Практическая работа 8

 

РАЗБОР ЧЕРТЕЖЕЙ АППАРАТОВ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ

 

Цель: сформировать представление о принципах работы гидромеханических машин

 

План

1  Отстойник,

2 Гидроциклон,

3 Центрифуга непрерывного действия,

4 Тарельчатый сепаратор

5 Песочный фильтр,

6 Патронный фильтр,

7 Барабанный вакуум-фильтр,

8 Подвесная саморазгружающаяся центрифуга,

9 Центрифуга с пульсирующим поршнем

 

1 Отстойник

Рассмотрим одноярусный отстойник непрерывного действия (рис. 3.28). Суспензия по трубе 1 подается в центральную» часть аппарата, осветленная жидкость выводится через кольцевой же­лоб 2, осадок собирается в нижней части аппарата.

bbb1.png

 

Скребок 3 (ча­стота вращения 0,02...0,5 об/мин) непрерывно перемещает оса­док по дну к разгрузочному штуцеру 4. Недостатком отстойников является высокое содержание влаги в осадке (более 60 %).

 

2 Гидроциклон

Рассмотрим принцип работы гидроциклона. Разделяемая сус­пензия под давлением около 250 кПа подводится к цилиндричес­кой части корпуса через питающий патрубок 1 тангенциально и под углом около 4° к горизонту.

При вращении суспензии под действием центробежной силы в гидроциклоне образуются два вращающихся потока — внешний и внутренний. Более крупные и плотные частицы отбрасываются к стенкам устройства и с обра­зовавшимся внешним потоком по конической части спускаются к нижнему патрубку 3, через который отводятся в виде сгущенной суспензии.

bbb2.png

 

Осветленная жидкость с тонкодисперсными частица­ми выводится через сливной патрубок 2, расположенный в верх­ней части устройства. По мере приближения к оси гидроциклона возрастает окружная скорость, а вместе с ней и центробежная сила, отбрасывающая жидкость к периферии, в результате чего в центре устройства образуется воздушный канал. По этому верти­кальному каналу и направляется снизу вверх внутренний поток, выводящий из гидроциклона осветленную жидкость.

Эффективность разделения в гидроциклоне увеличивается с уменьшением его радиуса и с увеличением окружной скорости вращения в нем суспензии.

3 Центрифуга непрерывного действия отстойная горизонтальная шнековая (НОГШ). Непрерывно действующая отстойная горизон­тальная шнековая центрифуга (НОГШ) с механизированной вы­грузкой осадка (рис. 3.30) применяется в крахмало-паточном про­изводстве.

bbb3.png
Центрифуга НОГШ состоит из двух барабанов, вращающихся с различной окружной скоростью в корпусе 1. Цилиндрический барабан 2 имеет окна 3 для суспензии и шнек 4, перемещающий осадок по внутренней поверхности конического барабана 5. Раз­деляемая суспензия по трубе 6 вводится внутрь цилиндрического барабана и через окна 3 поступают во внутреннюю полость кони­ческого барабана 5. Под действием центробежной силы осадок от­брасывается к стенкам конического барабана и шнеком, вращаю­щимся с меньшей частотой, перемещается к разгрузочным окнам 8, а осветленная жидкость отводится через окна 7. Перегородка 9 препятствует смешению полученных фракций.

4 Тарельчатый сепаратор. Рассмотрим работу тарельчатого сепа­ратора (рис. 3.31) на примере молочного сепаратора с диаметром барабана 150...300 мм, который вращается со скоростью 5 000... 10000 об/мин.

Молоко по неподвижной трубе 1 подается в центральную трубу 8, откуда поступает в пакет конических тарелок 5. Тарелки мо лочных сепараторов имеют три отверстия через 120°, а на их внутренней поверхности имеются шипы (лапки) высотой около 0,4 мм. Пакет конических тарелок 5 устанавливается на тарелко- держателе 4 так, что отверстия образуют три вертикальных кана­ла, доходящих до распределительной тарелки б, в которой от­верстий нет

bbb4.png

Наличие шипов обеспечивает образование между тарелками зазоров.

Молоко по вертикальным каналам подымается вверх и распре­деляется в зазорах между тарелками. Под действием центробеж­ной силы обезжиренное молоко (тяжелый компонент) отбрасы­вается к периферии, а сливки (легкий компонент) вытесняются к оси барабана. Обезжиренное молоко проходит над тарелкой б и отводится через отверстие в регулировочном винте 3, а сливки проходят под тарелкой б, отводятся по каналу 2 и удаляются из барабана через отверстие в регулировочном винте 7.

5 Песочный фильтр. Песочный фильтр (рис. 3.34) применяют для фильтрования воды, водок и других жидкостей с незначительным содержанием твердых и хлопьевидных примесей, образующих оса­док, который не представляет ценности.

В цилиндрическом корпусе / песочного фильтра между метал­лическими сетками 2 и 4 находятся два слоя песка (крупного вверху и мелкого внизу), разделенных тканевой прокладкой 3. Ткань по­мещают также на нижнюю сетку, чтобы песок не попадал в фильт­рат, и на верхнюю сетку для предотвращения быстрого загрязне­ния песка. Фильтрование проводят под давлением около 0,05 МПа. По мере загрязнения песка его промывают водой, подаваемой снизу вверх.

 

bbb5.png

6 Патронный фильтр. Патронные фильтры (рис. 3.35) применя­ют в производстве безалкогольных напитков для освобождения воды от взвешенных частиц и микроорганизмов, очистки сахар­ных и других растворов, а также газов.

Элементы такого фильтра изготовляют в виде патрона из по­ристой керамики, прессованного диатомита или стальных перфорированных трубок, на поверхность которых навивается нержаве­ющая проволока так, чтобы между ее витками образовался зазор около 0,1 мм, через который и происходит фильтрование после предварительного намыва слоя диатомита на поверхность патрона.

Патроны 2 закрепляют в отверстиях решетки 3, установленной в корпусе 1. Разделяемая жидкость под давлением 0,2...0,4 МПа подается в боковую часть корпуса, фильтруется через стенки пат­ронов внутрь их, а затем фильтрат выливается в верхнюю камеру 4 фильтра и отводится за его пределы.

Для фильтрования тонких суспензий и газов представляют ин­терес металлокерамические фильтры, патроны которых диамет­ром около 60 мм, длиной 700 мм и толщиной до 3 мм получают спеканием стальных, титановых или медных гранул размером от 60 мкм до 0,5 мм. Пористость стенок патронов достигает 40 % при размере пор около 6 мкм. Задерживающая способность такого фильтра составляет около 99 %. Регенерируют патронные фильт­ры обычно сжатым воздухом.

 

 

7 Барабанный вакуум-фильтр. Полый барабан 1 (рис. 3.36) с от­верстиями на боковой поверхности, покрытый металлической сеткой и фильтровальной тканью, вращается в корыте 3 с не­большой скоростью (0,1 ...2,6 об/мин). Корыто заполнено суспен­зией, в которую погружено 0,3...0,4 поверхности барабана. Бара­бан разделен радиальными перегородками на ячейки, каждая из которых через каналы 7 в полой цапфе вала сообщается с распре­делительной головкой 6, прижатой к торцовой поверхности цап­фы. Распределительная головка служит для последовательного со­единения ячеек барабана с линиями вакуума и сжатого воздуха. Погруженные в суспензию ячейки барабана сообщаются с ваку­умной линией. Под действием разности давлений снаружи и внут­ри барабана осадок откладывается на его поверхности, а фильт­рат отсасывается внутрь барабана и удаляется через распредели­тельную головку.

bbb6.png

Поверхность ячеек барабана, на которой откладывается оса­док, называется зоной фильтрования I. Когда соответствующие ячейки барабана выходят из суспензии, осадок подсушивается при разрежении (зона просушки II). Затем осадок промывается во­дой, подаваемой через трубки 5, причем промывная вода отсасы­вается, как и фильтрат, через распределительную головку. Вслед за промывкой в этой же зоне (зона промывки и просушки III) осадок сушится воздухом, который пропускается через слой осадка. После этого ячейки соединяются через распределительную го­ловку с линией сжатого воздуха (зона отдувки IV). Воздух не толь­ко сушит, но и разрыхляет осадок, благодаря чему облегчается его последующее удаление.

При подходе ячеек с просушенным осадком к ножу 2 прекра­щается подача сжатого воздуха и осадок падает с поверхности ткани под действием силы тяжести. Нож служит в основном на­правляющей плоскостью для слоя осадка, отделяющегося от тка­ни. При дальнейшем вращении барабана ткань, освобожденная от осадка, очищается путем продувки воздухом. Вслед за этим весь цикл операций, соответствующий одному обороту барабана, по­вторяется снова.

Таким образом, на каждом участке поверхности фильтра все операции — фильтрование, промывка, просушка, съем осадка и очистка ткани — производятся последовательно одна за другой, но участки работают независимо друг от друга и поэтому все опе­рации на фильтре проводятся одновременно, т.е. процесс проте­кает непрерывно.

 

8 Подвесная саморазгружающаяся центрифуга. Внутренняя поверхность перфорированного барабана 1 покрыта подкладоч­ной сеткой, а затем фильтрующим ситом (рис. 3.38). Нижняя часть барабана имеет коническую форму, благодаря чему, при торможении осадок выгружается под действием силы тяжести. Своей нижней частью барабан крепится к валу 3 с помощью розетки 2, имеющей ребра и ступицы. Зазоры между ребрами, служащие для выгрузки осадка, перед загрузкой барабана закрывают свободно насаженным на вал конусом 4, который перед разгрузкой осадка поднимают. Установленная на верхней части конуса тарелка 5 слу­жит для равномерного распределения суспензии по рабочей по­верхности вращающегося барабана. Вал подвешен на шарикопод­шипниковой опоре 7 и соединен муфтой с валом электродвигате­ля 8, имеющего две частоты: 300 и 1000 об/мин. Кожух 6 центри­фуги крепится к станине.

Суспензию загружают на распределительную тарелку при вра­щении барабана с частотой 300 об/мин; после этого электродви­гатель переключают на 1 000 об/мин и производят фильтрацию.

bbb7.png

При вращении барабана суспензия центробежной силой отбра­сывается к стенкам, твердая фаза задерживается на фильтрующем сите, а жидкость проходит через слой осадка, сито и отверстия в барабане и из кольцевого пространства между барабаном и корпу­сом отводится за пределы центрифуги. К концу выделения основ­ной части жидкости осадок промывают горячей водой или паром. После промывки осадок подсушивают, затем, подняв конус, элек­тродвигатель переключают на 300 об/мин, и в результате резкого торможения осадок выгружается. Общая продолжительность цикла составляет 3,5...6 мин и зависит от качества суспензии.

9 Центрифуга с пульсирующим поршнем. В непрерывно действу­ющей центрифуге с пульсирующим поршнем (рис. 3.39) враща­ющийся ротор состоит из трех фильтрующих барабанов 1, 2 и 3 со ступенчатым расположением, позволяющим при последователь­ном перемещении смеси проводить фильтрование на первой сту­пени, промывку осадка на второй и просушку его на третьей.

bbb8.png

 

Каж­дый барабан имеет щелевидные сита и заканчивается кольцевым бортом, предназначенным для передвижения осадка по фильтру­ющей поверхности смежного барабана. Барабаны 1 и 3 жестко свя­заны с полым валом 7 и вращаются вместе с ним, а барабан 2 и диск 8 соединены с поршнем 6. Вращаясь вместе с диском и ба­рабаном, поршень совершает возвратно-поступательное движе­ние за счет давления масла, подаваемого насосом попеременно в правую и левую полости цилиндра 5. Масса непрерывно подает­ся в центрифугу по трубе 4 и центробежной силой отбрасывается на фильтрующую поверхность барабана 1. Вследствие пульсации поршня 6, диска 8 и барабана 2, осадок сдвигается вдоль ступен­чатых поверхностей и сходит с последнего барабана.

Контрольные вопросы

1 Что влияет на производительность отстойника?

2 Чем циклонный процесс осаждения отличается от центрифугирования?

3 В каких целях применяют песочный фильтр?

4 Из чего изготавливают патронный фильтр?

5 Преимущества барабанного вакуум-фильтра?