Устройство центрифуг

Гл. V. Разделение неоднородных систем

В трехколонной фильтрующей центрифуге с верхней выгрузкой осадка (рис. У-28) разделяемая суспензия загружается в перфорированный ро­тор 1, внутренняя поверхность которого покрыта фильтровальной тканые или металлической сеткой. Ротор при помощи конуса 2 установлен на валу 3, который приводится во вращение электродвигателем посредством клиноременной передачи. Жидкая фаза суспензии проходит сквозь ткань (или сетку) и отверстия в стенке ротора и собирается в дне станины 4, по­крытой неподвижным кожухом 5, откуда отводится для дальнейшей обра­ботки. Осадок, образовавшийся на стенках ротора, извлекается, например при помощи лопатки, после открывания крышки кожуха 6<

1 — перфорированный ротор; 2 — опорный конус; 3 — вал; 4 — дно станины; 6 — неподвижный кожух; 6 — крышка кожуха; 7 — станина; 8 — тяга; 9 — колонка;

10 ~ ручной тормоз.

Для смягчения воздействия вибраций на фундамент станина 7 с укре пленными на ней ротором, приводом и кожухом подвешена при помощі вертикальных тяг 8 с шаровыми головками на трех расположенных по; углом 120° колонках 9. Это обеспечивает некоторую свободу при вибрациі ротора. Центрифуга снабжена тормозом, который может быть приведеї в действие только после остановки электродвигателя.

Трехколонные центрифуги выполняются также с нижней вьігрузкоі осадка, что более удобно в производственных условиях.

Рассматриваемые центрифуги отличаются небольшой высотой и хоро шей устойчивостью и получили распространение для проведения дли тельного центрифугирования.

Подвесные центрифуги. Эти центрифуги также относятся к числу нор мальных отстойных или фильтрующих центрифуг периодического действш с вертикальным ротором и устройством для выгрузки осадка вручную

На рис. У-29 показана подвесная отстойная центрифуга с нижней вы грузкой осадка. Исходная суспензия подается по трубопроводу 1 в ротор ; со сплошными стенками, укрепленный на нижнем конце вала 3. Верхниі конец вала имеет коническую или шаровую опору (часто снабженную ре зиновой прокладкой) и приводится в действие непосредственно соединен ным с ним электродвигателем. Твердая фаза суспензии, поскольку ее плот ность больше плотности жидкой фазы, отбрасывается под действием центро бежной силы к стенкам ротора и осаждается на них. Жидкая фаза распола гается в виде кольцевого слоя ближе к оси ротора и по мере разделение вновь поступающих порций суспензии переливается через верхний краї ротора в пространство между ним и неподвижным кожухом 4. Жидкост) удаляется из центрифуги через штуцер 5. Для выгрузки осадка поднимаю'

219

на цепи коническую крышку 6 и проталкивают его вручную между реб- рами 7, которые служат для соединения ротора с валом.

Подвесные отстойные центрифуги предназначены для разделения тонко- дисперсных суспензий небольшой концентрации, что позволяет подавать суспензию во вращающийся ротор непрерывно до получения слоя осадка достаточной толщины.

В подвесных фильтрующих центрифугах удаление осадка из ротора облегчено и поэтому их используют для проведения коротких процессов центрифугирования.

Современные подвесные центрифуги полностью автоматизированы и имеют программное управление. Достоинством этих центрифуг является

допустимость некоторой вибрации ротора. Кроме того, в них пред- отвращается попадание на опору и привод агрессивных жидкостей.

В настоящее время подвесные центрифуги с выгрузкой осадка вручную постепенно заменяются центрифугами более совершенных конструкта.

В подвесных с а м о р а з - гружающихся центрифу-

ный

сти;

Рис. V-29. Подвесная центрифуга: Рис. V-30. Горизонтальная центрифуга

трубопровод для подачи суспензии; 2 — ротор с ножевым устройством для удаления тошными стенками; 3 — вал; 4 — неподвиж- осадка:

кожух; 5 — штуцер для удаления жидко- . . _ . _л

6 коническая крышка; 7 т-s соединительные * перфорированный ротор; 2 труба ребра. Для подачи суспензии; 3 — кожух; 4 —

штуцер для удаления фугата; 5 — нож; 6 — гидравлический цилиндр для подъема иожа; 7 — наклонный желоб; 8 — канал для удаления осадка.

гах нижняя часть ротора имеет коническую форму, причем угол нак­лона ее стенок больше угла естественного откоса получаемого осадка. При таком устройстве ротора осадок сползает с его стенок при оста­новке центрифуги.

Для предотвращения вибраций, возникающих в результате неравно­мерной загрузки ротора в подвесных центрифугах, используют кольцевой клапан, через который поступающая суспензия распределяется равно­мерно по всему периметру ротора. Для облегчения выгрузки осадка из под­весных центрифуг иногда применяются скребки, срезающие осадок со сте­нок ротора при пониженной скорости его вращения.

Горизонтальные центрифуги с ножевым устройством для удаления осадка. Центрифуги такой конструкции являются нормальными отстой­ными или фильтрующими центрифугами периодического действия с автома­тизированным управлением.

В горизонтальной фильтрующей^центрифуге с ножевым устройством (рис. V-30) операции загрузки суспензии, центрифугирования, промывки

Гл. V. Разделение неоднородных систем

механической сушки осадка и его разгрузки выполняются автоматически. Центрифуга управляется электрогидравлическим автоматом, позволяю- щим по толщине слоя осадка контролировать степень заполнения ротора.

Суспензия поступает в перфорированный ротор / по трубе 2 и равно- мерно распределяется в нем. На внутренней поверхности ротора располо- жены подкладочные сита, фильтровальная ткань и решетка, которая обес- печивает плотное прилегание сит к ротору во избежание их выпучивания, что недопустимо при ножевом съеме осадка. Ротор находится в литом кожухе 3, состоящем из нижней стационарной части и съемной крышки. Фугат удаляется из центрифуги через штуцер 4. Осадок срезается ножом 5 (который при вращении ротора поднимается при помощи гидравлического цилиндра 6), падает в направляющий наклонный желоб 7 и удаляется из

центрифуги через канал 8. Описанная центрифуга предна- значается для разделения сред- не- и грубодисперсных суспен- зий.

Центрифуги с пульсирую- щим поршнем для выгрузки осадка. Эти аппараты относятся к фильтрующим центрифугам непрерывного действия с гори- зонтальным ротором (рис. У-31). Суспензия по трубе 1 поступает-, в узкую часть конической во- ронки 2, вращающейся с такою же скоростью, как и перфори- рованный ротор 3, покрытый изнутри металлическим щеле- вым ситом 4. Суспензия пере,- мещается по внутренней поверх- ности воронки и постепенно при- обретает скорость, почти рав- ную скорости вращения ротора.

Затем суспензия отбрасывается через отверстия в воронке на внутреннюю поверхность сита в зоне перед поршнем 5. Под действием центробежной силы жидкая фаза проходит сквозь щели сита и удаляется из кожуха цен- трифуги по штуцеру 6. Твердая фаза задерживается на сите в виде осадка, который периодически перемещается к краю ротора при движении поршня вправо приблизительно на ¹/₁₀ длины ротора. Таким образом, за каждый ход поршня из ротора удаляется количество осадка, соответствующее длине хода поршня; при этом поршень совершает 10—16 ходов в 1 мин. Осадок удаляется из кожуха через канал 7.

Поршень укреплен на штоке 8, находящемся внутри полого вала 9, ко­торый соединен с электродвигателем и сообщает ротору вращательное дви­жение. Полый вал с ротором и шток с поршнем и конической воронкой вра­щаются с одинаковой скоростью. Направление возвратно-поступательного . движения поршня изменяется автоматически. На другом конце штока на­сажен перпендикулярно его оси диск 10, на противоположные поверх­ности которого в особом устройстве попеременно воздействует давление масла, создаваемое шестеренчатым насосом.

В центрифугах с устройством для промывки осадка кожух разделен на две секции, через одну из которых отводится промывная жидкость.

Описанная центрифуга применяется для обработки грубодисперсных, легкоразделяемых суспензий, особенно в тех¹ случаях, когда нежелательно повреждение частиц осадка при его выгрузке. К недостаткам ее относятся увлечение твердых частиц фу^атом в тот момент, когда суспензия попадает

Рис. У-31. Центрифуга с пульсирующим порш­нем для выгрузки осадка: .

1 — труба для поступления суспензии; 2 — кони­ческая вороика; 3 — перфорированный ротор; 4 — металлическое щелевое сито; 5 — поршень; 6 — шту­цер для удаления фугата; 7 — канал для отвода осадка; 8 — шток; 9 — полый вал; 10 — диск, пере- . мещающиЙся воэвратно-поступательио.

221

на щелевое сито непосредственно после смещения с него осадка поршнем, а так<ке значительный расход энергии поршнем.

Для обработки трудноразделяемых суспензий используются много­ступенчатые центрифуги с пульсационной выгрузкой осадка, в которых достигается лучшая промывка его и повышается четкость разделения фу- гата и промывной жидкости.

Центрифуги со шнековым устройством для удаления осадка. Центри­фуги этого типа являются нормальными отстойными или фильтрующими центрифугами непрерывного действия с горизонтальным или вертикаль­ным ротором.

Рис. У-32. Центрифуга со шнековым устройством для выгрувки осадка:

/ — наружная груба; 2,4 — отверстия для прохождения сус­пензии; 3 — внутренняя труба; 5 — конический ротор со сплошными стенками; 6 — цилиндрическое основание шнека;

7 — шнек; 8 — кожух; 9 — полые цапфы; 10 — отверстия для прохождения осадка; 11 — камера для осадка; 12 — отвер­стия для Прохождения фугата; 13 —* камера для фугата.

На рис. У-32 изображена отстойная центрифуга, в которую суспензия подается через кольцевое пространство между наружной трубой / с отвер­стиями 2 и внутренней трубой 3, предназначенной для подачи промывной жидкости. Через отверстия 4 суспензия поступает в зону между коническим ротором 5 со сплошными стенками и цилиндрическим основанием 6 шнека 7. Рогор находится в кожухе 8 и вращается в полых цапфах 9. Шне­ковое устройство вращается в цапфах, находящихся внутри цапф ротора, причем скорость зращения шнекового устройства на 1,5—2% меньше скорости вращении ротора. Под действием центробежной силы твердые частицы суспензии отбрасываются к стенкам ротора и в виде осадка; мед­ленно перемещаются (вследствие разности скоростей вращения ротора и и шнека) к отверстию 10 в роторе для выгрузки осадка, который уда­ляется через камеру 11. Образовавшаяся в результате отстаивания твер­дых частиц чистая жидкая фаза суспензии в виде фугата отводится через отверстия 12 и камеру 13.

При движении в незаполненной суспензией части ротора осадок допол­нительно уплотняется, вследствие чего содержание жидкости в нем умень­шается. Осадок может быть промыт в роторе путем подачи промывной жид­кости по трубе 3.

Режим работы центрифуги можно регулировать, изменяя продолжи­тельность операций отстаивания и уплотнения путем изменения степени открытия отверстий или числа оборотов ротора и шнека.

Центрифуги с выгрузкой осадка шнеком характеризуются высокой производительностью и применяются для разделения тонкодисперсных суспензий с большой концентрацией твердой фазы, а также для классифи­кации твердых частиц по размеру или плотности. Недостатками таких цен­трифуг являются высокий расход энергии на перемещение осадка и замет­ное его измельчение.

Гл. V. Разделение неоднородных систем

Центрифуги с инерционной выгрузкой осадка. Эти центрифуги пред- ставляют собой нормальные фильтрующие центрифуги непрерывного дей- ствия с вертикальным коническим ротором.

Суспензия, содержащая крупнозернистый материал, например уголь, руду, песок, поступает в центрифугу сверху через воронку 1 (рис. У-ЗЗ). Под действием центробежной силы суспензия отбрасывается к коническому ротору 2 с перфорированными стенками. При этом жидкая фаза суспензии проходит сквозь отверстия ротора и удаляется из центрифуги по каналу 3, а твердые частицы, размер которых должен быть больше размера отвер- стий, задерживаются внутри ротора. Образовавшийся таким образом слой твердых частиц, угол трения которого меньше, чем угол наклона стенок ротора, перемещается к его нижнему краю и отводится из центрифуги по каналу 4. С целью увеличения продолжительности периода, в течение ко- торого жидкость отделяется от твердых частиц, движение их тормозится

шнеком 5, вращающимся медленнее ротора.

Необходимая разность скоростей вращения рото і и шнека достигается при помощи зуб« того редуктора.

Рис. У-ЗЗ. Центрифуга с инерционной выгруз- Рис. У-34. Жидкостный се-

кой осадка: паратор тарельчатого типа:

1 >— воронка для поступления суспензии; 2 — ротор; * труба для подачи эмуль-

3 — канал для удаления жидкой фазы; 4 — канал сии; 2 — тарелки; 3 — отвер-

для удаления твердых частиц; 5 *— шнек. ^с™^е А^ля о^твода более тяже-

лой жидкости; 4 — кольцевой канал для отвода более лег­кой жидкости; 5 — ребра.

Центрифуги с инерционной выгрузкой осадка применяются для раз­деления суспензий крупнозернистых материалов.

Центрифуги с вибрационной выгрузкой осадка. Центрифуги такой конструкции представляют собой нормальные фильтрующие центрифуги непрерывного действия с вертикальным или горизонтальным коническим ротором.

Недостатком описанной выше центрифуги с инерционной выгрузкой осадка является невозможность регулирования скорости движения осадка вдоль стенок ротора. Этот недостаток устранен в центрифугах с вибрацион­ной выгрузкой осадка, принцип действия которых состоит в следующем.

Центрифуга имеет конический ротор с углом наклона стенок, меньшим угла трения осадка по стенке. Поэтому движение осадка вдоль стенок от узкого конца ротора к широкому под действием центробежной силы оказы­вается невозможным. В данном случае для перемещения осадка в роторе используются осевые вибрации, которые создаются механическим, гидрав­лическим или электромагнитным устройством. При этом интенсивность вибраций определяет скорость перемещения осадка в роторе, что позволяет, н частности, обеспечить необходимую степень обезвоживания осадка.

Жидкостные сепараторы. Эти аппараты являются отстойными сверх­центрифугами непрерывного действия с вертикальным ротором.

В соответствии с уравнением (У,63) центробежная сила возрастает пропорционально радиусу и квадрату числа оборотов ротора. Напряжение

ю

Рис. У-35. Схема устрой- ства трубчатой сверхцент­рифуги:

1 — кожух; 2 — ротор; 3 — радиальные лопасти; 4 — шпиндель; 5 — опора; 6 — шкив; 7 — подпятник; 8 — труба для подачи суспен­зии; 9 — отверстия; 10 —. труба для отвода осветлен­ной жидкости.

Гл. V. Разделение неоднородных систем

с коническим шпинделем 4, который подвешен на опоре 5 и приводится во вращение при помощи шкива 6. В нижней части ротора расположен эла­стичный направляющий подпятник 7, через который проходит труба 8 для подачи суспензии. При движении суспензии в роторе вверх, на стенках его оседают твердые частицы, причем осветленная жидкость отводится через отверстия 9 в трубу 10. По истечении определенного времени сверхцентри­фугу останавливают и удаляют осадок, накопившийся в роторе.

Для разделения эмульсий применяют сверхцентрифуги, отличающиеся более сложным устройством верхней части ротора, что позволяет раздельно отводить расслоившиеся жидкости.