Центрифуги

Центрифуги предназначены для разделения утфеля на межкристальный раствор и кристаллы сахара с помощью центробежной силы. В первоначальной конструкции центрифуг предусматривалась загрузка утфеля сверху и выгрузка сахарозы сверху. Предшественником современных центрифуг являлась центрифуга фирмы Weston, в ней загрузка осуществлялась сверху, а выгрузка сахара снизу. Скорость вращения 750 об/мин, диаметр ротора 42 дюйма.

В настоящее время в сахарной промышленности используются автоматизированные центрифуги периодического действия для утфеля первого продукта и непрерывного для всех остальных утфелей. Поиски в разработке конструкции центрифуг ведутся по следующим направлениям:

1. увеличение ёмкости ротора центрифуги;

2. совершенствование привода центрифуги;

3. поиск новых конструкций центрифуг непрерывного действия.

Современные центрифуги выпускаются с ёмкостью ротора 1000, 1200, 1500, 1800 и 2000 кг. Полнота отделения межкристального раствора зависит от величины развиваемой центрифугой центробежной силы. На величину этой силы влияет окружная скорость вращения ротора.

, (1)

где n – число оборотов, об/мин.

Центростремительное ускорение:

, (2)

где m – масса тела;

G – вес;

g – ускорение свободного падения.

Подставив (1) в (2) получим:

.

G=1 кг: - фактор разделения – число, показывающее во сколько раз центробежное ускорение развиваемое центрифугой больше ускорения силы тяжести. Центробежное ускорение развиваемое центрифугой прямо пропорционально радиусу ротора, величине загрузки и квадрату числа оборотов.

Классификация центрифуг:

1. периодического и непрерывного действия;

2. по характеру технологического процесса: фильтрующие и осадительные;

3. по величине фактора разделения: нормальные (менее 3500), суперцентрифуги (более 3500);

4. по способу выгрузки сахара: ручные, инерционные, нравитационные, шнековые и ножевые;

5. по числу оборотов: тихоходные (менее 1000 об/мин) и быстроходные (более 1000 об/мин);

6. по расположению оси вращения: горизонтальные и вертикальные.

ФПН

П ринципиально каждая центрифуга состоит из:

1 – электродвигателя постоянного или переменного тока;

2 – узла подшипников и эластичной муфты, соединяющей вал электродвигателя с валом ротора;

3 – инсталяции (каркаса) из балок и швеллеров;

4 – вала ротора;

5 – ротора, стенки которого перфорированные и имеют отверстия в шахматном порядке диаметром от 5 до 8 мм (для современных центрифуг ротор выпускается из титанового сплава, и ежегодно проводится его статическая и динамическая балансировка);

6 – кожуха, в который помещается ротор;

7 – механизма среза сахара;

8 – форсунок для подачи и разбрызгивания горячей воды при пробеливание сахара;

9 – датчика уровня загрузки утфеля;

10 – подкладочные и фильтрующие сита. Подкладочное сито изготавливается плетёным из нержавеющей проволоки с размером отверстий 4×4 или 5×5 мм. Оно необходимо для лучшего отвода (отхода) межкристального раствора. Поверх подкладочного сита укладывается латунное или бронзовое фильтрующее сито с круглыми или щелевидными отверстиями (ширина 0,35 мм).

11 – распределительной тарелки;

12 – обратного конуса. Применяется только в центрифугах первого продукта и служит для предотвращения попадания капель межкристального раствора с загрузочного лотка на белый сахар.

13 – сегрегатор для разделения первого и второго оттёков;

14 – пульт управления.

Разница между чистотой белой и зелёной паток должна быть равной 8 ед.

Эксплуатация центрифуг

Современные автоматические центрифуги имеют приблизительно следующий цикл работы:

1. пуск центрифуги в работу, набор 230 об/мин, продолжительность 30 с;

2. разгон до 1500 об/мин, продолжительность – 50-60 с;

3. центрифугирование и пробеливание, 70 с;

4. торможение, остановка и пуск в обратную сторону до 70-100 об/мин, 50 с;

т.е. общий цикл работы около 3,5 мин. Длительность полного цикла центрифуги второго продукта и аффинационной около 9 мин, а последнего продукта около 16 мин.

Длительность всех этих операций задаётся оператором или технологом с помощью реле времени, установленных на пульте управления, часть установлены в шкафах управления, там же установлены и контакторы. Двигатель центрифуги может быть переменного тока – пятиступенчатый или постоянного тока. Применение постоянного тока предпочтительнее, оно позволяет с помощью реостата плавно менять число оборотов. Обе системы двигателей при торможении работают в режиме генератора, т.е. выдают электроэнергию в сеть.

Одним из основных требований предъявляемым к центрифугам является чёткое разделение отёков по чистоте. Эту операцию в настоящее время выполняют специальные устройства – сегрегаторы, переводящие в сборники или белый или зелёный оттёк. Для проведения нормального технологического процесса в продуктовом отделении разница между частотами этих оттёков должна быть 7-8 единиц. Однако на стенках кожуха или на днище кожуха остаётся большое количество высоко вязкого или зелёного, или белого оттёка, что приводит к их частичному смешиванию. Для того, чтобы свести это явление к минимуму в пространство между кожухом и ротором подаётся пар. Нижнее же днище кожуха выполняется с уклоном в сторону удаления оттёков и делается двойным, в пространство между которыми подаётся пар. На центрифугах рекомендуется работать с закрытыми крышками.

В настоящее время ведутся поиски и разработаны специальные датчики, микропроцессоры, позволяющие чётко улавливать полноту зелёного оттёка, подавать воду на пробеливание и переводить сегрегатор из одного положения в другое.

Ненормальности в работе:

1. получение сахара повышенной цветности. Причины:

   • мелкий кристалл;

   • высокая вязкость межкристального раствора (холодный утфель, высокое содержание СВ в межкристальном растворе утфеля);

   • отсутствие, недостаток или низкая температура воды, идущей на пробеливание;

   • форсунки не перекрывают слоя сахара по высоте барабана;

   • загрязнены, забиты сита;

   • недостаточное число оборотов;

   • недостаточное время центрифугирования.

В случае высокого содержания СВ в межкристальном растворе необходимо провести два мероприятия:

1. водная раскачка в последнем кристаллизаторе, однако, этот способ вызывает растворение большого количества кристаллов;

2. подогрев утфеля в последнем кристаллизаторе, но он также неэффективен из-за небольшой поверхности нагрева.

Поэтому целесообразно проводить раскачку и подогрев в утфелераспределителе, оборудовав его развитой, вращающейся поверхностью теплообмена.

µ_min при температуре насыщения.

По последним данным, лучше подогревать утфель токами СВЧ. В этом случае кристалл, поскольку он – диэлектрик, не нагревается, т.е. не растворяется, а межкристальный раствор, в котором имеется вода, амплитуда колебаний молекул которой соизмерима с длинной волны СВЧ, приобретает мощное колебательное движение и быстро разогревается. Вязкость при перегреве на 10 º снижается ещё в два раза.

Влияние количества воды на качество сахарозы

µ

µ_min

t, ºC

Смысл графика: существует оптимум количества воды, подаваемой на пробеливание, при котором можно получить наилучшую цветность сахарозы. Этот оптимум колеблется от 17 до 21 л на одну загрузку центрифуги. Дальнейшее количество добавляемой воды приводит только к растворению кристалла, не оказывая ни какого действия на снижение цветности.

2. наиболее часто при центрифугировании утфеля последнего наблюдается явление мелассования – образование плёнки мелассы на внешней поверхности слоя сахара в центрифуге. Причина – неравномерный кристалл. При разгоне мелкие кристаллы забивают пространство между крупными и препятствуют отводу мелассы. Крупные кристаллы продолжают слипаться. В этом случае необходимо растворить водой мелкие кристаллы, сделать деревянным веслом (лопатой) надрезы в слое сахара и принять меры по улучшению качества утфеля.

3. бой ротора центрифуги. Причины:

   • плохая балансировка ротора в ремонтный период;

   • попадание в центрифугу первых порций переохлаждённого утфеля;

   • неравномерная работа форсунок;

   • порваны фильтрующие сита;

   • неравномерная выгрузка сахара их центрифуги в разных местах ротора.

Ремонт центрифуг.

В ремонтный период центрифуга полностью разбирается, снимается электродвигатель, соединительные муфты, подшипники, тормоз, нож среза, устройство для промывки и т.д., производится проверка состояния подшипников и всех рабочих элементов центрифуги. Производится статическая и динамическая балансировка вала и ротора. С помощью луны производится обследование ротора на наличие в нём трещин, а через определённый промежуток времени с помощью рентгеноскопии или ультрадефектоскопии производится проверка сварных соединений ротора на их целостность.

В ремонтный же период производится обследование всех контактных и коммуникационных систем в шкафах управления на их пригодность к дальнейшей эксплуатации. Полностью подвергаются ревизии все элементы управления центрифуги. После ремонта каждая центрифуга подвергается обкатке на холостом ходу в течении определённого промежутка времени.

Недостатки центрифуг периодического действия:

1. низкая производительность;

2. неравномерное потребление электроэнергии;

3. наличие ручных операций.

Поэтому в настоящее время во всём мире производится работа по совершенствованию конструкции центрифуг непрерывного действия (не ухудшение качества сахара). Центрифуги непрерывного действия лишены всех перечисленных выше недостатков.

Ф ВИ (ФПИ).

Основным узлом этой центрифуги является вращающийся конический ротор в виде обратного конуса. Стенки ротора перфорированы, на них уложены фильтрующие сита со щелевидными отверстиями. Главным в принципе действия этой центрифуги состоит в подборе размера ротора. Он должен быть таким, чтобы при заданной скорости вращения утфель передвигался по нему с нижней точки в верхнюю с такой скоростью, чтобы за время прохождения утфелем этого участка пути от него полностью отделялся межкристальный раствор.

Существуют ещё центрифуги с пульсирующей выгрузкой осадка. Они применяются в рафинадной промышленности и не нашли широкого распространения в свеклосахарном производстве.