white line white line
Заявки на оборудование просьба присылать в технический отдел на e-mail info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86
white line white line

Центрифуга. Процесс центрифугирования

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в CША, Канады и Японии, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию различные типы центрифуг.

Центрифуга. Общее описание. Типы. Принцип действия

Выделяют два основных типа центрифуг: отстойные и фильтрующие. Отстойные центрифуги используют для разделения эмульсий и суспензий посредством осаждения дисперсных частиц под воздействием центробежных сил. В химической отрасли также широко применяются фильтрующие центрифуги.

Классификация центрифуг в общем случае возможна по следующим параметрам:

  • по типу организации процесса (непрерывные и периодические);
  • по расположению вала (наклонные, горизонтальные, вертикальные);
  • по способу выгрузки осадка (с центробежной выгрузкой, гравитационной, шнековой, ручной и т.п.)

Центрифуги по фактору разделения делятся на две группы и называются нормальными центрифугами (Кр<300) и сверхцентрифугами (Кр>3000).

Нормальные центрифуги используются чаще всего для разделения всех суспензий, кроме тех, которые имеют очень малую концентрацию твердых веществ. Сверхцентрифуги, в свою очередь, используются для разделения тонких суспензий и эмульсий.

Если разделять центрифуги по назначению, то можно выделить отстойные, фильтрующие и разделяющие (сепарирующие) центрифуги.

  • Фильтрующие центрифуги оснащаются дырчатыми барабанами, покрытыми изнутри, как правило, тканью или другой фильтрующей перегородкой. Данный тип центрифуг используется для разделения суспензий, имеющих зернистую или кристаллическую твердую фазу, а также твердых и штучных материалов.
  • Отстойные центрифуги, имеющие сплошной барабан без отверстий, используются для разделения суспензий, плохо поддающихся фильтрации, а также для осветления суспензий, содержащих малое количество твердой фазы.
  • Разделяющие центрифуги тоже оснащены сплошным барабаном. Данный тип центрифуг чаще всего используются для разделения концентрированных суспензий и эмульсий.

Помимо вышеперечисленного, центрифуги разделяются по способу выгрузки осадка. Выгрузка осадка может производиться вручную, при помощи скребков и ножей, которые движутся возвратно-поступательно, и с помощью силы тяжести или центробежной силы.

Центрифуги также могут разделяться по устройству опор, на осонве чего выделяют подвесные и стоячие, и по расположению оси – вертикальные, горизонтальные и наклонные.

По процессу организации центрифугирования устройства делят на непрерывно действующие и периодические.

Центрифуги работающие периодически имеют три основные периода работы:

  1. Пуск центрифуги и наполнение ее барабанов.
  2. Вращение барабана с постоянной скоростью, а также разделение неоднородной смеси.
  3. Торможение барабана и его разгрузка.

Наполнение барабана производится, когда незаполненный барабан вращается с определенной скоростью, которая меньше чем рабочая, или в том случае, когда достигается полная скорость вращения. В некоторых случаях барабан следует загружать до момента пуска центрифуги. Удаление осадка происходит после остановки центрифуги или в момент, когда барабан вращается с низкой скоростью.

Довольно часто после того, как проведен основной процесс центрифугирования, возникает необходимость в промывке осадка. Для этого проводится отжим промывных вод, который производится путем дополнительного пуска барабана центрифуги. В некоторых случаях необходимо также вымывание определенных компонентом исходной смеси.

В центрифугах работающих периодически применяется сплошной барабан или с отверстиями.

При этом барабан заключается в кожух, служащий сборником фильтрата или промывной жидкости, а также защитным ограждением на тот случай выхода из строя или разрушения барабан. Вращение барабана производится посредством электродвигателя.

Благодаря воздействию центробежной силы происходит проталкивание жидкости через фильтрующий материал и отверстия в барабане. Жидкость собирается в кожухе, и затем удаляется через трубопровод.

Если необходимо получить осадок, содержащий минимальное количество влаги, то применяются дырчатые барабаны. С их помощью можно достичь конечной влажности осадка около 1-5% (при очень измельченной твердой фазе - до 40%). Если для этих целей использовать сплошные барабаны, то в осадке останется значительно больше влаги (около 70% и больше).

Для того чтобы увеличить эффективность разделения, в сплошных барабанах устанавливают специальные кольцевые вставки, уменьшающие скорость движения жидкости, находящейся у стенок. Таким образом, процесс осаждения твердых частиц значительно улучшается.

Центрифуги периодического действия производятся, как правило, с вертикальным валом. Выгрузка материала в таких центрифугах может быть нижней или верхней. Более удобной считается нижняя выгрузка, но она требует больших затрат физического труда. Чтобы облегчить выгрузку, аппараты достаточно часто снабжают легко управляемой механической лопатой. Некоторые центрифуги такого типа выполняются саморазгружающимися.

Если в стоячих центрифугах, оснащенных вертикальным валом и жесткой опорой, происходит неравномерное распределение обрабатываемого материала, то возникают небезопасные и довольно сильные колебания барабана. Из-за этого современные центрифуги оснащаются эластичными опорами, при этом подпятник вала устанавливается в сферической втулке.

Самыми распространенными центрифугами периодического действия являются центрифуги, которые подвешены на трех колонах, а также центрифуги с верхней опорой.

Классификация центрифуг:

  Тип Режим работы Способ выгрузки осадка
Нормальные центрифуги (Ф<3500) Фильтрующие центрифуги Периодического действия Ручная
Гравитационная
Ножевая
Непрерывного действия Инерционная
Пульсирующий поршень
Шнековая
Отстойные центрифуги Периодического действия Ручная
Ножевая
Центробежная
Непрерывного действия Шнековая
Сверхцентрифуги (Ф>3500) Трубчатые центрифуги Периодического действия Ручная
Сепараторы Периодического действия Ручная
Непрерывного действия Гидравлическая

Устройство простейшей отстойной центрифуги показано на нижеследующем рисунке:

отстойная центрифуга

Главной частью центрифуги является барабан, насаженный на вращающийся вал. Твердые частицы суспензии отбрасываются на стенки барабана под действием центробежных сил. Уплотняясь, данные частицы образуют осадок. Осветленная жидкость переливается в статичный корпус и выводится посредством патрубка в его нижней части. После прекращения работы центрифуги осадок выгружают вручную.

Чертеж горизонтальной отстойной центрифуга непрерывного действия со шнековой выгрузкой:

отстойная центрифуга

Принцип работы данной центрифуги состоит в том, что суспензия подается по трубе во внутренний барабан, а затем сквозь окна выводится в отстойный барабан. На этом этапе происходит разделение суспензии. Осветленная жидкость поступает в кожух и выводится через патрубок. Шнек перемещает осадок и выводит его через патрубок.

Сверхцентрифуги. Общее описание и принцип работы

Разделение тонких суспензий и эмульсий требует значительного воздействия центробежных сил. Для таких процессов используются сверхцентрифуги, которые бывают двух видов:

  • трубчатые сверхцентрифуги;
  • жидкостные сепараторы.

Трубчатая сверхцентрифуга оснащена глухим барабаном, имеющим форму трубы малого диаметра (до 240 мм). Длина барабана в несколько раз больше его диаметра, что позволяет значительно увеличить число оборотов барабана и сгенерировать мощную центробежную силу. Помимо этого, в барабане данного типа продлевается путь суспензии, что улучшает процесс отстаивания. В трубчатой сверхцентрифуге вещество подается внутрь барабана, совершающего вращательные движения. Вещество движется по трубке, ударяется об отражатель и отбрасывается на стенки вращающегося барабана. Длинная крестовина предотвращает отставание осадка от стенок. Барабан имеет головки и камеры для раздельного вывода тяжелой и легкой жидкости. Барабан данного типа центрифуг закреплен на гибком валу. Трубчатые сверхцентрифуги оснащаются также сменной кольцевой диафрагмой.

К преимуществам таких аппаратов принято относить:

  • высокую интенсивность разделения;
  • герметичность;
  • компактность.

Сверхцентрифуги характеризуются увеличенной частотой вращения за счет сокращения радиуса вращения.

Чертеж трубчатой сверхцентрифуги периодического действия:

Чертеж трубчатой сверхцентрифуги периодического действия

Ротор, имеющий сплошные стенки, вращается в кожухе. Внутри ротора есть радиальные лопасти, которые не дают жидкости отстать от стенок барабана при вращении. Барабан приводится во вращение от шкива. Внизу центрифуги расположен подпятник, через который в барабан подведена труба, предназначенная для подачи суспензии. Твердая фаза оседает на стенках ротора, а жидкая выводится через верхнее отверстие. Осадок удаляется вручную. Так как рабочий объем данных аппаратов небольшой, они в основном используются для разделения суспензий с малым содержанием твердой фазы (не более 1%).

Расчет центрифуги

Фактор разделения центрифуги вычисляется по формуле:

f = (ω²·r)/g

Где ω – является угловой скоростью вращения ротора, 1/с;
r – средний радиус ротора, м.

Для расчета фильтрующих центрифуг используются такие же расчеты, как для фильтров. Различие состоит в том, что для вычисления перепада давления используется зависимость:

∆ρц = 5·ρc·n²·(D²2-D²2)

в которой ρс – плотность суспензии в барабане, кг/м3;
D1 и D2 – диаметр объема суспензии, находящейся в барабане, и, соответственно, диаметр самого барабана, м;
n – частота вращения барабан, 1/с.

При расчете центрифуги можно принимать как отстойники, в которых скорость осаждения частиц в Кр  раз больше, чем в процессе гравитационного осаждения. Таким образом, приходим к следующему выражению:

F = [Gсм/(ρоч·wст·Kр·ζ)] · [(xос-xсм)/(xос-xоч)]

где КЗ – коэфф. запаса для учёта неравномерности распределения фильтруемой взвеси по всей поверхности фмльтрования;
Gсм – расход фильтруемых взвешенных частиц, кг/с;
ρоч – плотность фильтрата, кг/м3;
wст – скорость выделения твёрдых компонентов взвеси, м/с;
хсм, хос, хоч – концентрация твёрдых частиц в фильтруемой суспензии, осадке и фильтрате соответственно, масс. доли.

Если не учитывать толщину осадка, то для центрифуг с цилиндрическим барабаном, справедливо:

F = π·Dср·l

Kр = 2π²n²·(Dср/g)

где Dср = (Dо+Dв)/2 – средний диаметр потока жидкости в барабане; Dв- внутренний диаметр слоя суспензии в барабане, м; D0- внутренний диаметр кольцевого слоя суспензии в барабане, м; l- длина в барабане, м; Kр- средний фактор разделения центрифуги, м, n – частота вращения ротора.

Центробежная сила как фактор разделения

В процессе вращения барабана и жидкости, которая в нем находится, возникает центробежная сила как сила инерции.

Обозначим:

G – вес вращающегося тела или жидкости, кгс;
r – радиус вращения, м;
n – количество оборотов в минуту;
w – окружная скорость вращения w=(2·π·r·n)/60, м/с;
ω – угловая скорость вращения ω=(2·π·r·n)/60 (рад);
g – ускорение свободного падения, м/сек2.

Центробежная сила С (кгс), которая действует на вращающееся тело, имеющее массу т и вес G, выражается формулой:

С = (m·ω²)/r = (G·ω²)/(g·r)

В процессе центрифугирования на жидкость одновременно действуют такие силы, как центробежная С и сила тяжести G.

Производительность центрифуг

Как правило, производительность центрифуг выражается объемом суспензий, поступающим в центрифугу за единицу времени (л/час) или же весом осадка, который образуется в результате процесса центрифугирования (кгс/час).

Скорость процесса центрифугирования влияет на производительность любой центрифуги. Данная скорость определяется в первую очередь режимом процесса. Именно поэтому следует рассматривать отдельно производительности фильтрующих и отстойных центрифуг. Для обоих типов центрифуг следует считать, что объем материала, который загружается в центрифугу, равен половине полного объема аппарата.

Определение производительности центрифуг

центрифуга

Для определения производительности центрифуг обозначим следующие величины:

R – внутренний радиус барабана центрифуги, м;
r1 - внутренним радиусом слоя материала, который находится в центрифуге, м;
h – это высота барабана, м;
Vб – объем барабана центрифуги, м3;
Vм – объем материала, который находится в центрифуги, м3.

Следовательно:

Vб = π·R²·h, м³

Vм = π·(R²-r1²)·h, м³

Принимая, что Vм = 0,5·Vб, получим:

0,5·π·R²·h = π·(R²-r1²)·h

Для измерения скорости осаждения частиц в центрифуги используются такие же закономерности, что и для скорости осаждения пыли в циклонах.

Помимо этого, для определения режима осаждения используются числовые значения критериев Архимеда и Рейнольдса. При этом критерии Архимеда определяются так же, как и при расчете циклонов, то есть зависят от скорости осаждения. Поэтому необходимо предварительно найти числовое значение произведения K1·Ar, а по нему уже установить режим и найти значение критерия Re. Следовательно, для определения скорости осаждения используется формула:

ω0 = φ · [(Re·μ·g)/(d·γ2)], м/сек

Для определения фактора разделения Kp учитывается скорость осаждения центрифуги, которая измеряется пропорционально радиусу вращения r. Следовательно в выражение Kp нужно подставить вместо неопределенного радиуса r средний радиус:

rср = (R+0,71*R)/2 ≈ 0,85*R

Таким образом:

Кр = 0,85*n²*R/900

В процессе осаждения в центрифуге частицы дисперсной фазы проходят путь, который равен R-r, поэтому для определения длительности осаждения используется формула:

τос = (0,29*R)/ω0, сек

Чтобы определить производительность отстойных центрифуг, работающих периодически, следует принимать во внимание время, которое затрачивается на пуск, разгрузку и торможение центрифуги.

Обозначим:

t ос – время, за которое происходит разделение. Оно равняется времени предыдущего разделения, сек;
tп – время периода пуска центрифуги, сек;
tt – время, за которое происходит торможение центрифуги, сек;
tp – время разгрузки центрифуги от осадка, сек.

Для определения длительности общего цикла процесса центрифугирования используется формула:

∑τ = τос + τп + τт + τр

Определение производительности фильтрующей центрифуги не менее сложно, чем расчет производительности всех видов фильтров.

Для этого используется уравнение:

VdV = (F0²*Po*dτ) / (μ*ρ*x)

где Fo - фильтрующая поверхность, м2;
Po – это давление, Па.

Внутренняя боковая поверхность барабана является в центрифуге поверхностью фильтрации. При этом давление создается центробежной силой, которая возникает в жидкости в процессе ее вращения в барабане центрифуги. В процессе протекания фильтрации слой осадка, который возникает на поверхности барабана, увеличивается, а фильтрующая поверхность изменяется. Помимо этого, происходит изменение центробежной силы. Следование величины Fo и Po переменны.

Мощность на валу центрифуги

Расход энергии для центрифуг периодического действия рассчитывается отдельно для рабочего и пускового периода.

При пусковом периоде количество затрачиваемой энергии идет на преодоление массы материала, который загружен в барабан и массы самого барабана.

В рабочем периоде мощность на валу отличается от мощности в пусковом периоде. Данная мощность практически полностью тратится на транспортировку осадка, преодоление гидравлического сопротивления, а также трения барабана о воздух и трения, возникающие в приводе и цапфах.

В том случае, если суспензия подается в центрифугу, которая находится на ходу, необходимо учитывать еще и энергию, затрачиваемую на сообщение кинетической энергии фильтруемой жидкости.

Описание фильтрующей центрифуги. Типы

Фильтрующая центрифуга представляет собой аппарат для разделения суспензий с использованием центробежной силы. Основным компонентом устройства является вращающийся барабан, внутреннюю поверхность которого покрывает фильтрующий материал.

При вращении барабана на суспензию действует центробежная сила. В результате фильтрат проходит через перегородку, а твердые частицы оседают на ее поверхности. Возникающая при этом разница давлений с двух сторон фильтровальной перегородки значительно выше, чем в фильтрах. Это позволяет использовать фильтрующую центрифугу для разделения суспензий с недеформируемыми частицами, образующими мало сжимаемые осадки. Влажность осадков составляет от 0,5 до 5% и уменьшается с увеличением размеров твердых частиц. В обычных фильтрах получаемые осадки имеют более высокую влажность.

Этапы разделения суспензий в фильтрующей центрифуги:

  1. разделение суспензии на фильтрат и осадок;
  2. уплотнение осадка;
  3. сушка осадка.

При необходимости осадок может промываться жидкостью. В осушенном осадке количество влаги меньше объема его пор. На практике в разделяемых суспензиях объем твердой фазы составляет 5-25% при размере твердых частиц – 10-1000 мкм и более.

Фильтрующие центрифуги различаются как по конструкции, так и по типу управления операциями. В зависимости от способа проведения операций фильтрования выделяют аппараты периодического и постоянного действия.

Маятниковая центрифуга. Характеристики

Маятниковая центрифуга относится к аппаратам периодического действия. Выгрузка осадка осуществляется вручную и может быть как верхней, так и нижней. Суспензии с низкой и средней концентрацией подаются в центрифугу на ходу. Суспензии с высоким содержанием твердых частиц подаются в неподвижную центрифугу. Фильтрат отводится по нижним штуцерам кожуха.

После разделения суспензии выключается двигатель и барабан останавливается. Оператор выгружает осадок вручную через днище (в случае центрифуги с нижней выгрузкой) или через борт (в случае центрифуги c верхней выгрузкой).

Преимущества маятниковой центрифуги заключаются в простоте конструкции и относительно низкой стоимости оборудования.

Диаметр барабана маятниковых центрифуг составляет 400-1250 мм при верхней выгрузке и 800-1600 мм при нижней выгрузке.

Центрифуга с механизированной нижней выгрузкой осадка. Характеристики

Центрифуга с механизированной нижней выгрузкой осадка представляет собой более сложные устройства периодического действия по сравнению с центрифугами с ручной выгрузкой. Все операции: загрузка суспензии, фильтрование, промывка, отжим и отделение осадка выполняются автоматически.

В момент поступления суспензии в барабан, его окружная скорость составляет 8-30 м/с. Во время промывки осадка и отжима окружная скорость барабана равна 50-75 м/с. Ввиду того, что для выполнения разных операций требуется разная скорость барабана, центрифуга оснащается двигателем с возможностью изменения выходной частоты вращения.

Осадок снимается с помощью широкого ножа, длина которого равна высоте барабана. Нож поворачивается вокруг вертикальной оси и по мере срезания слоя осадка приближается к поверхности фильтровального материала. При выгрузке осадка окружная скорость барабана составляет 4-5 м/с, которую обеспечивает отдельный двигатель. Управление ножом может осуществляться как вручную, так и автоматически.

Диаметры барабанов фильтровальных центрифуг варьируются в диапазоне 1000-1600 мм.

Центрифуги рассмотренного типа наиболее эффективны для разделения суспензий с твердыми частицами размером от 30 мкм и занимающих более 10% объема состава.

Подвесная центрифуга. Описание

Отличительная черта подвесной центрифуги – это самоцентрирование фильтрующего барабана и защита от попадания фугата на привод и опору.

В подвесных центрифугах вал подвешивается к шаровой опоре верхним концом. Рядом закреплен резиновый амортизатор, не позволяющий валу отклоняться от вертикальной плоскости. Опору составляет система подшипников, расположенных в стакане. В свою очередь стакан опирается на корпус головки привода. За счет такой конструкции достигается самоцентрирование барабана.

Осадок может удаляться двумя способами: вручную (для этого необходимо останавливать ротор) или автоматически (при вращении ротора с небольшой скоростью). При механизированном удалении поршень, двигаясь по всей высоте барабана, выталкивает осадок через кольцевой люк. К поршню закреплен колпак, имеющий вид конуса. Он опускается на время выгрузки осадка, затем поднимается и закрывает нижнее отверстие барабана.

Каждая операция выполняется при вращении ротора на определенной скорости. Для этих целей в центрифуге имеется пятискоростной двигатель.

Центрифуга с ножевой выгрузкой осадка. Характеристики

Горизонтальная центрифуга с ножевой выгрузкой осадка применяется для разделения суспензий, в которых твердые частицы составляют более 10% и имеют размеры от 30 мкм (допускается их измельчение).

Особенностью центрифуги является выполнение всех операций от подачи суспензии до выгрузки осадка автоматически. При этом барабан вращается с постоянной скоростью.

Время рабочего цикла составляет около 10 минут. Для каждой операции имеется программа с определенным периодом времени.

Схему процесса можно представить следующим образом. На трубопроводе открывается клапан на 3 минуты и подается суспензия. После отделения фильтрата от твердой фазы осуществляется отжим осадка в течение 0,5 минут. Далее подается промывная жидкость в течение 1 минуты. Следующий отжим также осуществляется за 0,5 минут. После чего в движение приводится нож – в течение 5 минут он срезает осадок, постепенно приближаясь к фильтровальной перегородке.

Клапаны открываются и закрываются в автоматическом режиме с помощью поршней, перемещающихся в цилиндрах. Клапан установлен на конце штока и открывается при движении поршня вверх, а при движении поршня вниз – закрывается. Для перемещения поршня в цилиндр нагнетается масло. Точно так же приводится в движение нож для снятия осадка. Срезанные слои удаляются по наклонному вибрирующему желобу.

Центрифуги рассмотренного типа оснащаются консольным ротором (цилиндр имеет диаметр до 2000 мм) или ротором, расположенным между двумя опорами (цилиндр имеет диаметр до 3400 мм).

Центрифуга с пульсирующей выгрузкой осадка. Описание

Центрифуга с пульсирующей выгрузкой осадка применяется для разделения суспензий, содержащих более 20% твердых частиц размером от 0,1 мм. Аппараты являются однокаскадными машинами непрерывного действия. Наиболее эффективно их использование для суспензий, которые легко разделяются и быстро теряют текучесть.

Ротор центрифуги состоит из днища и обечайки, в которую помещено щелевидное сито. Внутри ротора имеется толкатель – это может быть поршень или подвижное днище. В процессе работы толкатель совершает вращательные и возвратно-поступательные движения.

Суспензия подается непрерывно через воронку на щелевидное сито. Фугат просачивается через сито, а осадок с помощью толкателя продвигается вперед, в это же время промываясь струей жидкости, отжимается и сбрасывается порциями в приемную емкость.

В тот момент, когда толкатель движется вперед, небольшая часть суспензии попадает на очищенное сито, из-за чего твердые частицы могут просачиваться вместе с фугатом. Чтобы исключить попадание осадка в фугат, в барабан устанавливается сито, отверстия которого не больше твердых частиц суспензии.

Особенность центрифуги данного типа в том, что очистить сито механическим способом практически невозможно. Поэтому устройство подходит для разделения суспензий, имеющих растворимые твердые частицы. В таких случаях сито регенерируется путем промывки жидкостью, способной растворить осадок.

Ротор центрифуги имеет диаметр 160-1400 мм. Его длина зависит от свойств и толщины осадка.

Фильтрующая центрифуга непрерывного действия с пульсирующим поршнем для того, чтобы выгружать осадки, изображена на следующем рисунке:

Чертеж фильтрующей центрифуги с пульсирующим поршнем. Принцип действия

Чертеж фильтрующей центрифуги с пульсирующим поршнем

В данной центрифуге суспензия поступает в коническую воронку, которая вращается с такой же частотой, как и перфорированный барабан. Благодаря тому, что суспензия приобретает вращательное движение, она сбрасывается через отверстия в воронке на фильтрованной перегородке в зону перед поршнем. Благодаря воздействию центробежной силы жидкая фаза перемещается через фильтровальную перегородку, а также перфорацию барабана и попадает в корпус. После этого она удаляется через штуцер, находящийся в нижней части корпуса. Твердые вещества остаются на фильтрованной перегородке и образуют осадок. Во время движения поршня вправо осадок периодически перемещается к краю барабана. Следовательно, при каждом ходе поршня из барабана в кожух выталкивается часть осадка. После этого осадок удаляется из центрифуги через желоб. Поршень крепится на валу-штоке, находящемся внутри полого вала. Поршень соединен с устройством, придающим ему возвратно-поступательные и вращательные движения. Для вращения барабана используется полый вал. Поршень и барабан движутся с одинаковой частотой.

Данный вид центрифуг имеет производительность больше, чем у центрифуг периодического действия. Помимо этого она не требует больших затрат ручного труда. Несмотря на явные преимущества, такая центрифуга имеет ряд недостатков, таких как высокие затраты электроэнергии, потребляемые на работу поршня. К тому же после того, как осадок удаляется, снижается качество фильтрования, так как фильтрование происходит только на участке фильтровальной перегородке, где отсутствует слоя осадка.

Многокаскадная центрифуга с пульсирующей выгрузкой осадка. Описание

Многокаскадная центрифуга с пульсирующей выгрузкой осадка используется для разделения суспензий в тех случаях, если толщина слоя твердой фазы достаточно велика.

С увеличением толщины осадка возрастает сила, которую необходимо прилагать к толкателю толкатель. Вместе с тем, снижается скорость вращения ротора, а влажность осадка увеличивается. Эти проблемы эффективно решаются многокаскадными центрифугами.

Ротор центрифуги представляет собой ряд фильтрующих барабанов, разных по длине и расположенных телескопически. В процессе фильтрования суспензия проходит последовательно все барабаны. Нечетные барабаны присоединены к штоку и являются толкателями для четных барабанов при ходе штока вперед. В четных барабанах установлены сита, по которым продвигается осадок. Кромки обечаек этих барабанов являются толкателями для нечетных барабанов при ходе штока назад.

Конструкция многокаскадной центрифуги, по сравнению с однокаскадной, позволяет уменьшить длину и толщину осадка в барабане. В результате отжим осадка заметно улучшается. Еще одним достоинством аппаратов данного типа является их незначительный расход энергии во время удаления осадка.

Сравнение, выбор и обслуживание центрифуг

Центрифуги непрерывного действия характеризуются более высоким показателем производительности по сравнению с центрифугами периодического действия. В связи с этим центрифуги непрерывного действия активно используются как в промышленности, так и на малых производствах.

Фильтрующие центрифуги периодического действия используются для обработки таких материалов как:

  • зернистые;
  • волокнистые;
  • штучные.

Влажность осадка на выходе составляет:

  • для крупнозернистых веществ менее 1%;
  • для среднезернистых веществ до 5%;
  • для мелкозернистых веществ до 40%.

Отстойные центрифуги периодического действия предназначены для разделения трудно фильтруемых суспензий. Осадок на выходе характеризуется показателем влажности около 70%.

Хорошими показателями производительности обладают автоматические центрифуги (среднее между машинами периодического и непрерывного действия). Осадок снимается ножом, поэтому такие центрифуги не рекомендуются к использованию в случаях, когда нежелательно нарушение структуры волокон или зерен, из которых состоит вещество. Для работы с кристаллическими и волокнистыми материалами используются центрифуги, оснащенные пульсирующим поршнем.

Горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой хорошо применимы для работы с суспензиями, содержащими большое количество мелкоизмельченных твердых частиц. Такие аппараты применяются также в качестве классификаторов (для отделения зерен по размеру, руды, песка, угля).

Сверхцентрифуги компактны и герметичны и потому применяются для осветления лаков, масел, а также для работы с вредными и горючими жидкостями. Для обезвоживания нефтепродуктов применяются жидкостные сепараторы. В молочной промышленности широко используются сепараторы тарельчатого типа.

Центрифугам необходимо качественное обслуживание. Необходимо следить за тем, чтобы скорость вращения барабана нарастала плавно (без рывков), а также не допускать вибраций барабана и вала. Для остановки работы центрифуги сначала отключается двигатель, а затем приводится в действие тормоз. При работе с центрифугами необходимо строго следовать правилам безопасности.

Процесс центрифугирования. Описание

Центрифугирование - это процесс разделения жидких неоднородных систем в результате действия центробежных сил. Данный процесс осуществляется посредством специальных машин (центрифуг). Главным элементом центрифуги является перфорированный барабан, совершающий вращательные движения на валу (вертикальном или горизонтальном).

В центрифуге протекают следующие виды процессов:

  • центробежное фильтрование;
  • центробежное отстаивание;
  • центробежное осветление.

Центробежное фильтрование - это процесс по разделению в центрифугах суспензий. В этом случае центрифуги оснащены перфорированными барабанами, к которым прилегает слой фильтровального материала. Вещество откидывается на стенки барабана, и под воздействием центробежных сил жидкость проходит сквозь слой осадка и ткань и выводится наружу посредством отверстий. Твердая фаза остается на поверхности ткани.

В целом, центробежное фильтрование охватывает три физических процесса:

  • фильтрование с образованием осадка;
  • уплотнение осадка;
  • удаление жидкости из осадка.

Центробежное отстаивание - это процесс по разделению суспензий в центрифугах, оснащенных барабанами со сплошными стенками. Суспензия подается в нижнюю часть барабана и в результате действия центробежных сил она отбрасывается к стенкам. На стенках происходит выделение осадка, а жидкость создает внутренний слой. Далее жидкость выталкивается суспензией, которая поступает на разделение. Жидкость поднимается вверх и переливается через край. В данном случае, протекает два физических процесса:

  • осаждение твердой фазы;
  • уплотнение осадка.

Центробежное осветление – процесс, также протекающий в барабанах со сплошными стенками и применяющийся для разделения суспензий с небольшим содержанием твердой фазы (тонкие суспензии, коллоидные растворы). С точки зрения физики, данный процесс является свободным осаждением твердых частиц под воздействием центробежных сил.

Барабаны со сплошными стенками способны также разделять эмульсии. Компоненты эмульсии разделяются на наружный слой с высокой плотностью и внутренний слой с низкой плотностью. Из барабана разделенные по фазам жидкости удаляются раздельно. Данный процесс объединяет отстаивание и фильтрование под воздействием центробежных сил.

Центрифугирование является более эффективным способом разделения жидких систем по сравнению с отстаиванием и фильтрованием. Чем выше показатель фактора разделения, тем выше разделяющая способность центрифуги:

Ф = (ω²*r)/g

Где w- угловая скорость вращения барабана, рад/сек;
r- радиус барабана, м;
g- ускорение силы тяжести, 9.81 м/сек2.

Фактор разделения может быть повышен путем увеличения радиуса барабана и увеличением числа оборотов.

Один из основных параметров, характеризующих центрифугу, является индекс ее производительности, который вычисляется по формуле:

∑ = Ф*F, м²

Машины, предназначенные для центрифугирования, классифицируются по следующим параметрам:

  • показателю фактора разделения;
  • индексу производительности;
  • типу режима работы (периодический или непрерывный);
  • конструктивным параметрам (способ крепления вала и его расположение);
  • способу выгрузки осадка.

Методом центрифугирования проводится эффективное разделение жидких неоднородных смесей. Данный метод основан на использовании центробежной силы. Центрифугирование активно применяется в разных областях техники. Количество конструкций и типов центрифуг велико.

Основная часть центрифуги – барабан, который вращается с огромной скоростью на горизонтальном или вертикальном валу. В центрифугах разделение неоднородных смесей может проводиться по принципу фильтрования или отстаивания.

При отстаивании применяются барабаны, имеющие сплошные стенки. В процессе фильтрования применяются барабаны с отверстиями, которые покрываются фильтрующим материалом. В том случае, если стенки барабана сплошные, то под действием центробежной силы материал располагается слоями, в зависимости от удельного веса. При этом у стенок барабана находится слой материала с наибольшим удельным весом. В том случае если стенки барабана имеют отверстия и фильтрующую перегородку на внутренней поверхности барабана, то твердые частицы фильтрата остаются на фильтрующей перегородке. Жидкая же фаза проходит через поры фильтрующей перегородки и твердого осадка, а после этого удаляется из барабана.

Характеристика центрифугирования

Центрифугирование может проводиться по принципу отстаивания и фильтрации. Для этого используются сплошные или дырчатые барабаны. Данные процессы сильно отличаются друг от друга по своей физической сущности. Помимо этого, существуют отдельные виды каждого из этих процессов, отличающиеся по степени дисперсности твердой фазы, количеству и физическими свойствами самой суспензии.

Для очищения жидкости, содержащей небольшое количество загрязнений, а также для разделения суспензий, содержащих большое количество твердых веществ, используется центрифугирование в отстойных барабанах.

Процесс центрифугирования в отстойных барабанах состоит из таких физических процессов как осаждение твердых частиц и уплотнение осадка. Процесс уплотнения осадка основан на закономерности механики дисперсных сред. До тех пор, пока концентрация твердой фазы составляет до 3-4%, осаждение протекает без образования поверхности раздела между жидкостью и твердой фазой. В том случае, если концентрация твердой фазы больше чем 4%, при осаждении образуется поверхность раздела фаз. Это происходит в результате укрупнения и осаждения частиц, находящихся в жидкости.

Центрифугирование в отстойных барабанах сильно отличается от разделения в отстойниках. Скорость осаждения в отстойниках считается постоянной, так как процесс протекает в поле сил тяжести, и ускорение частиц не зависит от их положения в поле сил тяжести. Помимо этого, силовые линии центробежного поля являются непараллельными, поэтому направления действия центробежных сил будут разными для различных частиц, находящихся на разных радиусах вращения. Следовательно, нельзя распространять закономерность процессов отстаивания на процесс центрифугирования в отстойных барабанах.

Процесс центрифугирования в фильтрующих барабанах еще сложнее. Он протекает в три стадии. Сначала происходит образование осадка, потом его уплотнение, а после этого удаление жидкости, удерживаемой молекулярными и капиллярными силами в порах осадка.

Именно поэтому процесс центробежной фильтрации имеет мало общего с процессом обычной фильтрации, происходящей под воздействием силы тяжести. Только первый период процесса фильтрации очень похож на центробежную фильтрацию, но отличается от нее величиной гидравлического напора жидкости, протекающей через слой осадка благодаря действию центробежной силы. В этот период жидкость, находящаяся в осадке в свободной форме, может удалиться из осадка естественным образом. Следующий период аналогичен соответствующему периоду в отстойном центрифугировании. Последний же период характеризуется уплотнением осадка и проникновением в него воздуха. Этот процесс называется механической сушкой осадка.

В процессе перехода от первого периода к последнему уменьшается скорость удаления жидкости из осадка. При этом жидкость, удерживаемая при помощи молекулярных сил, практически не удаляется. Следовательно, второй и третий периоды центрифугирования протекают по совсем другим законам, отличающимся от процесса фильтрации.

Продолжительность периодов зависит от степени концентрации суспензий, характеристик центрифуг, а также от физических свойств суспензий. Первый период происходит при центрифугировании разбавленных суспензий при длительном подводе их в барабан. Данный период почти отсутствует или иметь небольшую продолжительность в процессе центрифугирования большинства сильно концентрированных суспензий.


Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым центрифугам.

Декантерные центрифуги
Системы центрифугирования для разделения нефти, воды и твердых включений для низкого давления

Ваши запросы на центрифуги просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86

Центральный сайт компании ENCE GmbH
Наша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ:
России
Казахстане
Украине
Туркменистане
Узбекистане
Латвии
Литве

Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH