10. Трубчаті надцентрифуги

У порівнянні з рідинними сепараторами трубчаті центрифуги мають ротор меншого діаметра (не більше 200 мм), що обертається з більшою швидкістю (кількість обертів досягає 45000 у хвилину). Це дозволяє отримувати у трубчатих надцентрифугах високий фактор розділення (який досягає 15000) і розділяти в них досить тонкодисперсні системи, наприклад освітлювати лаки. Для того щоб покращити умови розділення таких систем, висота трубчатих центрифуг повинна в декілька разів перевищувати їх діаметр. Внаслідок цього шлях рідини в роторі довшає. Трубчаті надцентрифуги доцільно застосовувати в тих випадках, коли виділений осад повинен містити мінімальну кількість рідкої фази. Низька кінцева вологість осаду досягається завдяки тому, що він значно ущільнюється при високих значеннях фактора розділення.

У трубчатих надцентрифугах зручно обробляти рідини, робота з якими потребує герметизації обладнання, а також здійснювати процес при практично постійній температурі (підвищеній чи пониженій), оскільки поверхня теплопередачі в них невелика. Трубчаті надцентрифуги широко застосовуються для розділення суспензій з незначним вмістом твердої фази, а також для розділення емульсій.

Схема пристрою трубчатої надцентрифуги показана на рис. V-35.

Рис. V-35. Схема будови трубчатої надцентрифуги: 1 – кожух, 2 – ротор, 3 – радіальні лопаті, 4 – шпиндель, 5 – опора, 6 – шків, 7 – підп’ятник, 8 – труба для подання суспензії, 9 – отвори, 10 – труба для відведення освітленої рідини

У кожусі 1 розміщений ротор 2 з глухими стінками, всередині якого є радіальні лопаті 3, які перешкоджають відставанню рідини від стінок ротора під час його обертання. Верхня частина ротора жорстко з’єднана з конічним шпинделем 4, який підвішений на опорі 5 і приводиться в обертання за допомогою шківа 6. У нижній частині ротора розміщений еластичний направляючий підп’ятник 7, через який проходить труба 8 для подачі суспензії. Під час руху суспензії в роторі вверх на стінках його осідають тверді частинки, причому освітлена рідина відводиться через отвір 9 в трубу 10. Після встановленого часу надцентрифугу зупиняють і видаляють осад, який зібрався в роторі.

Для розділення емульсій застосовують надцентрифуги, які відрізняються більш складною будовою верхньої частини ротора, що дозволяє роздільно відводити розшаровані рідини.

11. Гідроциклони

Розділення рідких неоднорідних систем під дією відцентрових сил можна здійснити не тільки в центрифугах, але і в апаратах, що не мають обертових частин – гідроциклонах. Корпус гідроциклона (рис. V-37) складається з верхньої короткої циліндричної частини 1 і подовженого конічного днища 2. Суспензія подається тангенційно через штуцер 3 в циліндричну частину 1 корпуса і отримує інтенсивний обертовий рух. Під дією відцентрових сил найбільш великі тверді частинки переміщуються до стінок апарата і концентруються у внутрішніх шарах обертаючого потоку. Потім вони рухаються по спіральній траєкторії вздовж стінок гідроциклона вниз до штуцера 4, через який відводяться у вигляді згущеної суспензії (шламу). Більша частина рідини з дрібними твердими частинками (освітлена рідина), що містяться в ній рухається у внутрішньому спіральному потоці вверх вздовж осі апарата. Освітлена рідина, чи злив, видаляється через патрубок 5, закріплений на перегородці 6, і штуцер 7. У дійсності картина руху потоків у гідроциклоні складніша описаної, оскільки в апараті виникають також радіальні і замкнені циркуляційні струми.

Рис. V-37. Гідроциклон:

1 – циліндрична частина корпуса, 2 – конічне днище, 3 – штуцер для подачі суспензії, 4 – штуцер для виводу шламу, 5 – патрубок, 6 – перегородка, 7 – штуцер для виведення зливу

Внаслідок значних окружних швидкостей потоку вздовж осі гідроциклона утворюється повітряний стовп, тиск у якому нижчий атмосферного. Повітряне ядро обмежує з внутрішньої сторони потік піднімаючих частинок і має значний вплив на розділяючу дію гідроциклонів.

Гідроциклони широко застосовуються для освітлення чи збагачення суспензій (згущення шламів), а також для класифікації (розділення матеріалів на фракції за розмірами зерен) твердих частинок діаметром від 5 до 150 мкм.

Чим менше діаметр гідроциклона, тим більші розвиваючі в ньому відцентрові сили і, відповідно, тим менший розмір виділяючих частинок. Застосовуючі в якості класифікаторів гідроциклони мають діаметр 300-350 мм і висоту 1-1,2 м. Для згущення суспензій успішно застосовуються гідроциклони діаметром 100 мм і менше. Для згущення і освітлення тонких суспензій застосовують гідроциклони діаметром 10-15 мм. Зазвичай гідроциклони малого діаметру об’єднують у загальний агрегат, в якому вони працюють паралельно – мультигідроциклони. Будова мультигідроциклонів аналогічна будові батарейних циклонів для очищення запилених газів. Хороше розділення суспензій, особливо в процесі згущення і освітлення, досягається у випадку, коли гідроциклони мають подовжену форму з кутом конусності 15 і навіть 10. При такій формі корпуса подовжується шлях твердих частинок, збільшується час перебування в апараті і, таким чином, підвищується ефективність розділення.

Переваги гідроциклонів: висока продуктивність, відсутність в них рухаючихся частин, компактність, простота і легкість обслуговування, відносно невелика вартість, а також широка зона застосування (згущення, освітлення і класифікація). Крім цього, в гідроциклонах може бути досягнута більш тонка сепарація з більшою щільністю зливу і без укрупнення (флокуляції) дрібних частинок.

Проте в гідроциклонах відбувається порівняно швидке зношення окремих частин, особливо корпуса. Для зменшення спрацювання гідроциклони часто виготовляють зі змінною футеровкою зі зносостійких матеріалів (резини, спеціальної кераміки, пластмас, металевих металів та ін.).

Л-ра: Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973. - С. 212-227