Лекция №5. Сұйық әртекті ортаны бөлуге арналған аппараттар. Центрифугалар.

1. Центрифугалардың түрленуі және конструкциялары мен қолданылуы

2. Есептеу және пайдалану ерекшеліктері

Центрифугалар. Әртекті сұйық орталарды бөлудің кең таралған әдістерінің бірі, бұл – центрифугалау. Процесс центрифуга деп аталатын арнаулы машинада центрден тебу күші өрісінің ықпалымен жүреді және де осы күш әсерімен бөлуді тиімді, әрі қолайлы энергетикалық шығындарменен атқаруға мүмкіндік береді. Центрден тебу күші өрісінің көзі, бұл аппарат роторының шапшаң айналуы. Процестің атқарылуы сипатына қарай центрифугалар тұндырушы және сүзгілеуші әсерде жұмыс істейді.

Ротор және ондағы материалдың сарындас айналуы кезінде центрден тебуші күші орын алады, және де мұның мәні мынаған тең:

Мұндағы - ротордың материалымен қоса алғандағы салмағы, Н; - ротордың айналым саны, айн/мин; - ротордың ішкі радиусы, м; - еркін түсу үдеуі, м/с²; - ротордың шеңберлік радиусы:

Центрифугалар жұмысының тиімділігін анықтаушы маңызды критерийлерінің бірі, бұл бөлу факторы:

Бұл критерий аппараттағы центрден тебуші үдеу неше есе еркін түсу үдеуінен дамитындығын көрсетеді. мәні жоғары болған сайын центрифугалар процесі қарқынды жүре бастайды. Заманауи машиналарда бұл шаманың мәні машина конструкциясының беріктік шарттарымен және динамикалық тұрақтылығыменен шектеледі:

Центрифугалардың екінші маңызды көрсеткіштерінің бірі, бұл өнімділік индексі , және де бұл критерий центрифуганың бөлушілік қабілетін сипаттайды:

Мұндағы - ротордағы цилиндрлік тұндыру бетінің ауданы, м².

Өнеркәсіптік центрифугалардың ауқымды конструктивтік алуан түрлілігін келесі көрсеткіштерге сай топтастыруға болады:

· Бөлу факторларының шамасына қарай қалыпты ( ) және шапшаң центрифугалар ( );

· Әсер ету принципіне қарай тұндырушы және сүзгілеуші. Алғашқысының роторы тұтас етіп жасалса, екіншісінікі сыртынан тормен немесе матамен қапталған саңылаулы етіп жасалады;

· Сүзгілеу центрифугаларын кристалдық және аморфтық материалдардың салыстырмалы ірі дисперсиялы суспензиясын бөлу үшін қолданады. Сонымен қатар, тұнбаны шаю, даналық бұйымдарды сусыздандыру үшін қолданылады;

· Тұндыру центрифугалары нашар сүзгіленуші суспензиялар мен эмульсияларды, сонымен қатар қатты фаза түйіршіктерінің ірілігі бойынша суспензияларды бөлу үшін қолданылады. Тұндыру центрифугалары әмбебап, сусыздандырушы, мөлдірлендіруші (тазартушы) және сепарациялаушы деп түрлендіріледі;

· Тұнбаны түсіру тәсілі бойынша қолмен, пышақпен, шнекті, екпінді, гидравликалық, пневматикалық, сонымен қатар екпіндемелі және ығыстырмалы поршенді түсірудегі деп түрлендіріледі;

· Ротор осьінің орналасуы бойынша тік, жатық және қиғаш орналасудағы центрифугалар болып бөлінеді;

· Жұмыс тәртібі бойынша центрифугалар мезгілді және үздіксіз әсердегі деп түрленеді;

· Біліктің орналастырылуы бойынша тік орналастырудағы центрифугалар жоғарыда орналасқан жетекті аспалы және тік орналасудағы білікті; ротор үстіндегі топсалы серпімді тіректі; бағаналарда серпімді ілінген аспалы жетектің төмен орналасуындағы маятникті; тік біліктің тірегіндей, жалпы қатаң қаңқада орналастырылған; ротордың төменінде (сүйемелденген білікті) қатаң немесе серпімді тіректері бар тіректегі.

2-ші суретте өнеркәсіптік центрифугалардың топтастырылу схемасы келтірілген, мұнда кеңістіктегі ротор осьінің орналастырылуын, жұмыс тәртібін және тұнбаның түсірілу тәсілін ескерген.

2-сурет. Центрифугалардың топтастырылу схемасы

.

3-сурет. Тік сеператорлар

4-сурет. Горизонталды центрифугалар

5-сурет. Шнекті центрифугалар.

6-сурет. Прецессионды центрифуга

7-сурет. Шапшаң центрифугалар.

Центрифугаларды есептеу.

Сүзгілеуші центрифуганы есептеу.

5.1 есеп. Келесі алған мәліметтер бойынша центрифуганы және өнімділігін есептеу: суспензиядағы талап етілген өнімділігі кг/сағ; құрғақ тұнбадағы кг/сағ; қатты фазаның массалық концентрациясы ; қатты фазаның тығыздығы кг/м³; сұйықтың тығыздығы кг/м³; негізгі өнім – қатты фаза және оның түйіршіктің өлшемдері 10-100 мкм аралығында жатыр. Қатты фаза – ерітінділеуші және әлсін абразивті. Орта нейтралды суспензияның температурасы 35°C. Тұнба борпылдақ, оның аппаратта шайылуы талап етіледі, оның майдалануы талап етіледі. Тұнбаның ылғалдығы 15% аз болуы тиіс. Суспензия улы емес, өрт және жарылысқа қауіпті, ғимараттық категориялығы СНИП-ПМ2-72 бойынша 6, ПУЭ бойынша – ВПА; тәулік бойындағы аппараттың жұмыс ұзақтығы – 24 сағат.

Центрифуганы қабылдауды суспензияның қасиеттері мен алған мәліметте берілген технологиялық талаптарды талдау және осының негізінде орындаймыз ([1], 5.1-5.3 кестелерінен). Мұндай талдаулар жасау үшін қатты фазаның көлемдік концентрациясын және аппараттың суспензиядағы өнімділігін есептейміз.

Суспензияның көлемдік концентрациясы:

Суспензияның тығыздығы:

Суспензиядағы көлемдік өнімділігі:

Тұнбаның жақсы шайылуына, оның төмен ылғалдығы мен қатты фазаның ерітінділенуіне талаптар жалпы тағайындалудағы сүзгілеуші центрифуганы қолданудың қажеттігі мен мүмкіндігіне алып келеді.

Қатты фазаның төмен концентрациясы мен тұнбаның жоғары дисперсиялығы үздіксіз әрекеттегі сүзгілеу центрифуганы қабылдау мүмкіндігін болдырмайды. Түзілуші тұнбаның борпылдақтығы және оның ұсақталу ықтималдылығы суспензияны бөлуді тұнбаны пышақпенен түсірудегі центрифугада жүргізуге мүмкіндік береді.

[1] 5.2 кестенің мәліметтерін өнімділігі бойынша оның берілген мәндеріменен салыстыра отырып, қондырғыға ФГН-125 центрифугасын қабылдаймыз. Орта бейжарылысқауіпті, бейулы және нейтралды болғандықтан, ал аппаратта 6 категориядағы ғимаратта орналастыруда қарастыратын болса, онда каталогтан [2] ФГН-125 центрифугасын қабылдаймыз.

ФГН-125 центрифугасын келесі техникалық көрсеткіштерге ие (5.5 кесте): барабан диаметрі ; барабан ұзындығы ; ротор сыйымдылғы ; сүзгілеу бетінің ауданы ; ротордың айналу жиілігі ; бөлу факторы .

Центрифуганың әрі қарайға есептелуін модельдік ФГН-125 центрифугасында суспензияны бөлу нәтижелері бойынша масштабты модельдеу әдісі негізінде жүзгіземіз. Модельді центрифугада суспензияда бөлу факторы және тұнба қабатының биіктігі болған жағдай үшін орындалған.

Төменде модельдік сынау нәтижелері келтірілген:

........................................ 30

......................................... 25

.......................................... 60

.............................................. 0.71

Центрифуганың өнімділігін есептеуді тұнба қабатының қалыңдығын есептеуден бастайды және де бұл өнеркәсіптік центрифугадан алынады. Өнеркәсіптік центрифуга барабанының толтырылу коэффициентін деп қабылдаймыз. Онда тұнба қабатының биіктігі мынаны құрайды:

Өнеркәсіптік және модельдік центрифугаларда бөлу факторлары тең болғандықтан, сүзгілеу уақытын келесі өрнек бойынша анықтаймыз:

Тұнбаны шаю және кептіру уақыттарын келесі өрнектерден анықтаймыз:

Мұндағы және - масштабтың ауысу коэффициенті, ; .

Суспензияны өңдеудің толық циклының уақыты:

Мұндағы - өнеркәсіптік центрифугалар үшін қосымша уақыт. Центрифуганың суспензиядағы орташа өнімділігі:

Центрифуганың қажетті саны:

Регенерациялау және сүзу бөгетін ауыстыруға, жеңіл-желпі және орташа жөндеулерге тұру уақытын ескере отырып қондырғыда екі центрифуганы қабылдаймыз.

5.2 есеп. ФМД-80 центрифугасының орташа өнімділігін өлшемі 140 мкм үлкен өлшемдегі қатты фазаның тығыздығы кг/м³; сұйық фазаның тығыздығы кг/м³; сұйық фазаның тұтқырлығы .

Бөлу факторы өнеркәсіптік центрифуганың бөлу факторына бара-бар лабораториялық центрифуганы зерттеу нәтижесінде есептеуге келесі алғаш мәліметтер алынды: тұнба көлемінің тиелген суспензия көлеміне қатынасы ; тұнбаның меншікті көлемдік кедергісі ; сүзгілеу бөгетінің кедерігісі ; шаю сұйығының меншікті көлемі ;шаю сұйығының тығыздығы ; шаю сұйығының тұтқырлығы ; тұнбаның кеуектілігі ; лабораториялық центрифугада кептіру уақыты ; өнеркәсіптік центрифугадағы көмекші операцияларға жұмсалатын уақыт .ФМД-80 центрифугасының техникалық параметрлері [1] 5.4 кестесінде келтірілген.

Центрифуганың орташа өнімділігін келесідегідей есептейміз. Барабанның айналуының бұрыштық жылдамдығын келесі өрнектен анықтаймыз:

Центрифуганың сүзінді бойынша өнімділігін тұрақты сүзу жылдамдығы тәртібінде барабанның тұнбаменен толтырылу коэффициентінің мәнін деп қабылдап, келесі өрнек көмегімен анықтаймыз:

Тиелу кезеңіндегі суспензия бойынша өнімділігі:

Сүзу уақыты:

Тұнбаны шаю уақыты:

Тұнбаның кептірілу уақыты:

Центрифугадағы суспензияны өңдеу циклының толық уақыты:

Онда центрифуганың суспензия бойынша орташа өтімділігі:

5.2 Тұндырушы центрифугаларды есептеу.

5.3 есеп. Келесі алғаш мәліметтер бойынша суспензияны бөлуге центрифуганы қабылдап, оның өнімділігін есептеңіз: негізгі өнім – қатты фаза. Фугот тазалауға беріледі.Суспензия бойынша қажетті өнімділігі м³/сағ; қатты тұнба бойынша 560 кг/сағ. Қатты фазаның массалық коцентрациясы , көлемдік ; Сұйық фазасының тұтқырлығы ; қатты фазаның тығыздығы ; сұйықтың тығыздығы .

Қатты фазаның гранулометриялық құрамы: 0,2мм-5%; 0,2÷0,1 мм - 80%; 0,1÷0,04 мм - 9%; 0,04 мм - 6%. Қатты фаза ерітінділенбейді, және де ортаабразивті. Орта әлсінқышқылды. Суспензияның температурасы 35°С. Тұнба шанада талап епейді, тұнбаның ылғалдылығы минимал. Бөлу ірілігі . Тұнба борпылдақ, қатты фазаның ұсақталуы шектелген. Суспензия улы емес, өрт және жарылысқа қауіпсіз. Ғимараттың категориялығы СНИП-ПМ2-72 бойынша Б, ПУЭ-В бойынша ПА. Тәуліктегі жұмыс ұзақтығы 24 сағат.

Центрифуганы [1] 5.1÷5.3 кестелеріндегі мәліметтер негізінде қабылдаймыз. Үлкен өнімділігі, тәулік бойындағы үздіксіз жұмысы, түзілетін тұнбаның борпылдақтығы ФГН немесе ГШ типтегі центрифугалардың бірін таңдау қажеттігін көрсетеді.

ОГШ типтегі центрифуганы қабылдаумызға тұнбаны шаю қажетсіздігі, оның ерітінділенбейтіндігі, үгетілуінің шектелуі мен конструкцияның жетілгендігі тұжырымды негіз бола алады. Тек бір ғана кемшілік, бұл тұнбаның минимал ылғалдығы.

ОГШ типтегі центрифуга барабанының жуықша өлшемдерін берілген өнімділігі бойынша 350 мм деп қабылдаймыз. ОГШ-35 центрифугасының конструктивті модификациялануы алғаш мәліметтерге байланысты жарылыс қорғаныстағы электр жабдықты болуы тиіс, қышқылтөзімді болаттан дайындалған және де аппарат қаңқасы мен шнегі абразивті тозудан сақтандырылуы тиіс. Көрсетілген талаптарды негізге ала отырып ОГШ-35 2К-6 [27] әмбебеап тұндырушы центрифугасын қабылдаймыз.

Центрифуганың өнімділігін есептеу үшін оның негізгі параметрлерін [1] 5.6 кестесінен қабылдаймыз. Қосымша мәліметтер келесі: төгу жиегінің диаметрі ; барабанның цилиндрлік бөлігінің ұзындығы .

диаметрдегі түйіршіктің тұну жылдамдығын есептеу үшін Архимед критерийін анықтаймыз:

болғандықтан тұну тәртібі ламинарлық, сондықтанда тұну жылдамдығын келесі өрнек көмегімен анықтаймыз:

Барабандағы сұйық топасаның орташа диаметрі:

Орташа бөлу факторы:

Суспензия бойынша өнімділікті деп қабылдай отырып келесі теңдеуден анықтаймыз:

Мұнда - ОГШ типтегі үздіксіз әрекеттегі центрифугалар үшін.

Суспензияның тығыздығын келесідегідей анықтаймыз:

болғандағы қатты тұнба бойынша өнімділігі:

Тұнба бойынша анықталатын өнімділік > . Дегенмен де тұнба бойынша жұмыстық өнімділік:

Онда суспензия бойынша максимал өнімділік мынаған тең:

Қажетті центрифугалар саны:

Сонымен қондырғы үшін ОГШ-352К-6 типті бір центрифуганы қабылдаймыз.