Будова центрифуг

Центрифуги класифікують за наступними ознаками:

- за величиною фактора розділення: нормальні центрифуги (F_r<3500) і надцентрифуги (F_r>3500);

- за режимом роботи: періодичної та неперервної дії;

- за способом вивантаження осаду: з ручним, гравітаційним, інерційним, відцентровим, гідравлічним вивантаженням, вивантаженням пульсуючим поршнем, ножами, шнеком;

- за конструктивними ознаками: відстійні, фільтруючі, а також – вертикальні, нахилені і горизонтальні.

Нормальні центрифуги використовують головним чином для розділення різноманітних суспензій, за винятком суспензій з дуже малою концентрацією твердої фази, а також для видалення вологи зі штучних матеріалів. Надцентрифуги призначені для розділення емульсій і тонкодисперсних суспензій.

Нормальні центрифуги можуть бути відстійними і фільтруючими. Надцентрифуги є апаратами відстійного типу і поділяються на трубчасті надцентрифуги, які використовуються для розділення тонкодисперсних суспензій, і рідинні сепаратори, які використовуються для розділення емульсій.

Розглянемо будову та принцип дії деяких типових центрифуг.

Триколонні центрифуги відносяться до нормальних відстійних або фільтруючих центрифуг періодичної дії з ручним вивантаженням осаду. Розріз такої центрифуги фільтруючого типу показаний на рис. 5.

Вихідна суспензія через отвір у кришці кожуха 5 подається в перфорований ротор 1, внутрішня поверхня якого покрита фільтрувальною тканиною або металевою сіткою. Ротор за допомогою основи, відлитої як одне ціле з конусом 2, закріплений на верхньому кінці вала 3, який приводиться в обертовий рух від електродвигуна через клинопасову передачу. Рідка фаза суспензії проходить крізь тканину та отвори в стінці ротора і збирається в днищі 4 станини, до якого прикріплена обичайка кожуха 5, закритого зверху відкидною кришкою 6. Осад, що утворюється на стінках ротора, вивантажується (наприклад за допомогою лопатки) після зупинки та відкривання кришки кожуха.

Рис. 5. Триколонна центрифуга: 1 – ротор; 2 – конус; 3 – вал; 4 – днище; 5 – кожух; 6 – кришка; 7 – станина; 8 – тяга; 9 – колонна; 10 – гальмо; 11 – двигун; 12 – пружина

Пом'якшення вібрацій відбувається внаслідок наявності пружин 12, через які проходять тяги 8. Центрифуга має гальмо 10, яке приводиться в дію тільки після відключення електродвигуна. Фугат з кожуха відводиться через штуцер днища.

Центрифуги зі шнековим розвантаженням осаду. Центрифуги цього типу відносяться до нормальних відстійних або фільтруючих центрифуг неперервної дії з горизонтальним або вертикальним ротором.

На рис. 6 зображена горизонтальна відстійна центрифуга. Ротор 4 центрифуги

конічної форми обертається в порожнистих цапфах 1. Всередині ротора повільніше (на 1,5 – 2% менше від швидкості обертання ротора - за рахунок приводу шнека через диференціальний редуктор) обертається шнек 8 з порожнистим валом, цапфи якого розміщені всередині цапф ротора. Суспензія подається по трубі 7 і через отвори 3 поступає в простір між конічним ротором і циліндричною основою шнека.

Під дією відцентрової сили тверда фаза суспензії відкидається до стінок ротора, утворюючи шар осаду. Внаслідок різниці швидкостей обертання шнека та ротора осад шнеком повільно переміщається до отворів 2 у роторі і далі виводиться через камеру кожуха. Фугат переливається через вікна 6 ротора і виводиться з центрифуги через другу камеру кожуха. У разі необхідності осад в кінці зони відстоювання промивається водою, яка подається по трубі 7. Коли осад рухається в незаповненій суспензією частині ротора, він додатково зневоднюється (зона сушіння). Режим роботи центрифуги можна регулювати зміною подачі суспензії, ступенем відкриття зливних вікон 6, зміною кількості обертів ротора і шнека.

Рис. 6. Горизонтальна центрифуга неперервної дії зі шнековим вивантаженням осаду: 1-цапфа; 2, 3, 6 - отвори; 4- ротор; 5- кожух; 7- труба для подачі суспензії; 8- шнек; 9- циліндрична основа шнека

Центрифуги зі шнековим вивантаженням осаду характеризуються значною продуктивністю і використовуються для розділення тонкодисперсних суспензій з великою концентрацією твердої фази, а також для класифікації твердих частинок за розмірами і густиною.

До недоліків центрифуг відносять значні витрати енергії на переміщення осаду в диференційному редукторі, а також подрібнення частинок осаду.

Рідинні сепаратори. Ці апарати відносяться до відстійних надцентрифуг неперервної дії з вертикальним ротором і використовуються для розділення емульсій. Відстійні центрифуги для розділення емульсій часто називають сепараторами. У промисловості найширше використання знайшли одно- і багатокамерні, а також тарілчасті сепаратори.

На рис. 7 представлена схема тарілчастого сепаратора. Емульсія подається по центральній трубі 3 у нижню частину барабана 1, звідки через отвори в тарілках 2 розподіляється тонкими шарами між ними. Тяжча рідина відкидається відцентровою силою до периферії і виводиться через отвір I. Легша рідина переміщається до центра барабана і виводиться через кільцевий канал II.

Рис.7. Схема тарілчастого сепаратора:

1-барабан; 2-тарілки; 3-труба для

подавання емульсії; I-вихід тяжкої рідини; II-вихід легкої рідини

Рідинні сепаратори виготовляються з діаметром ротора 150-300 мм і обертаються зі швидкістю 5000-10000 об/хв.

Трубчасті надцентрифуги. В основу будови і роботи трубчастих надцентрифуг покладено збільшення відцентрової сили шляхом зменшення радіуса й одночасного збільшення швидкості обертання.

Схема будови трубчастої надцентрифуги показана на рис. 8. В кожусі 2 розміщений трубчастий барабан 1, всередині якого є радіальні лопаті 3. Лопаті запобігають відставанню рідини від стінок ротора під час його обертання. Верхня частина ротора з’єднується з конічним шпинделем 7, останній підвішений на опорі 6. Шпиндель приводиться в обертання за допомогою шківа 5. В нижній частині ротора розміщений еластичний підп’ятник 4, через який у ротор введена живильна труба.

Рис. 8. Схема будови трубчастої надцентрифуги:

1 – трубчастий барабан; 2 – кожух; 3 – радіальні лопаті; 4 – підп’ятник; 5 – шків; 6 – опора; 7 – шпиндель; 8 – отвір для виведення проясненої рідини; I – суспензія; II –прояснена рідина

Суспензія поступає в нижню частину ротора і рухається знизу догори. Тверді частинки під дією відцентрової сили осаджуються на стінці барабана, а прояснена рідина викидається через отвори 8 і видаляється з верхньої частини кожуха по трубі. Через певні проміжки часу центрифугу зупиняють і вимивають накопичений у барабані осад.

Порівняно з рідинними сепараторами трубчасті надцентрифуги мають ротор меншого діаметра (не більше 200 мм), який обертається зі значною швидкістю (до 45000 об/хв.). Це дозволяє отримати в трубчатих надцентрифугах значний фактор розділення (до 15000) і розділяти тонкодисперсні системи. Трубчасті надцентрифуги доцільно використовувати в тих випадках, коли виділений осад повинен містити мінімальну кількість рідкої фази.

Дата добавления: 2014-01-04