Отстаивание

Отст а ивание, медленное расслоение жидкой дисперсной системы (суспензии, эмульсии, пены) на составляющие её фазы: дисперсионную среду и диспергированное вещество (дисперсную фазу), происходящее под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы дисперсной фазы оседают или всплывают, скапливаясь соответственно у дна сосуда или у поверхности жидкости. (Если отстаивание сочетается с декантацией, то имеет место отмучивание.) Концентрированный слой из отдельных капелек у поверхности, возникший при отстаивании, называют сливками. Частицы суспензии или капли эмульсии, скопившиеся у дна, образуют осадок. Накопление осадка или сливок определяется закономерностями седиментации (оседания). Отстаивание высокодисперсных систем часто сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции. Структура осадка зависит от физических характеристик дисперсной системы и условий отстаивания. Он бывает плотным при отстаивании грубодисперсных систем. Полидисперсные суспензии тонко измельченных лиофильных продуктов дают рыхлые гелеобразные осадки (см. Гели).

Отстаивание— распространённый способ очистки жидкостей от грубодисперсных механических примесей (см. Отстойники). Его используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии. Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов. Отстаивание применяется также для выделения диспергированных в жидких средах различных продуктов промышленного производства или природного происхождения.

Лит.: Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, 8 изд., М., 1971, с. 185; Плановский А. Н., Николаев П. И., Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, 2 изд., М., 1972, с. 49, 370.

Источник

Отстаивание

Отстаивание применяют для выделения из производственных сточных вод нерастворимых и частично коллоидных загрязнений органического и минерального происхождения с целью предупреждения выпадения их в городских сетях канализации и закупорки сечения труб. Отстойники устраиваются на предприятиях обработки продуктов животного происхождения (для улавливания мездры и очень мелких волокон из сточных вод после обработки кож, меха и шерсти, на клееварных заводах, суконных и валяльных фабриках). Нефтеловушки и жироловки устанавливают на предприятиях, где применяют масла и жиры для ‘смазывания пряжи и волокон перед их сплетением или ткачеством с последующей очисткой органическими растворителями (бензином, уайт-спиритом и т. д.); например, при изготовлении тканей из стекловолокна.

Химические методы обработки производственных сточных вод применяются с целью усреднения состава или понижения агрессивности их перед сбросом в уличный коллектор. К таким методам относятся: коагулирование, нейтрализация, регенерация и др.

Сущность процесса коагулирования состоит в добавлении к сточной воде реагента, способствующего быстрому выделению из нее мелких взвешенных и эмульгированных веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Реагенты добавляют перед направлением сточной воды в отстойник, где они осаждаются вместе со взвесями.

В качестве коагулянтов применяют известь СаО, сернокислый глинозем Al2(S04b, смесь этих реагентов и др.

Таким способом обрабатывают сточные воды, содержащие очень мелкие взвеси, например, красильные и отбельные воды предприятий текстильной и легкой отраслей промышленности, банно-прачечные и др.

Нейтрализация производственных сточных вод происходит при их химическом взаимодействии с веществами, придающими воде нейтральную реакцию (рН = 7).

Существует несколько способов нейтрализации — непосредственное смешивание кислых и щелочных стоков, добавление реагента в пропорциях, необходимых для нейтрализации, и фильтрация загрязненных вод через нейтрализующие материалы. При небольшой кислотности производственных сточных вод можно использовать для их нейтрализации активную щелочность городских сточных вод.

Источник

Основные виды отстаивания

Частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воде, в процессе отстаивания и осветления оседают на дно сооружения. При этом выпадают в осадок те из них, которые находятся в сыром стоке и которые образуются вследствие применения химических реагентов, добавляемых искусственно (коагуляция, удаление железа, химическая очистка), или в результате физической флокуляции, связанной с биологической очисткой городских сточных вод.

Статическое отстаивание

Этот вид отстаивания представляет собой периодический процесс, когда вода остается в сооружении в состоянии покоя в течение нескольких часов, после чего ее спускают до уровня верхней границы слоя выпавшего осадка. Этот способ отстаивания применяют на временных сооружениях, но в промышленном масштабе всегда отдают предпочтение отстаиванию при непрерывном поступлении жидкости, так как при этом не требуется постоянное ручное управление.

Отстойники и осветлители бывают прямоугольной или круглой формы в плане. Чтобы обеспечить выпадение осадка, восходящая скорость воды в отстойнике должна быть меньше скорости падения частиц. Обычно это зависит от плотности и размеров частиц.

В небольших отстойниках стенки днища расположены под углом 45—60°, что позволяет непрерывно или периодически удалять осадок с самой нижней отметки сооружения. В больших отстойниках с целью ограничения их высоты угол наклона стенок днища принимают минимальным, осадок с помощью скребкового механизма собирается в приямок, откуда легко удаляется.

Для осадка, получаемого при первичном отстаивании в процессе обработки городских сточных вод, уклон стенок днища должен быть больше, чем при обработке питьевых вод, а потому целесообразнее использовать отстойники со скребковым механизмом.

Желательна регулярная эксплуатация статических отстойников. Колебания расхода воды вызывают вихревые потоки, которые поднимают осадок к поверхности. Кроме того, разность температур сточной воды, поступающей в отстойник и находящейся в нем, даже не столь значительная, все же создает конвективные течения, которые также поднимают осадок к поверхности. Необходимо также тщательно продумать распределение поступающей воды и отвод осветленной, чтобы исключить возможность возникновения каких-либо местных течений и обеспечить равномерное распределение поступающей воды по всей зоне отстаивания при условии сохранения нейтральной зоны для аккумуляции осадка.

При изучении распределения потоков, формирующихся в отстойнике, поступающую в сооружение воду подкрашивают. Краситель не должен быстро диффундировать в воде, поэтому рекомендуется использовать родамин B (в концентрации 1 г/л). Одного литра такого раствора достаточно для обследования осветлителя объемом 60 м3.

При коагуляционной обработке воды химическими реагентами перед осветлителем необходимо предусмотреть флокулятор, рассчитанный на «диффузное осаждение», при котором концентрация взвешенных веществ определяется как сумма взвешенных веществ сырой сточной воды и введенных реагентов.

Применение отстаивания в тонком слое. В статическом отстойнике максимальная восходящая скорость потока не зависит от глубины отстойника. Это позволило оборудовать существующие отстойники полочными блоками, каждый из которых представляет собой отстойник с ограниченной глубиной. При этой глубине может быть увеличена нагрузка на единицу площади отстойника.

Осветление в условиях контакта с осадком

Флокуляция может быть улучшена в результате увеличения концентрации хлопьев или введения рециркуляции осадка, значительно ускоряющей осветление.

В биологической очистке сточных вод резервуары, в которых происходит отделение очищенной воды от активного ила, называются вторичными отстойниками. Они должны обеспечить наибольшую скорость рециркуляции или с тем, чтобы ил оставался в сооружении как можно меньший период времени перед возвращением в аэротенк. Во вторичных отстойниках для удаления ила применяют скребковые устройства, которые все чаще уступают место илососам или комбинациям этих устройств.

При очистке питьевых вод и в промышленном водоснабжении процессы флокуляции и осветления могут быть совмещены в одном сооружении: в «Циркуляторе» с циркуляцией осадка или «Пульсаторе» — осветлителе со взвешенным слоем, содержащим высокую концентрацию взвешенных веществ. В этих сооружениях полностью процесс осветления завершается в результате контакта воды и плотного осадка. Скорость движения потока воды вверх может быть увеличена до 1,5—6 м/ч в зависимости от типа осветлителя. Таким образом может быть получена осветленная вода хорошего и постоянного качества независимо от степени мутности исходной воды и характера обработки.

Уплотнение избыточного осадка происходит в специальной камере или иловом приямке, откуда он удаляется автоматически.

При образовании большого количества осадка необходимо использовать отстойник с камерой флокуляции и скребковым механизмом.

В системах отстаивания, в которых осветление происходит во взвешенном слое, улучшается хлопьеобразование и эффективнее используются добавляемые в воду реагенты, вследствие повышения концентрации в пределах взвешенного слоя осадка. При этом ускоряется адсорбция растворенных веществ на хлопьях ила. При очистке воды с добавлением активного порошкообразного угля во взвешенный слой осадка можно добиться тех же результатов, но при этом значительно снизить дозу угля. Экономия активного угля может превышать 40%.

Применение тонкослойного отстаивания в осветлителях со взвешенным слоем осадка

В осветлителях с рециркуляцией осадка («Циркуляторах» и «Акселаторах») или со взвешенным слоем осадка (в «Пульсаторах») применение полочных блоков позволяет улучшить качество осветленной воды при той же восходящей скорости, вследствие улавливания частиц осадка, выносимых из взвешенного слоя. И наоборот, при одинаковом качестве осветленной воды использование этого оборудования дает возможность значительно увеличить пропускную способность сооружения.

Если в слое взвешенного осадка установить блоки с наклонными полками, то процесс осаждения ускоряется. Ил осаждается на нижнюю полку и сползает вниз в зону накопления осадка. В то же самое время вода без взвеси собирается под верхней полкой и быстро движется вверх. Это явление можно наблюдать в лабораторных условиях, если отстаиваемый осадок поместить в два мерных цилиндра. В левом цилиндре 1 расположенном вертикально, происходит обычное осаждение слоя взвешенного осадка. В правом цилиндре 2, расположенном под углом 60° к горизонтальной плоскости, осветление воды происходит в результате оседания слоя взвешенного осадка и отстаивания в трубчатых элементах, расположенных в этом слое, что вызывает значительное увеличение скорости отстаивания. Из графика видно, что осадок в вертикальном цилиндре будет занимать объем 125 мл через 6 мин с начала отстаивания, а в цилиндре, расположенном наклонно, через 2,5 мин. Как показал опыт, осветление воды достигается в результате одновременного оседания слоя взвешенного осадка и отстаивания в тонком слое воды. При этом скорость осаждения может быть очень высокая (20 м/ч); она зависит от природы воды и типа взвешенных веществ.

Сверхускоренное осветление

Совмещение процессов отстаивания в контакте с осадком и в тонком слое при введении наклонных полочных блоков во взвешенный слой осадка («Суперпульсатор») позволяет увеличить скорость отстаивания в 2—3 раза по сравнению с обычным ускоренным отстаиванием в контакте с осадком.

Конвективные течения: любой процесс осветления может быть серьезно нарушен, если плотность воды не остается постоянной, что вызывается изменением температуры воды и степени ее минерализации. При изменении температуры воды, поступающей в отстойник, на 1 °С в час может быть значительно уменьшена производительность осветлителя. Изменение минерализации воды на 1 г/л в час дает тот же эффект.

При проведении строительных работ практически всегда требуется специальная техника. Аренда спецтехники в Костроме доступная по ссылке.

Источник

Отстаивание и осаждение

ОТСТАИВАНИЕ И ОСАЖДЕНИЕ

3.1. ОТСТАИВАНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ

Отстаивание — это частный случай разделения неоднородных жидких или газообразных систем в результате выделения твердых или жидких частиц под действием гравитационной силы. Применяют отстаивание при грубом разделении суспензий, эмульсий и пылей. Этот способ разделения характеризуется низкой скоростью процесса. Отстаиванием не удается полностью разделить неоднородную смесь на дисперсную и дисперсионную фазы. Однако простое аппаратурное оформление процесса и низкие энергетические затраты определили широкое применение этого метода разделения в пищевой и смежных отраслях промышленности.

Отстаивание проводят в аппаратах различных конструкций, называемых отстойниками.

При отстаивании должны соблюдаться следующие условия: продолжительность пребывания разделяемого потока в аппарате должна быть равна или больше времени осаждения частиц; линейная скорость потока должна быть меньше скорости осаждения. При нарушении первого условия частицы не успевают выделиться и осесть в аппарате, при нарушении второго возникающие вихревые потоки взмучивают и уносят осаждающиеся частицы из отстойника.

Рассмотрим работу отстойника (рис. 3.1). В прямоугольный отстойник с размерами камеры l, h, b поступает на разделение неоднородная смесь с линейной скоростью v. При движении суспензии в отстойнике происходит отстаивание: твердые частицы оседают на дно, образуя слой осадка.

Отстойники рассчитывают на отстаивание самых мелких частиц.

Установим связь между производительностью отстойника и его размерами.

Рис.3.1. К расчёту производительности отстойника

где Vτ — секундная производительность отстойника, м3/с; τ0 — средняя продолжительность отстаивания частиц, с. Последняя связана со средней скоростью отстаивания частиц vo соотношением τo=h/v0.

Удельная производительность отстойника

(3.1)

т. е. она равна произведению площади отстаивания () на скорость отстаивания. Скорость отстаивания определяется в зависимости от режима по формуле (2.13).

Продолжительность отстаивания можно сократить, если уменьшить высоту слоя жидкости (путь отстаивания). Это условие реализовано в конструкциях многоярусных отстойников в тарельчатых сепараторах.

Если задана производительность отстойника, то из уравнения (3.1) можно определить площадь поверхности отстаивания

или (3.2)

где: — производительность отстойника, равная кг/с; — плотность продукта, кг/м3,

или с учетом уравнения (2.1)

. (3.3)

Эффективность работы отстойника может быть увеличена посредством уменьшения пути отстаивания частиц, т. е. высоты слоя жидкости h. Это условие реализовано в многоярусных отстойниках.

3.2. ОСАЖДЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ

С целью интенсификации разделения пылей, суспензий и эмульсий процесс осаждения проводят под действием центробежной силы.

Для создания поля центробежных сил используют два технических приема: поток жидкости или газа вращается в неподвижном аппарате; поток поступает во вращающийся аппарат и вращается вместе с ним. В первом случае процесс называется циклонным, а аппарат — циклоном, во втором — отстойным центрифугированием, а аппарат — отстойной центрифугой или сепаратором.

Во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует центробежная сила, под действием которой частица движется от центра к стенке аппарата со скоростью, равной скорости осаждения. Центробежная сила

(3.4)

где: m – масса частицы, кг; — окружная скорость вращения, м/с; r – радиус вращения, м.

Сравним эффективность разделения под действием силы тяжести и центробежной силы. В гравитационных отстойниках на частицу действует сила тяжести

(3.5)

Из сопоставления уравнений (3.4) и (3.5) получим

Gn/GT=.

Таким образом, центробежная сила больше силы тяжести в Кц раз. Величина Kц=/(gr) носит название фактора разделения.

Эффективность разделения в поле центробежных сил повышается с увеличением частоты вращения ротора центрифуги и уменьшением его диаметра. Выразив окружную скорость вращения через частоту вращения, получим

Фактор разделения является важной характеристикой центрифуги, определяющей ее разделяющую способность.

Расчет скорости осаждения в поле центробежных сил производится по соотношениям (2.13) и (2.10). (2.12) при подстановке в них вместо критерия Аrм, модифицированного критерия Аrм, равного КцАr.

При ламинарном движении скорость центробежного осаждения частицы определяется из уравнения Стокса:

(3.6)

Продолжительность осаждения найдем из выражения

(3.7)

Подставив vц из (3.6) в (3.7) и проведя интегрирование, получим уравнение для определения продолжительности осаждения частиц под действием центробежной силы при ламинарном движении

Процесс разделения суспензий в отстойных центрифугах складывается из стадий осаждения твердых частиц на стенках барабана и уплотнения осадка.

Производительность осадительных центрифуг на практике ниже, чем полученная расчетным путем, так как, во-первых, производительность центрифуг снижается из-за отставания скорости вращения частиц жидкости от скорости вращения ротора центрифуги; во-вторых, из-за неравномерного течения жидкости вдоль ротора осадившиеся частицы смываются с его стенок; в-третьих, образующиеся вихревые потоки взмучивают частицы.

Коэффициент эффективности отстойных центрифуг учитывает снижение действительной производительности по сравнению с расчетной μ=Qд/Qτ, где Qд — действительная производительность; Qτ — расчетная производительность.

Коэффициент эффективности для каждой конкретной конструкции центрифуг определяется опытным путем.

3.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТСТАИВАНИЯ И ОСАЖДЕНИЯ

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

Отстойники бывают периодического, непрерывного и полунепрерывного 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 штуцера, расположенные выше слоя осадка. Осевший осадок (шлам) выгружают вручную.

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

В отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками (рис. 3.2) суспензия подается через штуцер и направляется с помощью наклонных перегородок попеременно сверху вниз и снизу вверх. Устройство перегородок увеличивает продолжительность пребывания суспензии и площадь поверхности отстаивания. Шлам собирается в конических бункерах и по мере накопления удаляется из них через краны.

Рис. 3.2. Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками:

1 — корпус; 2 — наклонные перегородки; 3 — бункера

Осветленная жидкость отводится из отстойника через верхний штуцер.

Наибольшее распространение в промышленности получили отстойники непрерывного действия

Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой (рис. 3.3) 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. 3.3. 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 ее извлечение необходимо по технологическим условиям, производится в установке для противоточной промывки. В таких отстойниках достигаются равномерная плотность осадка, эффективное его обезвоживание. Недостатком гребковых отстойников является их громоздкость.

В многоярусных отстойниках, которые представляют собой несколько отстойников, поставленных один на другой, или цилиндрический резервуар с коническим днищем, внутри которого имеются конические перегородки, разделяющие отстойники на ярусы (рис. 3.4). В результате этого значительно снизилась громоздкость и увеличилась площадь поверхности отстаивания. Такие отстойники используют 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 отстойника. 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 по шламу. Шлам удаляется только из нижнего яруса через разгрузочный конус, в котором установлен скребок.

Рис. 3.4. Многоярусный отстойник:

Отстойник для непрерывного разделения эмульсий (рис. 3.5) состоит из нескольких частей. Эмульсия подается в левую часть отстойника, откуда поступает в среднюю сепарационную камеру. Перегородки 2 позволяют регулировать высоту уровня смеси. В сепарационной части исходная смесь разде­ляется 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. Каналы для выхода жидкости образуют сообщающиеся между собой сосуды.

Рис. 3.5. Отстойник для непрерывного разделения эмульсий:

1 — корпус; 2 — левая перегородка; 3 — правая перегородка

Центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением вала и барабана, периодического действия (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).

Отстойная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка (рис. 3.6) состоит из барабана, насаженного на вращающийся вал и помещенного в корпус. Под действием 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 из центрифуги.

Рис. 3.6. Отстойная центрифуга:

1 — вал; 2 — барабан; 3 — корпус

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

Рис. 3.7. Автоматическая отстойная центрифуга:

1 — гидравлический цилиндр; 2 — барабан; 3 — нож; 4 — желоб; 5 — штуцер для удаления фугата; 6 — труба для суспензии

Последовательность и продолжительность отдельных стадий полного цикла центрифугирования регулируются электрогидравлическим автоматом, который состоит из масляного насоса, редуктора и гидравлических цилиндров, управляемых сервомотором.

Описанная центрифуга предназначена для разделения грубых и средних суспензий.

Непрерывнодействующие отстойные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка (НОГШ) применяют в крахмало-паточном производстве для получения концентрированного крахмального осадка и в других производствах.

Центрифуга (рис. 3.8) состоит из ротора и внутреннего шнекового устройства, заключенных в корпус. Суспензия подается через центральную трубу в полый вал шнека. На выходе из этой трубы внутри шнека суспензия под действием центробежной силы распределяется в полости ротора.

Рис. 3.8. Непрерывно действующая отстойная горизонтальная центрифуга со шнековой выгрузкой осадка:

1 — корпус; 2 — ротор; 3 — шнековое устройство; 4 — полый вал; 5 — центральная труба; 6 — камера осадка; 7— патрубок для фильтрата

Ротор вращается в кожухе в полых цапфах. Шнек вращается в цапфах, находящихся внутри цапф ротора. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам ротора, а жидкость образует внутреннее кольцо, толщина которого определяется положением сливных отверстий на торце ротора. Образовавшийся осадок перемещается вследствие отставания скорости вращения шнека от скорости вращения ротора к отверстиям в роторе, через которые он 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.

Путем 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.

Производительность отстойных центрифуг определяется скоростью осаждения, фактором разделения и площадью поверхности осаждения в роторе центрифуги и описывается формулой

где: — коэффициент пропорциональности; — площадь поверхности зеркала суспензии в барабане, м2 (здесь Ro — внутренний радиус кольцевого слоя суспензии, м2; L — длина барабана, м); vц=voКц — скорость центробежного осаждения, м/с (здесь vo — скорость гравитационного осаждения, м/с; Кц — фактор разделения).

Из последнего уравнения получено выражение для расчета производительности (в м3/ч) отстойных центрифуг с ножевым съемом осадка

(3.8)

где: k – отношение продолжительности подачи суспензии к общему времени работы центрифуги.

Производительность (в м3/ч) центрифуги НОГШ по суспензии

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

Тарельчатый дрожжевой сепаратор с внутренними соплами (рис. 3.9) состоит из барабана и пакета тарелок, заключенных в корпус, который смонтирован на общей раме с электродвигателем.

Рис. 3.9. 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

Вал с насажденными на него тарелками приводится во вращение электродвигателем через ременную передачу. Сепаратор снабжен клапанами для его безразборной промывки. Клапаны автоматически открываются при снижении частоты вращения за счет накопления осадка.

Вход суспензии в сепаратор осуществляется по внешней кольцевой трубе (рис. 3.9,б). Суспензия поступает под нижнюю перфорированную тарелку, достигает под действием центробежной силы нижней поверхности тарелки, частично разделяется и поступает в межтарельчатое пространство вышерасположенной тарелки.

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 выводится по периферийной трубе.

В саморазгружающийся сепаратор (рис. 3.10), который предназначен для разделения суспензий, содержащих более 1% твердых частиц, суспензия подается в барабан сверху через центральную впускную трубку и распределяется по периферии с помощью распределительного 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 остановки сепаратора. Выгрузка осадка достигается за счет того, что внутреннее дно барабана может свободно перемещаться по вертикали. Во время сепарирования дно под действием 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.

Рис. 3.10. Схема работы тарелок саморазгружающегося сепаратора

Повышение и понижение гидравлического давления осуществляются посредством «импульсов» рабочей жидкости, подаваемой снаружи в систему, приводящую в действие барабан. Эти импульсы и последующие выгрузки твердых частиц (известны под названием «выстрелов») регулируются устройством для выгрузки, приводимым в действие датчиком времени или самозащелкивающимся устройством, срабатывающим, как только твердые частицы достигают определенного уровня в пространстве, где они удерживаются.

Выгрузка твердых частиц может быть частичной, полной или комбинированной.

Сопловые сепараторы с непрерывным удалением осадка применяют для разделения суспензий, содержащих от 6 до 30 % твердых частиц. Центробежная сила, развиваемая в таких сепараторах, в 6000. 9000 раз больше силы тяжести. Производительность достигает 150 м3/ч.

Сепараторы высокопроизводительны, компактны, герметичны, изготовляются из антикоррозийных материалов, просты в обслуживании (сборка, разборка и периодическая промывка сепараторов производятся с помощью специальных устройств и моющих машин), не требуют значительных затрат ручного труда, могут работать по заданной программе. Недостаток аппаратов — высокая стоимость.

Производительность молочного сепаратора (в м3/ч) можно определить по формуле

Vτ= 221,4,

Разновидностью соплового сепаратора является бактофуга (рис. 3.11), которая представляет собой герметичный высокоскоростной сопловой сепаратор, выполненный в виде осветлителя и снабженный рубашкой для охлаждения, а также циклоном для деаэрации концентрата.

Рис. 3.11. Схема бактофуги:

1 — вход технологической жидкости через полый вал; 2 — выход концентрата через сопла; 3 — штуцер для выхода деаэрированного концентрата из циклона; 4 — поток циркулирующего воздуха в циклоне; 5 — штуцер для выхода осветленной жидкости из бактофуги

Преимущества бактофуги — высокий фактор разделения (это позволяет разделять суспензии, содержащие очень мелкие частицы, такие, как бактерии), непрерывная выгрузка концентрата твердых частиц, не содержащего воздуха; герметичный вход технологической жидкости и выход осветленной жидкости; охлаждение во время сепарирования, наличие устройства для предотвращения утечки загрязненного воздуха.

В бактофуге сепарирование происходит также в барабане с набором конических тарелок. Для непрерывной выгрузки осадка предусмотрены два расположенных по периферии сопла 2. Технологическая жидкость в условиях герметичности подается снизу в полый вал 1 и под действием центробежной силы распределяется по тарелкам. Тяжелая фаза непрерывно разгружается через сопла вместе с небольшим количеством жидкой фазы. Основная часть осветленной жидкости в условиях герметичности выходит через штуцер 5. Влажный концентрат, выходящий из сопл, собирается в крышке центрифуги, а затем поступает в циклон, где деаэрируется. Концентрат выгружается из циклона через штуцер 3, а загрязненный воздух циркулирует через циклон и крышку барабана циклона.

Такие бактофуги применяют при очистке молока от находящихся в нем бактерий (до 99%), в фармацевтической промышленности для извлечения осажденных белков (таких, как гамма-глобулин) и различных ферментов.

Гидроциклоны применяют для осветления, обогащения суспензий, классификации твердых частиц по размерам от 5 до 150 мкм, а также для очистки сточных вод после мойки пищевых агрегатов.

Корпус гидроциклона (рис. 3.12) состоит из верхней цилиндрической части и конического днища. 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 и, следовательно, увеличиваются время пребывания частиц и качество разделения.

Рис. 3.12. Гидроциклон:

1 — тангенциальный штуцер; 2 — патрубок; 3 – перегородка; 4 – цилиндрический корпус; 5 — коническое днище; 6 — штуцер для выхода шлама

Суспензия подается тангенциально в цилиндрическую часть и приобретает вращательное движение. Скорость суспензии на входе в гидроциклон составляет 5. 25 м/с. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона 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 патрубки 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 100 мм, для сгущения и осветления тонких суспензий — гидроциклоны диаметром 10мм, обычно объединяемые в общий агрегат, в котором они работают параллельно (мультигидроциклон).

Производительность гидроциклонов (в м3/ч) может быть рассчитана по уравнению

где: dсл— диаметр сливного патрубка, м; D — диаметр цилиндрической части, м; р — перепад давления в гидроциклоне. Н/м2.

Рис. 3.13. Сверхцентрифуга

1 — корпус; 2 — ротор; 3 — лопасть; 4 — подпятник; 5 — труба; 6 — отверстие для выхода осветленной жидкости; 7 — шпиндель; 8 — опора; 9 — шкив

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 гидроциклоны, сепараторы и сверх­центрифуги?

Источник