3.3. Конструкции центрифуг

Конструкции центрифуг весьма разнообразны. Рассмотрим основные виды фильтрующих и осадительных центрифуг.Подвесная фильтрующая центрифуга периодического действия(рис. 17) представляет собой вертикальный барабан 1, на перфорированной цилиндрической поверхности которого натянута фильтрующая ткань 3. Вращающийся барабан расположен в неподвижном корпусе 2, имеющем в нижней части отверстия для выгрузки фильтрата (Ф) и влажного осадка (ОС). Исходная суспензия (С) загружается в барабан при его вращении и под действием центробежной силы располагается в форме кольца 4, прилегающего к внутренней поверхности барабана и создающего разность давлений по обе стороны от фильтрующей перегородки. Под действием этой разности давлений фильтрат проходит через слой образующегося осадка 5 и фильтровальную ткань 3, собирается на внутренней стенке корпуса 1 и выводится из центрифуги (Ф).

Рис. 17. Подвесная фильтрующая центрифуга периодического действия:

1 – барабан с перфорированной цилиндрической поверхностью; 2 – неподвижный корпус; 3 – фильтрующая ткань; 4 – кольцевой слой суспензии; 5 – кольцевой слой осадка; 6 – спицы барабана; С – суспензия; ОС – осадок; Ф – фильтрат

Рис. 18. Фильтрующая центрифуга полунепрерывного действия с ножевым съемом осадка:

1 – горизонтальный барабан с перфорированной цилиндрической поверхностью; 2 – неподвижный корпус; 3 – фильтрующая ткань; 4 – нож для съема осадка; 5 – рычажный механизм ножа; 6 – наклонный лоток для выгрузки осадка; С – суспензия; ОС – осадок; Ф – фильтрат

После того как набирается определенное количество осадка, подача суспензии прекращается. При необходимости промывки осадка вместо суспензии во вращающийся барабан подается промывная жидкость. Затем барабан тормозится до полной остановки, и производится выгрузка осадка (под действием собственного веса и частично вручную) через спицы 6в нижней части барабана. Далее барабан вновь приводится во вращение, включается подача суспензии, и цикл периодической работы повторяется.

Разгон барабана до номинального числа оборотов обычно требует большей мощности на преодоление инерции барабана по сравнению с энергией, расходуемой на преодоление сил трения в подшипниках при поддержании рабочего числа оборотов заполненного суспензией барабана, поэтому мощность электрического привода центрифуги должна превышать мощность рабочего режима в 2–3 раза.

Диаметр барабана центрифуг такого типа достигает 1,2 м, факторразделенияK_p=²R/g – до 1200.

Фильтрующая центрифуга полунепрерывного действия с ножевым съемом осадка (рис. 18) имеет горизонтально расположенный перфорированный барабан 1с фильтрующей тканью3, заключенный в неподвижном корпусе2.

Следует отметить, что основная трудность при эксплуатации центрифуг непрерывного или полунепрерывного действия состоит в организации непрерывной выгрузки твердой фазы из вращающегося барабана центрифуги.

В центрифуге рассматриваемого типа образующийся на фильтрующей ткани влажный осадок срезается ножом 4, который на короткое время прижимается к ткани рычажным механизмом 5. Отделенный от ткани осадок (ОС) падает на наклонный поддон 6, по нему медленно сползает вниз и таким образом выгружается из центрифуги. При съеме осадка частота вращения барабана уменьшается, чтобы уменьшить вероятность механического повреждения ткани прижимаемым к ней ножом. Перед моментом съема осадка подача суспензии (С) в барабан прекращается, но вновь возобновляется после окончания короткой стадии срезания осадка. Таким образом, при работе этой центрифуги барабан не останавливается. Промывка осадка возможна перед началом его удаления.

Жидкая фаза исходной суспензии (как и промывная вода на стадии промывки) фильтруется через слой осадка и через фильтрующую ткань, выходит на наружную поверхность вращающегося барабана, разбрызгивается с нее на внутреннюю поверхностьнеподвижного корпуса2, и под действием силы тяжести фильтрат (Ф) выводится из нижнего патрубка.

Фактор разделения фильтрующих центрифуг с ножевым съемомосадка составляетK_p650, диаметр барабана – до 1,8 м.Последовательные стадии работы центрифуги могут реализовыватьсяс помощью несложной автоматики, поэтому центрифуги этого типа иногда называют автоматическими.

Фильтрующая центрифуга непрерывного действия с пульсирующим поршнем(рис. 19) также представляет собой горизонтально расположенный перфорированный барабан 1 с фильтрующей тканью 3, но в отличие от предыдущих конструкций здесь барабан не имеет отбортовки для удержания слоя суспензии, так как режим подачи суспензии в этой центрифуге таков, что суспензия сразу же уходит через слой осадка 4. При этом появляется возможность выталкивания образующегося слоя осадка с помощью поршня 5, вращающегося вместе с барабаном и одновременно совершающего возвратно-поступательное движение на некоторую часть длины барабана. Суспензия (С) непрерывно подается во вращающуюся перфорированную воронку 6, из которой она под действием центробежной силы попадает на слой осадка. Жидкая фаза фильтруется через незначительный по толщине слой осадка, набирающийся между двумя последовательными ходами поршня-толкателя, затем через фильтровальную ткань 3, разбрызгивается с наружной перфорированной поверхности барабана 1 внутрь корпуса 2, стекает к штуцеру, через который фильтрат (Ф) и отводится из центрифуги. Влажный осадок 4 выталкивается поршнем 5 и через разгрузочный патрубок выводится из корпуса центрифуги (ОС).

Рис. 19. Фильтрующая центрифуга непрерывного действия с поршневой выгрузкой осадка:

1 – перфорированный барабан; 2 – неподвижный корпус; 3 – фильтрующая ткань; 4 – слой осадка; 5 – поршень-толкатель; 6 – вращающаяся воронка с отверстиями для разбрызгивания суспензии; С – суспензия; ОС – осадок; Ф – фильтрат

Рис. 20. Осадительная центрифуга непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка:

1 – сплошной конический барабан; 2 – неподвижный корпус; 3 – перфорированный полый вал; 4 – шнек; 5 – отверстия для выгрузки влажного осадка; 6 – отверстия для выгрузки осветленной жидкости; С – суспензия; Ж – осветленная жидкость; ОС – влажный осадок

Фактор разделения центрифуг такого типа K_p700, частота вращения 10³мин^–1.

На рис. 20 представлена схема непрерывно действующей осадительной центрифуги со шнековой выгрузкой влажного осадка.

Центрифуга имеет неперфорированный сплошной барабан 1 конической формы, внутрь которого через отверстия перфорированного полого вала 3 непрерывно поступает суспензия (С). Она разбрызгивается на внутреннюю поверхность конического барабана 1 и образует там слой, в котором под действием центробежной силы происходит одновременно осаждение более тяжелых частиц на стенку и перемещение осветленной жидкости в широкую часть барабана. Центробежная сила стремится переместить в широкую часть вращающегося барабана не только осветленную жидкость, но и влажный осадок (см. разложение вектора центробежной силы на рис. 20). Однако влажный осадок (сгущенная у стенки барабана суспензия) принудительно перемещается против действия продольной составляющей F_цб в узкую часть барабана с помощью шнека 4, вращающегося вместе с валом 3, но с угловой скоростью, отличающейся от угловой скорости барабана на 1–2 %, что означает медленное вращение шнека относительно слоя осадка в барабане. Таким образом, шнек вытесняет осадок через отверстия 5 в узкой части барабана, а жидкость, свободно обтекая лопасти шнека, проходит в широкую часть барабана и выгружается оттуда через сливные отверстия 6.

Осадительные центрифуги, имеющие относительно высокую частоту вращения (до 3000 мин^–1) и значительные факторы разделения (до 2000), используются для разделения тонких суспензий на осветленную жидкость и

Рис. 21. Тарельчатый сепаратор для разделения эмульсий и тонких суспензий:

1 – барабан; 2 – неподвижный корпус; 3 – набор (пакет) тарелок; 4 – вертикальные ребра; 5 – отверстия; Э – эмульсия; ЛФ и ТФ – легкая и тяжелая фазы

осадок довольно высокой влажности. Промывка осадков в осадительных центрифугах невозможна.

Тарельчатый сепаратор (рис. 21),предназначенный в основном для разделения эмульсий и тонких суспензий, имеет вращающийся барабан 1, внутри которого на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга расположены несколько десятков конических тарелок 3. Разделяемая гетерогенная смесь (Э) непрерывно подается по центру барабана, полностью заполняет его, чему способствует система отверстий 5 в тарелках, и вовлекается вместе с барабаном во вращательное движение за счет сил трения жидкости о тарелки и воздействия на смесь вертикальных радиальных перегородок 4.

Эмульсия (или суспензия), находящаяся между тарелками и вращающаяся вместе с барабаном и тарелками, испытывает воздействие центробежной силы инерции, при этом более тяжелая фаза перемещается в периферийную часть барабана, вытесняя оттуда легкую фазу к оси вращения барабана. Вывод легкой фазы (ЛФ) производится вблизи оси вращения; тяжелая фаза (ТФ) выводится на некотором удалении от оси. Исходная смесь нагнетается в сепаратор под избыточным давлением, под действием которого отсепарированная тяжелая фаза из периферийной зоны барабана перемещается против центробежной силы и выводится из верхней части барабана не в периферийной точке, а значительно ближе к оси вращения, где окружная скорость вращения жидкости меньше.

Частота вращения барабана тарельчатого сепаратора достигает (5–10) 10³мин^–1, диаметр барабана – до 0,8 м.