ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТСТАИВАНИЯ И ОСАЖДЕНИЯЦель работы: Изучение конструкции и принципа работы оборудования для отстаивания и осаждения неоднородных сред. Порядок выполнения работы: 1. Внимательно отучить конструкции и принцип работы машин и оборудования для отстаивания и осаждения неоднородных сред. 2. Подготовить краткое описание принципа работы изучаемого оборудования. 3. Ответить на контрольные вопросы.
Основное содержание работы Оборудование для отстаивания и осаждения но принципу действия делится на гравитационные отстойники, отстойные центрифуги, гидроциклон 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 отстаиваемую суспензию подогревают (если это не противоречит технологии). В отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками (рис. 1) 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. Осветленная жидкость отводится из отстойника через верхний штуцер. Наибольшее распространение в промышленности получили отстойники непрерывного действия. Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой (рис. 2) 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. 1 Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками: 1 — корпус; 2 — наклонные перегородки; З — бункера
Рис. 2 Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой: 1 — кольцевой желоб; 2 — мешалка; З — гребок; 4—люк; 5 — коническое днище; б— 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), значительно снижена громоздкость и увеличена площадь поверхности отстаивании. Такие отстойники используются на сахарных заводах для сгущения сатурационных соков. Отстойник для непрерывного разделения эмульсий (рис. 4) 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 происходит разделение исходной смеси 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 Многоярусный отстойник: 1 —- распределительное устройство; 2— трубы; 3—стакан; 4 гребковая мешалка; 5 — разгрузочный конус; б— скребок; 7— коллектор; 8 — рама
Рис. 4 Отстойник для 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).
Рис. 5 Отстойник центрифуга: 1 — вал; 2—барабан; З — корпус Отстойная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка (рис. 5) 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 центрифугу. Процесс в отстойной центрифуге состоит из разделения (осаждения) суспензии и отжима или уплотнения осадка. Непрерывнодействующие отстойные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка (НОГШ) применяются в крахмало-паточном производстве для получения концентрированного крахмального осадка и в других производствах. Центрифуга (рис. 6) состоит из ротора и внутреннего шнекового устройства, заключенных в корпус. Суспензия подается через центральную трубу в полый вал шнека. На выходе из этойl трубы внутри шнека суспензия под действием центробежной силы распределяется в полости ротора. 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 отверстии на торце ротора. Образовавшийся осадок переметается вследствие отставания скорости вращения шнека от скорости вращения ротора к отверстиям в роторе, через которые он выводится в камеру 6 и удаляется из центрифуги.
Рис.6 Непрерывнодействующая отстойная горизонтальная центрифуга со шнековой выгрузкой осадка: выгрузкой осадка: 1 корпус; 2 — ротор; З — шнековое устройство; 4 —. полый вал; 5 — центральная труба; б — камера осадка; 7— патрубок для фильтрата 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. За счет 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 (в м3 /ч) центрифуги НОГШ по суспензии V=3, 5D2L(pm-pж)d2n2/m, где D, L - соответственно диаметр и длина сливного цилиндра, м; рm рж - плотность соответственно частиц и среды, кг/м3; d — наименьший диаметр частиц, м; n - частота вращения ротора, мин-1; m - динамический коэффициент вязкости, Па-с. Сепараторы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий: обеспечивают эффективное отделение дрожжей от сброженной бражки, тонкое осветление виноматериалов, обезжиривание молока и др. Тарельчатый дрожжевой сепаратор с внутренними соплами (рис. 7) состоит из барабана и пакета тарелок, заключенных в корпус, который смонтирован на общей раме с электродвигателем. Вал с насаженными 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. 7, 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. Гидроциклоны применяются для осветления, обогащения суспензий, классификации твердых частиц по размерам от 5 до 150 мкм, а также для очистки сточных вод после мойки пищевых агрегатов.
Рис. 8 Гидроциклон
1 тангенциальный Штуцер: 2 патрубок; З — перегородка; 4 цилиндрический корпус; 5 — коническое днище; б — штуцер для выхода шлама Корпус гидроциклона (рис. 8) 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, следовательно, увеличиваются время пребывания частиц и качество разделения. 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.
Рис. 7 Дрожжевой сепаратор: а — общий вид; б—схема работы тарелок: 1 — корпус; 2 — внутреннее сопло; З — привод; 4 — рама; 5 — сменная втулка рабочего вала; б — регулируемая напорная труба; 7 — клапан системы безразборной мойки; 8 — пакет тарелок 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 10—15 мм, обычно объединяемые в общий агрегат, в котором они работают параллельно (мультигидроциклон). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие типы оборудования применяют для разделения неоднородных сред отстаиванием и осаждением? 2. Как работают отстойники периодического, полунепрерывного и непрерывного действия при разделении суспензий? 3. Как происходит разделение эмульсий в отстойниках непрерывного действия? 4. В чем заключается принцип работы отстойных центрифуг? 5. Поясните принцип работы центрифуги НОГШ. От чего зависит ее производительность? 6. Как работает дрожжевой сепаратор? 7. В чем заключается принцип работы гидроциклона? ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ Цель работы: Изучение конструкции и принципа работы оборудования для фильтрования неоднородных сред. Порядок выполнения работы: 1. Внимательно изучить конструкции и принцип роботы машин и оборудования для фильтрования неоднородных сред. 2. Подготовить краткое описание принципа работы изучаемого оборудования. 3. Ответить на контрольные вопросы. Основное содержание работы По принципу действия фильтровальное оборудование делится на оборудование, работающее при постоянном перепаде давления либо при постоянной скорости фильтрования; по способу создания перепала давления на фильтровальной перегородке — на работающее под вакуумом либо под избыточным давлением; в зависимости от организации процесса — на оборудование непрерывного и периодического действия. Избыточное давление может создаваться силами давления или центробежной силой. В зависимости от способа создания переда давления фильтровальное оборудование может быть разделено на фильтры и центрифуги. Фильтры, используемые для разделения суспензии, работают как под вакуумом, так и пол избыточным давлением, периодически и непрерывно. К фильтрам, работающим под давлением, предъявляются повышенные требования к механической прочности. Они изготавливаются по нормам Госгоркотлонадзора для сосудов, работающих под давлением. В фильтрах периодического действия осадок у даляетсяпосле прекращения процесса фильтрования, в фильтрах непрерывного действии — по мере необходимости без остановки процесса. При разработке новых видов фильтровального оборудования следует ориентироваться на создание компактных аппаратов с развитой фильтровальной поверхностью, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки технологического процесса. Нутч-фильтр (рис.1), работающий как под вакуумом, так и под избыточнымдавлением, широко распространен в малотоннажных производствах. Выгрузка из него осадка механизирована. Для сброса осадка фильтр снабжен перемешивающим устройством в виде однолопастной мешалки. Для удаления осадка из фильтра на цилиндрической части корпуса предусмотрен люк.
Рис. 1 Нутч-фильтр с перемешивающим устройством: 1 привод; 2 — корпус фильтра; З мешалка; 4 спускной кран; 5 — фильтровальная перегородка; б — фильтровальная ткань Суспензия и сжатый воздух подаются через раздельные штуцера, фильтрат удаляется через штуцер 4. Фильтр снабжен предохранительным клапаном. Цикл работы фильтра состоит из заполнения его суспензией, фильтрования суспензии под давлением, удаления осадка с фильтровальной перегородки при вращающейся мешалке и регенерации фильтровальной перегородки. В таких фильтрах может проводиться одновременно промывка осадка. Для фильтрования суспензии применяются фильтровальные перегородки из картона, бельтинга и синтетических волокон. Преимуществами фильтровальных перегородок из синтетических волокон являются высокая механическая прочность, термическая и химическая стойкость. Из синтетических волокон изготавливаются фильтровальные перегородки с постепенно изменяющейся плотностью, что обеспечивает глубинное фильтрование суспензий, содержащих малое количество твердой фазы. Меняющаяся по глубине плотность фильтровального материала позволяет захватывать частицы по всей глубине фильтра. При этом крупные частицы: задерживаются в наружных, а мелкие — в глубинных слояхфильтра. Селективное фильтрование обеспечивает высокую скорость фильтруемой среды, предотвращает закупоривание поверхностных пор и продлевает срок службы фильтров. Рамный фильтр-пресс (рис. 2) используется для осветления виноматериалов, вина, молока, пива. Фильтрующий блок состоит из чередующихся рам и плит с зажатой между ними фильтровальной тканью или картоном. Рамы и плиты зажимаются в направляющих 6 зажимным винтом 7. Фильтр монтируется на металлической станине.
Рис. 2 Рамный фильтр-пресс: 1 — упорная плита; 2—рама; 3—плита; 4— фильтровальная перегородка; 5—подвижная плита; б — горизонтальная направляющая; 7— винт; 8 — станина; 9 — желоб Каждая рама и плита (рис. 3) имеют каналы для ввода суспензии и промывной жидкости. На поверхности плит с обеих сторон расположены сборные каналы 4, ограниченные сверху дренажными каналами, а снизу отводным каналом.
Рис. 3 Рама (а) и плита (б) фильтр-пресс: 1, 2— каналы для ввода суспензии и промывной жидкости; 3—дренажный канал; 4—сборный канал; 5 — отводной канал При фильтровании (рис. 4а) суспензия под давлением подается через каналы врамах и плитах и распределяется по всем рамам. Фильтрат стекает по дренажным и сборным каналам в плитах и удаляется через отводные каналы. При промывке осадка (рис. 4б) промывная жидкость под давлением вводится через соответствующие каналы, распределяется по рамам и проходит обратным током через фильтровальную перегородку, промывает осадок, а затем удаляется из фильтра через отводные каналы. При промывке отводные каналы всех нечетных плит блока должны быть закрыты.
Рис. 4 Схема работы рамного фильтр-пресса: а — фильтрование; б — промывка осадка; 1 — рама; 2—плита Основным недостатком рамных фильтр-прессов является трудоемкость выгрузки осадка и замены фильтровальном перегородки. Для выгрузки осадка необходимы разборка вручную фильтровального блока и промывка плит и рам. Фильтр-пресс автоматизированный камерный с механизированной выгрузкой осадка (ФПАКМ) используется для разделения тонкодисперсных суспензий концентрацией 10—500 кг/м3 при температурах до 80°С. Является фильтром периодическою действия. Он состоит из ряда прямоугольных фильтров (рис. 5), расположенных вплотную один под другим, благодаря чему возрастает удельная площадь поверхности фильтрования по отношению к площади занимаемой фильтром.
Рис. 5 Фильтр-пресс с горизонтальными камерами (ФПАКМ): 1—нижняя плита; 2—верхняя плита; 3—пространство для суспензии и осадка; 4— перфорированный лист; 5 — пространство для фильтрата; 6— эластичная диафрагма; 7, 9, 12—-каналы; 8—кол- лектор для суспензии; 10 — коллектор для отвода фильтрата; 11 — пространство для воды; 13 — фильтровальная ткань В положении Ав камеру из коллектора 8последовательно поступают суспензия на разделение, жидкость для промывки и сжатый воздух для подсушки осадка. Фильтрат, промывная жидкость и воздух отводятся по каналам 12 в коллектор 10. В пространстве 11 по каналам 9 полается вода мод давлением, которая с помощью водонепроницаемой диафрагмы 6 отжимает осадок (положение Б).Затем плиты раздвигаются и осадок удаляется из фильтра через образовавшиеся щели (положение В). Барабанные вакуум-фильтры применяются для непрерывного разделения суспензий концентрацией 50—500 кг/м3. Твердые частицы могут иметь кристаллическую, волокнистую, аморфную, коллоидальную структуру. Производительность фильтра зависит от структуры твердых частиц и снижается в указанной выше последовательности.
Рис. 6 Барабанный вакуум-фильтр с распределительной головкой: 1 — перфорированный барабан; 2 — фильтровальная ткань; З — ножевое устройство; 4 — секция; 5 — корыто; б — мешалка; 7— труба; 8 — разбрызгиватель; 9 — распределительная головка Барабанные вакуум-фильтры (рис. 6) выпускаются с внешней и внутренней фильтрующей поверхностью, которая обтягивается текстильной фильтровальной тканью. Вращающийся горизонтальный перфорированный барабан разделен перегородками на несколько секций одинаковой формы, которые за оборот барабана проходят несколько рабочих зон: фильтрования, обезвоживания, промывки, удаления осадка и регенерации фильтровальной ткани. Устройством, управляющим работой фильтра, является распределительная головка, через которую секции барабана в определенной последовательности подсоединяются к магистралям вакуума, сжатого воздуха и промывной жидкости. В стадии фильтрования зонафильтра под фильтрующей тканью соединяется с вакуумом и фильтрат, находящийся в корыте, проходит через фильтровальную ткань. Осадок откладывается на ее поверхности. Промытый и подсушенный осадок непрерывно срезается ножом. Чтобы взвешенные частицы не отстаивались, корыто снабжено качающейся мешалкой. Ленточный фильтр (рис. 7) состоит из рамы, приводного и натяжного барабанов, между которыми натянута бесконечная перфорированная резиновая лента. Под ней расположены вакуум-камеры, соединенные в нижней части с коллекторами для отвода фильтрата и промывной жидкости. За счет вакуума лента прижимается к верхней части вакуум-камер. К резиновой ленте натяжными роликами 7 прижимается фильтровальная ткань, выполненная также в виде бесконечной ленты. Суспензия подается на фильтровальную ткань из лотка 5. Фильтрат под вакуумом отсасывается в камеры и отводится через коллектор в сборник. Промывная жидкость подается через форсунки 2 на образовавшийся осадок и отсасывается в камеры, из которых через коллектор 9 отводится и сборник. Но приводном барабане фильтрующая ткань отделяется от резиновой ленты и огибает направляющий ролик. При этом осадок соскальзывает с фильтровальной ткани и падает в сборник осадка. При прохождении фильтровальной ткани между роликами 7 она промывается, просушивается и очищается.
1 — приводной барабан; 2 — форсунка; З — вакуум-камера; 4 — резиновая лента; 5 — поток; б — Натяжной барабан; 7— натяжные ролики; 8— коллектор для отвода фильтрата; 9— коллектор для отвода промывной жидкости; 10— сборник осадка; 11 — фильтровальная ткань Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия разделяются по расположению вала на вертикальные и горизонтальные, по способу выгрузки осадка — на центрифуги с ручной, гравитационной, пульсирующей и центробежной выгрузкой осадка. Главным отличием фильтрующих центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный барабан, обтянутый фильтровальной тканью. В фильтрующей центрифуге периодического действия (рис. 8) суспензия загружается в барабан сверху. После загрузки суспензии барабан приводится во вращение. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается к внутренней стенке барабана. Жидкая дисперсионная фаза проходит через фильтровальную перегородку, а осадок осаждается на ней. Фильтрат по сливному патрубку направляется в сборник. Осадок после окончания цикла фильтрования выгружается вручную через крышку 3.
Рис. 8 Фильтрующая центрифуга периодичного действия: 1 — станина; 2 — перфорированный барабан; З — крышка; 4— кожух; 5 — ступица; б — подшипник; 7—электродвигатель; 8— шкив с ременной передачей; 9—дренажная сетка; 10— фильтрующая ткань В саморазгружающихся центрифугах (рис. 9) осадок удаляется под действием гравитационной силы. Такие центрифуги выполняются с вертикальным валом, на котором располагается перфорированный барабан.
Рис. 9 Центрифуга с гравитационной выгрузкой осадка: 1 — вал; 2—барабан; З— распределительный диск; 4—упорная втулка Суспензия подается на загрузочный диск при вращении барабана с низкой частотой. Нижняя часть барабана имеет коническую форму, причем угол наклона делается большим, чем угол естественного откоса осадка. После окончания цикла фильтрования и остановки барабана осадок под действием гравитационной силы сползает со стенок барабана и удаляется из центрифуги через нижний ток. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие неоднородные системы разделяют фильтрованием? 2. Какое оборудование применяется для разделения неоднородных систем методом фильтрования? 3. Какие конструкции фильтров используются в пищевой промышленности? 4. В чем заключается принцип работы Нутч-фильтра? 5. Как работают рамные фильтр-прессы? 6. Поясните принцип работы барабанного вакуум-фильтра. 7. Поясните принцип работы ленточного вакуум-фильтра. 8. Какие конструкции фильтрующих центрифуг применяются в пищевой промышленности? 9. В чем заключается принцип работы фильтрующих центрифуг периодического действия и с гравитационной выгрузкой осадка? 10. Дайте сравнительную оценку эффективности фильтрования и фильтрах и фильтрующих центрифугах?
|
