолжительность отстаивания зависит от вязкости дисперсионной фазы, которая снижается с повышением температуры. Поэтому для ускорения процесса отстаиваемую суспензию подогревают (если это не противоречит технологии).

Рис. 35. Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками: 1 – корпус; 2 – наклонные перегородки; 3 – бункеры

В отстойник полунепрерывного действия (рис. 35) суспензия подается, через штуцер и направляется с помощью наклонных перегородок попеременно сверху вниз и снизу вверх. Устройство перегородок увеличивает продолжительность нахождения суспензии и площадь поверхности отстаивания. Шлам собирается в конических бункерах и по мере накопления удаляется из них через Краны. Осветленная жидкость отводится из отстойника через верхний штуцер.

Наибольшее распространение в промышленности получили отстойники непрерывного действия.

Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой (рис. 36) представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем и внутренним кольцевым желобом вдоль верхнего края отстойника. Мешалка с наклонными лопастями, на которых расположены гребки для перемещения осадка к разгрузочному люку, вращается с переменной частотой от 0,02 до 0,5 мин^-1.

Рис. 36. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой: 1 – кольцевой желоб; 2 – мешалка; 3 – гребок; 4 – люк; 5 – коническое днище; 6 – цилиндрический резервуар

Суспензия непрерывно подается по трубе в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и отводится из отстойника. Шлам удаляется при помощи диафрагменного насоса. Извлечение жидкости из шлама, если она является ценной для производства или это необходимо по технологическим условиям, проводится в установке для противоточной промывки. В таких отстойниках достигаются равномерная плотность осадка и его эффективное обезвоживание. Недостатком гребковых отстойников является их громоздкость.

Рис. 37. Многоярусный отстойник: 1 – распределительное устройство; 2 – трубы; 3 – стакан; 4 – гребковая мешалка; 5 – разгрузочный конус; 6 – коллектор; 7 – рама

Многоярусные отстойники представляют собой несколько отстойников, поставленных один на другой, или цилиндрический резервуар с коническим днищем, внутри которого имеются конические перегородки, разделяющие отстойники на ярусы (рис. 37); в них снижена громоздкость и увеличена площадь поверхности отстаивания. Данные отстойники используются на сахарных заводах для сгущения сатурационных соков.

Отстойник имеет общий вал, на котором расположены гребковые мешалки. Суспензия через распределительное устройство подается по трубам в стаканы каждого яруса. Осветленная жидкость собирается через кольцевые желоба в коллектор. Ярусы соединены стаканами для удаления шлама. Стакан каждого вышерасположенного яруса опущен нижним концом в слой шлама нижерасположенного яруса. Таким образом, ярусы отстойника последовательно соединены. Шлам, перемещаясь по ним, удаляется только из нижнего яруса через разгрузочный конус, в котором установлен скребок.

Отстойник для непрерывного разделения эмульсий (рис. 38) состоит из нескольких частей. Эмульсия подается в левую часть отстойника оттуда – в среднюю сепарационную камеру. Перегородка 2 позволяет регулировать высоту уровня смеси. В сепарационной части происходит разделение исходной смеси на составляющие под действием сил тяжести. Легкая жидкость поднимается и вытекает из отстойника через верхний штуцер. Тяжелая жидкость опускается, проходит под правой перегородкой 3 и вытекает через нижний штуцер.

Центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением вала и барабана периодического (подвод суспензии и выгрузка осадка производятся периодически), полунепрерывного (суспензия подается непрерывно, а осадок выгружается периодически) и непрерывного действия (подача суспензии и выгрузка осадка осуществляются непрерывно).

В центрифуге периодического действия (рис. 39) под влиянием центробежной силы, возникающей при вращении барабана, твердые частицы осаждаются в виде сплошного слоя осадка на стенке барабана, а осветленная жидкость переливается в кожух и удаляется через расположенный внизу патрубок. По окончании процесса осадок выгружается.

Рис. 38. Отстойник для разделения эмульсий: 1 – корпус; 2 – левая перегородка; 3 – правая перегородка	Рис. 39. Отстойная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка: 1 – вал; 2 – ба­рабан; 3 – корпус

Процесс в отстойной центрифуге состоит из разделения (осаждения) суспензии и отжима или уплотнения осадка.

Рис. 40. Автоматическая отстойная центрифуга: 1 – гидравлический цилиндр; 2 – барабан; 3 – нож; 4 – желоб; 5 – штуцер для удаления фугата; 6 – труба для суспензии

В автоматических отстойных центрифугах (рис. 40), предназначенных для разделения средних и грубых суспензий, загрузка материала, промывка, пропаривание и выгрузка осадка выполняются автоматически. Осадок после отделения жидкости снимается ножом 3 или скребком, который срезает его и направляет в желоб или на конвейер. Нож управляется при помощи гидравлического цилиндра. С ножом сблокирован пневматический молоток, ударяющий по желобу для облегчения выгрузки осадка. Последовательность и продолжительность отдельных стадий полного цикла центрифугирования регулируются электрогидравлическим автоматом, который состоит из масляного насоса, редуктора и гидравлических цилиндров, управляемых сервомотором.

Непрерывнодействующие отстойные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка – НОГШ (рис. 41) применяются в крахмалопаточном производстве для получения концентрированного крахмального осадка и в других производствах.

Рис. 41. НОГШ: 1 – корпус; 2 – ротор; 3 – шнековое устройство; 4 – полый вал; 5 – центральная труба; 6 – камера осадка; 7 – патрубок для фильтрования

Суспензия подается в полый вал шнека через центральную трубу, на выходе из нее внутри шнека суспензия под действием центробежной силы распределяется по полости ротора. Ротор вращается в кожухе в полых цапфах. Шнек вращается в цапфах, находящихся внутри цапф ротора. Твердые частицы отбрасываются к стенкам ротора, а жидкость образует внутреннее кольцо, толщина которого зависит от положения сливных отверстий на торце ротора. Образовавшийся осадок из-за отставания скорости вращения шнека от скорости вращения ротора перемещается к отверстиям в роторе, через которые выводится в камеру 6 и удаляется из центрифуги.

При движении вдоль ротора осадок уплотняется. При необходимости он может быть промыт.

Осветленная жидкость отводится через сливные отверстия в камеру фильтрата и удаляется через патрубок 7.

За счет изменения частоты вращения ротора и шнека можно регулировать режим работы центрифуги, изменяя продолжительность отстаивания и выгрузки осадка.

Центрифуги типа НОГШ обладают высокой производительностью и применяются для разделения тонкодисперсных суспензий с высокой концентрацией твердой фазы.

Сепараторы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий; они обеспечивают эффективное отделение дрожжей от браги, тонкое осветление виноматериалов, обезжиривание молока и др.

Тарельчатый дрожжевой сепаратор с внутренними соплами (рис. 42) состоит из барабана и пакета тарелок, заключенных в корпус, который смонтирован на общей раме с электродвигателем. Вал с насаженными на него тарелками приводится во вращение электродвигателем через ременную передачу. Сепаратор снабжен клапанами для безразборной промывки, которые автоматически открываются при снижении частоты вращения за счет накопления осадка.

Суспензия попадает в сепаратор по внешней кольцевой трубе под нижнюю перфорированную тарелку, достигает под действием центробежной силы ее нижней поверхности, частично разделяется и поступает в межтарельчатое пространство вышерасположенных тарелок. Пакет сепарационных тарелок увеличивает эффект сепарирования за счет сокращения пути свободного осаждения дрожжевых частиц. Если дрожжевая частица достигла нижней поверхности тарелки, то можно считать, что она практически выделилась из смеси. Осевшие частицы дрожжей через внутренние сопла поступают во внутреннюю кольцевую трубу и выводятся из сепаратора. Осветленная жидкость отводится по периферийной трубе.

Рис. 42. Дрожжевой сепаратор: а – общий вид; б – схема работы тарелок. 1 – корпус; 2 – внутреннее сопло; 3 – привод; 4 – рама; 5 – сменная втулка рабочего вала; 6 – регулируемая напорная труба; 7 – клапан системы безразборной мойки; 8 – пакет тарелок

Рис. 43. Схема работы тарелок саморазгружающегося сепаратора

В саморазгружающийся сопловый сепаратор (рис. 43),предназначенный для разделения суспензий, содержащих более 1 % твердых частиц, суспензия подается в барабан сверху через центральную впускную трубу и распределяется по периферии с помощью конуса. Твердые частицы как более тяжелая фаза направляются к стенке барабана. Жидкость выходит из барабана в его верхней части после прохождения через дисковую насадку и встроенный насос с напорным диском. Осадок выгружается из барабана сепаратора через определенные интервалы времени без его остановки. Выгрузка осадка достигается за счет того, что внутреннее дно барабана может свободно перемещаться по вертикали. Во время сепарирования оно из-за гидравлического давления уплотняющей жидкости прижимается к верхней части барабана, обеспечивая надежную герметизацию. Через определенные интервалы времени автоматически по заданной программе резко снижают давление уплотняющей жидкости, что вызывает перемещение дна барабана вниз. При этом открывается кольцевая щель, через которую под действием центробежной силы выгружаются твердые частицы.

Повышение и понижение гидравлического давления осуществляются посредством импульсов рабочей жидкости, подаваемой наружи в систему, приводящую в действие барабан. Данные импульсы и последующие выгрузки твердых частиц – «выстрелы» – регулируются устройством для выгрузки, приводимым в действие датчиком времени или самозащелкивающимся устройством, срабатывающим, как только твердые частицы достигают определенного уровня. Выгрузка твердых частиц может быть частичной, полной или комбинированной.

Сопловые сепараторы с непрерывным удалением осадка применяются для разделения суспензий, содержащих от 6 до 30% твердых частиц. Развиваемая в них центробежная сила в 6000 – 9000 раз больше силы тяжести. Производительность достигает 150 м³/ч. Сепараторы высокопроизводительны, компактны, герметичны, изготавливаются из антикоррозийных материалов, просты в обслуживании (сборка, разборка и периодическая промывка производятся с помощью специальных устройств и моющих машин), не требуют значительных затрат ручного труда, могут работать по заданной программе, недостаток – их высокая стоимость.

Рис. 44. Гидроциклон: 1 – тангенциальный штуцер; 2 – патрубок; 3 – перегородка; 4 – цилиндрический корпус; 5 – коническое днище; 6 – штуцер для выхода шлама

Гидроциклоны (рис. 44) применяются для осветления, обогащения суспензий, классификации твердых частиц по размерам от 5 до 350 мкм, а также для очистки сточных вод после мойки пищевых агрегатов. Качество разделения в гидроциклонах зависит от угла конусности. Оптимальным считают угол, равный 10 – 15°. При таком угле удлиняются коническая часть гидроциклона и путь твердых частиц, следовательно, увеличиваются время пребывания частиц и качество разделения.

Рис. 45. Сверхцентрифуга: 1 – корпус; 2 – ротор; 3 – лопасть; 4 – подпятник; 5 – труба; 6 – отверстие для выхода осветленной жидкости; 7 – шпиндель; 8 – опора; 9 – шкив

Суспензия подается тангенциально в цилиндрическую часть и приобретает вращательное движение. Скорость ее вращения на входе в гидроциклон составляет 5 – 25 м/с. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам и движутся по спиральной траектории вдоль стенок вниз к штуцеру 6, через который отводятся в виде шлама. Осветленная жидкость движется во внутреннем спиральном потоке вверх вдоль оси гидроциклона и удаляется через патрубок 2.

Гидроциклоны, применяемые в качестве классификаторов, имеют диаметр 300 – 350 мм и высоту 1,0 – 1,2 м. Для сгущения грубых суспензий используются гидроциклоны диаметром 10 – 15 мм, обычно объединяемые в общий агрегат, в котором они работают параллельно (мультигидроциклон).

Сверхцентрифуги (рис. 45)имеют ротор малого диаметра – не более 200 мм, вращающийся с большой частотой – до 4500 мин^-1. Фактор разделения составляет 15000.

В таких центрифугах разделяют тонкодисперсные суспензии и эмульсии (обезжиривание молока).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие неоднородные системы разделяют методом отстаивания?

2. В чем заключается расчет отстойников?

3.Что является движущей силой отстаивания? Как она определяется?

4.Какими методами можно повысить эффективность разделения неоднородных смесей по сравнению с отстаиванием?

5.Какими факторами определяется эффективность разделения в поле центробежных сил?

6. Какое оборудование применяется для разделения неоднородных смесей?

7.Отстойники каких конструкций используются для разделения суспензий?

8.Какие типы отстойных центрифуг применяются для разделения суспензий?

9. Что является движущей силой в центрифугах, сепараторах и гидроциклонах? Каково соотношение движущих сил в отстойниках и центрифугах?

10. В чем заключается расчет отстойных центрифуг?

11. Какие методы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий?

12. Чем различаются конструкции сепараторов для разделения эмульсий и суспензий?

13. В каких случаях применяют сепараторы, гидроциклоны и сверхцентрифуги?

Лабораторная работа № 5