Класифікація і позначення центрифуг

Розділ 3. АПАРАТИ ДЛЯ розДІЛЕННЯ СУСПЕНЗІЙ

 

Розділення суспензій є однієї з основних операцій у технології неорганічних речовин, особливо в технології солей та мінеральних добрив.

Рушійною силою процесів розділення суспензії можуть бути гравітаційне поле, перепад тиску та відцентрова сила. В залежності від цього апарати для розділення суспензій діляють на відстійники, фільтри, центрифуги та гідроциклони.

Розроблено апарати різноманітних конструкцій, присто-совані для проведення процесів розділення суспензій та проми-вання осадів в оптимальних режимах.

Відстійники

Процес відстоювання використовують для очищення ропи і стічних вод, водопідготовки або для підвищення концентрації твердої фази (звичайно проводять перед подачею суспензій на фільтри або центрифуги). У останньому випадку відстійники називають згущувачами.

Швидкість (м/с) осадження (або спливання) твердих часток розраховують за формулою Стокса:

 

, (3.1)

 

де d_х — діаметр часток, м.

Щоб прискорити процес осадження, потрібно зменшити в'язкість рідини, наприклад, шляхом її нагрівання та збільшити розмір часток твердої фази.

Збільшити розмір часток дисперсної фази можна, створюючи спеціальні умови кристалізації. Проте в багатьох випадках їхні розміри, обумовлені природою речовини, що кристалізується, й залишаються дуже малими (1—10 мкм). Такі частки осідають повільно (швидкість < 0,1 м/год), і утворюється досить стійка суспензія. Причиною такої усталеності є гідратація (сольватація) поверхні зважених часток, що перешкоджає їхньому злипанню й рекристалізації. Збільшити швидкість осідання часток до 5—7 м/год можна за рахунок додавання в суспензію коагулянтів, які викликають утворення пластівчастої структури твердої фази.

Проте присутність коагулянтів допускається, якщо осад не є цільовим продуктом. Як коагулянти використовують хлориди і сульфати алюмінію та заліза, крохмаль, муку і поліакриламід (0,1—0,3 % від маси шламу).

Через неправильну геометричну форму часток уводять поняття чинника форми j

 

n = j n_ос (3.2)

 

Для часток круглої форми (наприклад, NaHCO₃) приймають j = 0,77, для некруглих часток (NaСl, NaNO₃, MgS0₄· 6H₂0) — j = 0,66, для довгастих (MgSО₄·7H₂O) — j = 0,58, для пластинчастих [А1(ОН)_з] — j = 0,43. Якщо ж розмір часток узятий із даних седиментаційного аналізу, то j = 1.

На практиці процес відстоювання суспензії протікає в режимі затиснутого осадження. Швидкість затиснутого осад-ження можна розрахувати за емпіричною формулою:

 

n_ос = j n × e (3.3)

 

де e_ж — об’ємна частка рідкої фази

 

e_ж = V_ж/(V_ж + V_т) = Х/(Х + r_ж/r_т). (3.4 )

 

V_ж і V_т — відповідно об’єми рідкої й твердої фази, м³; Х — масове відношення рідкої та твердої фаз.

Рівняння (3.3) справедливе при e_ж > 0,7. Звичайно суспензії крупнокристалічних речовин згущують перед подачею на фільтрування до значення відношення Р/Т = 1,5—2,0, а суспензії високодисперсних речовин (наприклад, ВаСО_з або BaSО₄) — до Р/Т = 3,0, що забезпечує можливість її перекачування на такі технологічні стадії. Згущувати високодисперсні (тонкі) суспензії до більш низьких значень Р/Т небажано через можливе утворення тиксотропної системи.

Визначивши швидкість затиснутого осадження часток, розраховують площу (м²) відстійника:

 

F = G_осв/(r_ж V _ст), (3.5)

 

де G_ocв — маса освітленої рідини, кг; V_ст — продуктивність відстійника м³/м².

Для забезпечення надійності роботи відстійника значення площі поверхні, розраховане за формулою (3.5), у випадку центрального введення суспензій рекомендується збільшити на 30—35 % через можливість вихороутворення, умовності вибору коефіцієнта.

Швидкість осідання пластівчастого осаду неможливо розрахувати на підставі рівнянь (3.1—3.3). У даному випадку необхідно мати експериментальні дані про швидкість руху межі освітленого прошарку.

Якщо перетворити рівняння (3.5), одержимо:

 

V_осв =F · V _ст (3.6)

 

Звідси очевидно, що об'ємна продуктивність відстійника V_ocв (м³/с) залежить від його площі і швидкості осідання часток і не залежить від висоти. Тому висоту відстійника приймають конструктивно, виходячи з технологічних міркуваннь.

У табл. 3.1 наведені основні розміри найчастіше викорис-товуваних типових відстійників.

Відстійник (рис. 3.1) являє собою циліндричну ємність із плоским або конічним днищем. У верхній внутрішній частині до його корпусу приварений зливальний кільцевий жолоб 1 із зазубреними краями. Відстійник обладнаний мішалкою, що складається з валу, сполученого через подвійний планетарний привід із електродвигуном, і гребкового пристрою 4. Гребки, встановлені під кутом до напрямку їхного руху, пересувають осад до розвантажувального штуцера 6. Швидкість руху гребків підбирають так, щоб рідина обтікала їх ламінарно і вони не скаламучували осаду. В центрі апарату навколо валу розташована завантажувальна труба 2, опущена на деяку глибину в рідину.

 

 

Рис. 3.1. Типовий відстійник з центральним введенням суспензії: 1 — кільцевий жолоб; 2 — завантажувальна труба; 3 — зливальний штуцер; 4 — гребковий пристрій; 5 — пристрій для ущільнення шламу; 6 — розвантажувальний штуцер

Таблиця 3.1. Основні розміри відстійників безупинної дії

 

Діаметр, м	Глибина, м	Площа осадження, м2	Тривалість одно-го оберту вала, хв	Потужність електродвигуна, кВт
2,5	1,5		2,0	0,8
4,0	2,5		3,0	1,1
6,0	2,5		4,0	2,2
12,0	3,0		6,0	3,0
18,0	3,6		9,0	4,0

 

Подібні відстійники застосовують, наприклад, у вироб-ництвах карбонату барію і BaSО₄. При переробці агресивних середовищ і при виробництві чистих продуктів відстійники футерують органічними і неорганічними кислотостійкими мате-ріалами.

У содовій промисловості для очищення ропи від сполук кальцію й магнію використовують відстійники діаметром 18 м, висотою 7,9 м із центральним введенням суспензії. Суспензію вводять на глибину 4 м. Значна висота відстійника та глибина введення суспензії обумовлені технологічними особливостями очистки розсолу.

За способом введення суспензії відстійники можна поді-лити на апарати з центральним і периферійним введенням. При центральному введенні суспензії в зоні введення спостерігається турбулізація рідини, що зменшує корисну площу відстійника. При периферійному введенні осідаючі частки не відчувають збурення потоку. В зв'язку з цим запропоновано переобладнати існуючі в содовій промисловості відстійники з центральним вве-денням суспензії на відстійники з периферійним введенням, що повинно підвищити їхню продуктивність приблизно в 2 рази.

Відстійник такої конструкції (рис. 3.2) працює наступним чином. Суміш сирої ропи з реактивами вводиться в кишеню кільцевого жолоба 1 і завдяки його ухилу розтікається по ньому, переливаючись через борти в кільцевий простір, утворений корпусом відстійника 3 та кільцевою перегородкою 2. Кільцевий простір служить одночасно реактором, у якому створюється тверда фаза. Осілий шлам переміщується гребковою фермою4, яка робить один оберт за 12 хв, до центру і безупинно виводиться через нижні штуцери 6. Освітлена ропа зливається через цент-ральний відкритий кільцевий резервуар 8 і приєднану до нього трубу 7.

 

 

Рис. 3.2. Відстійник із периферійним введенням суспензій: 1— кільцевий жолоб; 2 — кільцева перегородка; 3 — корпус; 4 — гребкова ферма; 5 — устрій для ущільнення шламу; 6 — розвантажувальний штуцер; 7 — зливальна труба; 8 — кільцевий резервуар

 

Прикладом апарату з периферійним введенням суспензії може слугувати відстійник-декантер, використовуваний у вироб-ництві гідроксиду натрію вапняним способом (рис. 3.3). Діаметр його дорівнює 9 м, висота циліндричної частини — 4 м, коніч- ної — 3,75 м. До корпуса 1 відстійника в верхній його частині жорстко прикріплений дзвін 2 діаметром 7,8 м, на якому встановлена кільцевидна розподільна чаша 6 із зазубреними краями. Крізь дзвін і приймач освітленого щолоку 5 вільно проходить вал мішалки, що робить один оберт за 10 хв. Суспензія надходить трубою 4 у розподільну чашу 6 і розливається по поверхні дзвону, звільняючись від пухирців повітря, спроможних порушити процес відстоювання. Таким чином, дзвін служить одночасно устроєм для видалення повітря із суспензії і для периферійного її введення. Освітлений розчин надходить у приймач 5 і виводиться з відстійника по трубі 3, пропущеній крізь його корпус. Осілий шлам виводиться через штуцер 8, розташований у днищі відстійника.

 

Рис. 3.3. Відстійник-декантер: 1 — корпус; 2 — дзвін; 3 — зливальна труба; 4 — труба подачі; 5 — приймач освітленого щолоку; 6 — розподільна чаша; 7 — греб-ковийпристрій; 8 — розвантажу-вальний штуцер

Рис. 3.4. Чотирикамерний відстійник: 1 — діафрагма; 2 — гребки; 3 — перетічний стакан; 4 — розподільна коробка; 5 — кільцевий жолоб; 6 — зливна коробка; 7 — зливальний штуцер; 8 — зливні труби; 9 — конус нижньої камери; 10 — розван-тажувальний штуцер

 

 

Чотирикамерний відстійник (рис. 3.4) являє собою цилін-дричну ємність діаметром 20 м і висотою 10,5 м, поділену діафрагмами на чотири камери, які з’єднуються між собою через перетічні стакани 3. Осілий шлам зрушується гребками 2 до центру і перетічними стаканами надходить із кожного ярусу в корпус 9 нижньої камери, відкіля безупинно видаляється через штуцер 10 за допомогою насоса. Камери відстійника працюють паралельно. Для розподілу суспензії між камерами служить розподільна коробка 4. По периферії відстійника встановлені чотири зливальні коробки 6. Злив із верхньої камери надходить у зливальну коробку через кільцевий жолоб 5, з інших же камер - зливальними трубами 8. У верхній своїй частині зливальні труби обладнані телескопічними пристроями, що дозволяють піднімати або опускати рівень зливу в тій або іншій камері й, тим самим, регулювати в ній рівень межі освітленого прошарку. Освітлений розчин видаляється зі зливальної коробки через штуцер 7.

Загальна площа поверхні осадження чотириярусного відстійника складає 1256 м².

Незалежна паралельна робота камер можлива завдяки різниці густини освітленого розчину і згущеної суспензії, а також наявності гідрозатвора, що утворюють перетічні стакани, опу-щені в прошарок згущеної суспензії.

Для згущення суспензій, які швидко розділяються, засто-совують звичайно відстійники, що мають кут при вершині конічного днища 120^о. Вони також обладнані тихохідними мішалками.

До переваг відстійників відносять низькі енергетичні витрати на поділ суспензій, простоту устрою, а отже, високу надійність у роботі й простоту ремонту та виготовлення. Відстійники мають велику продуктивність і можуть розділяти суспензії з високими значеннями відношень Р/Т.

Недоліками відстійників є низький ступінь поділу та великі габарити.

 

 

Фільтри

У технології неорганічних речовин застосовують фільтри барабанні, дискові, стрічкові і карусельні вакуум-фільтри, листові, фільтр-преси рамні і автоматичні типу ФПАКМ, нутч-фільтри.

Фільтрувальні перегородки

Від правильного вибору фільтрувальних перегородок багато в чому залежать продуктивність фільтрів, чистота фільтрату, термін служби перегородки, а отже, і економічність процесу фільтрування. Вони повинні бути стійкими до впливу середовища, мати достатню механічну міцність і теплостійкість, сталість при згинанні та стійкість до стирання, здатність приймати форму опорної конструкції, ущільнюючі властивості, добре затримувати тверді частки, мати низький гідравлічний опір і малу адгезію до осаду.

Для розділення нейтральних суспензій при температурі до 100 °С використовують бавовняні тканини (миткаль, діагональ, бельтінг). У кислому й лужному середовищах вони досить швидко руйнуються.

Застосовують шерстяні, скляні, перхлорвінілові (хлоринові), поліамидні, лавсанові тканини.

Шерстяні тканини виготовляють в основному з овечої вовни у вигляді сукна і байки. Вони набагато стійкіші бавовняних тканин до дії кислих розчинів, але менш стійкі до дії лугів. Перхлорвінілові і лавсанові тканини стійкі до дії кислот, лугів і окислювачів, не набухають у воді. Поліамидні тканини стійкі до дії лугів навіть при 100 °С. Скляні тканини відрізняються високою стійкістю в кислих розчинах, великою міцністю при розтягуванні, але поганою стійкістю при стиранні.

Як фільтруючі перегородки можуть використовуватися металеві тканини, сітки, пористі плити з кераміки, скла, графіту.

 

Конструкції фільтрів

Барабанні вакуум-фільтриБОК 1-1; БЛУ 5,6-1,8; БТР 30-3-4; БОУ 40-3-4. Перша буква означає, що фільтр барабанний. Друга вказує на призначення фільтра: О — загального призначення, Л — для суспензій, які легко фільтруються, Т — для суспензій, які важко фільтруються. Третя буква означає виконання фільтру за матеріалом деталей: К — з корозійно-стійкої сталі, У — з вуглецевої сталі, Р — з гумованими деталями, П — з деталями з пластмаси. Перша цифра після букв площа поверхні фільтрування (м²), друга діаметр барабану (м), третя модифікація.

Барабан фільтра розділений на елементи й покритий спочатку металевою сіткою, а потім фільтровальною тканиною. Він обертається на порожнистому валу, один кінець якого з'єднаний з приводом, а інший примикає до розподільного пристрою, який служить для послідовного сполучення елементів з джерелами вакууму й стисненого повітря. Це дозволяє чергувати операції фільтрування, промивки, обезводнення, видалення осаду, регенерації тканини.

Видалення осаду товщиною не менше за 8—10 мм здійснюється за допомогою ножа, встановленого похило вздовж створюючої барабана.

Липкі осади товщиною 2—4 мм добре знімаються шнурами (рис. 3.5). Нескінченні шнури натягнуті паралельно один одному на відстані 6—25 мм. Вони рухаються по замкненому контуру, огинаючи барабан 5, натяжний 2 та направляючий 4 ролики. При цьому шнури відділяються від тканини разом з осадом, який потім відривається від них при обгинанні натяжного ролика. Збереження потрібної відстані між шнурами забезпечується направляючою гребінкою 3. Таким чином видаляють, наприклад, осади Mg(OH)₂ і СаСО₃.

Стандартизовані вакуум-фільтри загального призначення можуть мати площу фільтрування від 0,25 до 100 м². Кутову швидкість обертання барабана можна регулювати від 0,011 до 0,21 радіан/с.

Їх використовують для фільтрування суспензій А1(ОН)₃, BaS0₄, карбонатів кальцію, магнію, барію і інших.

Фільтри типу БЛ застосовують, наприклад, для виділення галітових хвостів в калійній промисловості; фільтри типу БТ у виробництві диоксиду титану.

 

Рис. 3.5. Схема зняття осаду шнурами: 1— шнур; 2 — натяжний ролик; 3 — направляюча гребінка; 4 — направляючий ролик; 5 — барабан

 

Стрічкові вакуум-фільтримають площу фільтрування від 1,0 до 20,0 м². Схематично їх устрій показаний на рис. 3.6. Опорна тканегумова нескінченна стрічка 2 огинає два барабани 7, що обертаються. При цьому один з барабанів є привідний, а інший натяжний. Зверху стрічка ковзає по горизонтальному столу 3 з подовжніми прорізами, які з'єднують область фільтрування перегородки з вакуум-камерами 4, розташованими під столом.

 

Рис. 3.6. Стрічковий вакуум-фільтр: 1 — барабан; 2 — стрічка; 3 — стіл; 4 — вакуум-камери; 5 — завіси; 6 — промивний пристрії; 7 — рідина на промивку осаду; 8 — лоток; 9 — суспензія; 10 — ніж; 11 — злив регенераційної рідини; 12 — рідина на регенерацію тканини; 13 — розбризкуючий пристрій; 14 — промивна рідина; 15 — фільтрат

Робоча поверхня стрічки рифлена. Поперечні рифлення з'єднуються з подовжнім поглибленням на середині стрічки. Через наскрізні отвори поглиблення сполучається з отворами в столі і відповідно з вакуум-камерами. Завдяки рифленням під фільтрувальною тканиною утворюється вільний простір. Тканина по краях прикріплена до стрічки гумовим шнуром, закладеним в подовжній паз, і покриває всю її робочу поверхню. Краї гумової стрічки м'які і на верхній горизонтальній дільниці відгинаються догори, внаслідок чого стрічка приймає форму жолоба. Нижня частина її спирається на ролики або вільно провисає.

Суспензія поступає на фільтр з лотка 7. Осад відділяється з фільтра або ножем, або під дією сили ваги, або віддувкою повітрям. Після відділення осаду тканина промивається з спеціальних розбризкуючих пристроїв 9. Зони фільтрування І,промивки ІІ і просушування ІІІ розмежовані завісами 5 з м'якої гуми або тканини в декілька шарів. Еластичні краї завіси ковзають по осаду, не знімаючи його, але запобігаючи змішуванню рідин над ним. Завіси встановлюють над перегородками між вакуум-камерами. Довжину окремих робочих зон можна регулювати переміщенням вздовж фільтра завіс 5 та промивного пристрою 6.

Стрічкові вакуум-фільтри призначені для фільтрування полідисперсних суспензій. Осадження насамперед великих часток зменшує закупорку пор тканини дрібними кристалами. Достоїнствами стрічкових фільтрів є простота устрою й регулювання тривалості окремих операцій фільтрування, а також можливість організації багатоступінчастої промивки осаду. Недолік полягає в малій площі фільтрування і нечіткому розмежуванні зони фільтрування і промивки, що приводить до деякого розведення фільтрату. Використовують стрічкові вакуум-фільтри у виробництвах борної і екстракційної фосфорної кислот, хлориду калію.

Карусельний вакуум-фільтрзастосовують у виробництві екстракційної фосфорної кислоти. Він складається з горизонтальної рами кільцевої форми, що обертається, яка спирається на ролики, котрі котяться круговими рейками. На рамі встановлено 24 перекидних фільтрувальних лотки (нутчі), в які вкладені перфоровані опорні перегородки, покриті фільтровальною тканиною. Вакуумна порожнина лотків сполучена гнучкими шлангами з розподільною головкою, аналогічною тим, що застосовуються в барабанних вакуум-фільтрах.

При обертанні рами кожний лоток послідовно проходить зони фільтрування, двох (або більше) промивок осаду, розвантаження і регенерації тканини. Після фільтрування і кожної промивки осад зневоднюється шляхом просмоктування через нього повітря.

У зоні вивантаження лоток автоматично перекидається, і осад під дією власної ваги та стисненого повітря скидається в бункер. Після цього тканина промивається струменями води, направленими вгору, а потім просушується повітрям. До моменту залиття суспензії лоток повертається в початкове положення.

Завдяки наявності в карусельному фільтрі ізольованих один від одного лотків можна отримати концентрований, нерозведений промивною рідиною фільтрат і провести багатоступеневу протитечійну промивку осаду мінімальною кількістю води. Карусельні вакуум-фільтри відрізняє висока продуктивність і тривалий термін служби тканини.

Недоліком є великі габаритні розміри (19´17, 7´4,9 м) та маса.

Загальна площа фільтруючої поверхні карусельного фільтру К-100-15К становить 105 м², площа зони активного фільтрування 80 м². Зовнішній діаметр поверхні фільтрування рівний 15 м, а довжина лотка 3,3 м. Основні деталі фільтра виготовлені з сталі ОХ23Н28М3Д3Т.

Дисковий вакуум-фільтр (рис. 3.7) складається з горизонтального валу, що обертається, на який насаджені диски 2. Диски занурені в корито, що складається з секцій 5, причому кожний диск занурений в окрему секцію.

Диски розділені на дванадцять секторів з перфорованими стінками, обтягнутими тканиною. Кожний сектор за допомогою окремого каналу, який проходить всередині валу, з'єднаний з розподільним пристроєм 3, аналогічним тим, що застосовуються в барабанному вакуумі-фільтрі. В зоні зняття осаду всередину сектора з ресивера через розподільний пристрій подається стиснене повітря, яке сприяє відділенню осаду від тканини та зніманню його ножами 6. Ножі встановлені з обох сторін дисків.

 

 

Рис. 3.7. Дисковий вакуум-фільтр: 1 — секції; 2 — фільтрувальні диски; 3 — розподільний пристрій; 4 — трубопровід для з'єднання з джерелом вакууму і видалення фільтрату; 5 — трубопроводи для подачі стиснутого повітря; 6 — ножі для знімання осаду

 

Знятий з тканини осад провалюється між секціями 1 корита в бункер під фільтром. Суспензія на фільтри подається через колектор. Постійний рівень суспензії в фільтрі підтримується за допомогою переливних трубок. На фільтрах, що мають більше за 4—6 дисків, розподільні пристрої встановлюють на обох кінцях валу. Дискові вакуум-фільтри (наприклад, ДК 9-1,8-2; ДУ 68-2,5-2) мають наступне умовне позначення типорозміру. Перша буква означає дисковий, друга виконання за матеріалом; цифра після букв — площа фільтрування (м²), наступна — діаметр диска (м), третя цифра модифікація.

Дискові фільтри виготовляють з площею фільтрування від 0,3 до 250 м² і кількістю дисків до 14. Вони призначені для розділення суспензій з частками приблизно однакової дисперсності. Осад, що утворюється на фільтрі, при просушуванні не повинен розтріскуватися.

До переваг дискових фільтрів відносять компактність конструкції й малу масу на одиницю фільтруючої поверхні (200—300 кг/м²). Недоліком є те, що при промивці осаду фільтрат розводиться.

Фільтр-преси — періодичної дії призначені для фільтрування тонких суспензій. Фільтр-преси бувають рамні з площею фільтрування від 2,5 до 140 м², автоматичні камерні (ФПАКМ) з площею фільтрування від 2,0 до 50 м².

Основні деталі рамних фільтр-пресів можуть бути виготовлені з вуглецевої й корозійно-стійкої сталі, дерева й склопластика. Вони можуть працювати при відношенні Р/Т = 2 ¸ 10 і температурі до 80 °С. Ці фільтри використовують, наприклад, для фільтрування суспензій хлориду та сульфату барію.

Цикл роботи фільтр-пресу ФПАКМ складається з операцій: стиснення плит, подача суспензій, фільтрування, промивка осаду, його зневоднення, розсування плит і вивантаження осаду з одночасним промиванням тканини. Зневоднення осаду можна проводити або шляхом ущільнення твердої фази діафрагмою, або продуванням повітрям. Розвантаження осаду відбувається на обидві сторони фільтру.

Система автоматики передбачає можливість зблокованої роботи фільтр-преса і насосів для подачі суспензій і промивної рідини. Робочий тиск в камері фільтр-пресу становить від 1,2 до 1,5 МПа.

Типорозмір фільтр-пресу (наприклад, ФПАКМ5У або 1ФПАКМ25Н) позначають наступним чином: ФПАКМ виготовлений з діафрагмами, 1ФПАКМ без діафрагм, продуванням осаду повітрям; цифра між буквами площа фільтрування (м²); остання буква виконання за матеріалом (У — Ст3, Н — сталь 12Х18Н9Т, Т — титан ВТ1-0).

Перевагами фільтрів ФПАКМ є розвинена поверхня фільтрування, можливість за допомогою діафрагми регулювати вологість осаду, а також повна автоматизація управління. Осад виходить з меншою вологістю, ніж на фільтрах інших типів. Недо-ліки — складність конструкції, а отже, низька ймовірність безвідмовної роботи та складність ремонту.

Листові фільтри призначені для фільтрування суспензій через тканину або сітку з використанням в ряді випадків допоміжної фільтруючої речовини (ДФР).

У позначенні типорозміру листового фільтра (наприклад, ЛГв20У, ЛВАж125К) буква Л означає листовий, Г — горизонтальний, В — вертикальний, А — автоматизований, в — з віброзкиненням осаду, г — гідростатичний; ж — з гідрозмиванням осаду; цифра після букв площа поверхні фільтрування (м²); букви У, Р, К після цифри виконання фільтра за матеріалом.

Як ДФР можуть бути використані діатоміт, перліт, деревна мука, азбест, целюлоза, вугілля та інші матеріали. Діатоміт (інфузорна земля або кизельгур) являє собою залишки мікроскопічних морських рослин, що закам'яніли. Перліт мінерал вулканічного походження, званий інакше природним склом. При використанні ДФР потрібно враховувати їх вартість. Наприклад, целюлоза в 2—3 рази, азбест в 10—30 разів дорожчі, ніж діатоміт або перліт.

Суть фільтрування з використанням ДФР полягає в тому, що суспензію пропускають через шар допоміжної фільтруючої речовини, попередньо «нафільтрованого» на сітку або тканину.

Процес фільтрування з ДФР може йти за двома механізмами:

1) частки, розміри яких менші, ніж пори шару ДФР, затримуються в глибині шару внаслідок звуження пор від поверхні в глибину, а також внаслідок осідання їх у вигинах пор;

2) головну роль в процесі грають поверхневі явища взаємодії фаз. Процес протікає найбільш ефективно, якщо частки суспензії й ДФР мають протилежні заряди. При цьому може відбуватися адсорбція часток на стінках капілярів, а також їх коагуляція. У виробництві глинозему для фільтрування алюмінатного розчину з використанням ДФР застосовують вертикальні листові автоматизовані фільтри з гідрозмивом осаду ЛВАж125К. В якості ДФР використовують крафт-целюлозу.

Принципова схема вертикального листового фільтра показана на рис. 3.8. Він складається з циліндричної обичайки 1 з конічним днищем, прямокутних фільтрувальних елементів 2, які спираються на планку 3 і колектор 5, знімної кришки 4.

Суспензія нагнітається всередину фільтра насосом через штуцер 7, а фільтрат витікає зі штуцера 5. Осад змивається з фільтрувальних елементів водою і виводиться через штуцер 6. Фільтруючий елемент являє собою раму прямокутної форми, в яку вставлені дренажна і фільтруюча сітки, що створюють порожнину, яка з'єднується з штуцером відведення фільтрату.

 

 

Рис. 3.8. Принциповий устрій вертикального листового фільтру: 1 — обичайка; 2 — фільтрувальні елементи; 3 — планка; 4 — кришка; 5 — колектор; 6, 7, 8 — штуцери

 

Цикл роботи фільтра складається з наступних операцій. Спочатку фільтр заповнюють суспензією целюлози (3—3,5 г/л), приготованою в розчині алюмінату натрію, та фільтрують її. При цьому на сітці утворюється намивний шар товщиною 2—4 мм. Потім проводять операцію фільтрування з отриманням чистого розчину до підвищення надлишкового тиску в фільтрі 0,2 МПа. Після цього суспензія, що фільтрується спускається у відповідний збірник, а осад і намивний шар з поверхні листів змиваються водою в збірник шламу.

У виробництві сірчаної кислоти для очищення розплавленої сірки використовують горизонтальні листові фільтри, наприклад ЛГв20У. Вони складаються з набору фільтрувальних листів, з'єднаних з колекторною трубою відведення фільтрату, яка проходить через нерухомо закріплену на рамі еліптичну кришку. Горизонтальний циліндричний корпус переміщується на катках рейками рами. Корпус, кришка й запірна арматура фільтру обладнані паровими сорочками. Фільтрування сірки проводять через намивний шар з діатоміту. Процес припиняється при досягненні максимального тиску. Намивний шар і осад з фільтрувальної перегородки знімаються вібрацією фільтрувальних листів, а з дна видаляються нерухомо закріпленими шкребачками під час відкочування корпусу.

Управління роботою фільтра здійснюється дистанційно з пульту.

Найпростішими за конструкцією та компактними є фільтри Лг40 і Лг70 з поверхнею фільтрування відповідно 40 і 70 м². Їх називають частіше мішковими. Вони призначені для освітлення розчинів, що містять невелику кількість твердих часток, і застосовуються звичайно для контрольного фільтрування, тобто для повторного фільтрування після фільтр-пресів, вакуум-фільтрів або згущувачів. Процес фільтрування в мішковому фільтрі проводять під гідростатичним тиском шару суспензії (4—7 м).

Мішковий фільтр складається з щільно закритого корпусу прямокутного перетину з розміщеними в ньому фільтрувальними елементами. Основною деталлю фільтрувального елемента є каркас (рис. 3.9), що складається з планок 1, з’єднаних між собою і прикріплених до труби 2 з отворами, по якій відводиться фільтрат. Всередині каркасу натягнуті ланцюжки 3. Цей каркас вміщений в мішок з фільтрувальної тканини і вставлений в корпус фільтра, в якому розміщено більше 40 фільтрувальних елементів.

При роботі фільтра суспензія, яка поступає в простір між мішками, утворює осад на їх зовнішній поверхні, а фільтрат від-

Рис. 3.9. Каркас фільтрувального елемента мішкового фільтра: 1 — планки; 2 — труба; 3 — ланцюжки

 

водиться по трубі 2 в колектор. Мішкові фільтри, як і листові, є апаратами періодичної дії. Видалення осаду з фільтрувальних елементів можна провести або зворотною подачею фільтрату, або вручну, виймаючи з корпусу фільтрувальні елементи й змиваючи осад струменем води.

Нутч-фільтризастосовують в малотонажних виробництвах з періодичною технологією, де немає необхідності (економічно недоцільно) використати фільтри безперервної дії. Звичайно такими є виробництва реактивів.

У зв'язку з високими вимогами до чистоти реактивів, нутч-фільтри виготовляють з емальованого чавуну або порцеляни. Вони мають площу фільтрування від 0,1 до 0,8 м² і діаметр від 0,38 до 1,0 м. Маса, що доводиться на 1 м² фільтруючої поверхні, становить приблизно 1450 кг для чавунних і від 600 до 690 кг для порцелянових фільтрів. Нутч-фільтр (рис. 3.10) складається зі збірника фільтрату 1, фільтрувальної царги 2, решітки 3 і опорного пристрою 4. Збірник забезпечений штуцерами: 6 для приєднання до вакуум-насоса і 8 для спуску фільтрату. Фільтруючі решітки, опорний пристрій, царга і збірник пришліфовані один до одного для запобігання підсмоктування повітря. На решітку вкладається фільтрувальна тканина з відповідного матеріалу. Для стійкості фільтр встановлюють на спеціальну підставку 7. Царга притискається до збірника за допомогою болтів спеціальними стальними кільцями 5, під які підкладається гумова прокладка.

 

Рис. 3.10. Нутч-фільтр порцеляновий: 1 — збірник; 2 — царга; 3 — фільтруючі решітки; 4 — опорний пристрій; 5 — стальні кільця; 6,8 — штуцери; 7 — підставка

Центрифуги

Класифікація і позначення центрифуг

Промисловість виробляє центрифуги різних типорозмірів. Тенденція до збільшення одиничної потужності технологічних установок і поява виробництв нових хімічних продуктів зумовлює розширення асортименту центрифуг, що випускаються. Їх класифікують за характерними технологічними ознаками та конструктивними особливостями.

До характерних ознак центрифуг відносять принцип розділення суспензії, технологічне призначення й характер протікання процесу; до конструктивних особливостей — розташування валу та його опор, спосіб вивантаження осаду, виконання центрифуги (герметичність та вибухозахищеність).

За принципом розділення розрізнюють центрифуги фільтруючі, осаджувальні й комбіновані. Фільтруючі призначені для розділення суспензій, коли потрібне глибоке обезводнення і високий ступінь промивки осаду. Осаджувальні центрифуги в залежності від технологічного призначення поділяють на зневоднюючі та освітлюючі. Перші призначені для розділення висококонцентрованих суспензій із середньозернистою твердою фазою, коли чистота фугату не лімітується, але необхідно забезпечити високу продуктивність за осадом та низьку його вологість. Другі використовують для очищення розчинів від високодисперсних часток при малій їх концентрації, а також для класифікації матеріалів за дисперсністю та густиною. Комбіновані центрифуги поєднують в собі два або більше принципів розділення суспензій.

За характером протікання процесу центрифуги ділять на апарати періодичної та безупинної дії.

За конструктивними ознаками центрифуги поділяють на центрифуги з горизонтальним і вертикальним розташуванням валу. Серед центрифуг з вертикальним розташуванням валу найбільш поширені підвісні і маятникові.

За способом вивантаження осаду розрізнюють центрифуги з вивантаженнями: ручним, ножовим, пульсуючим поршнем, виштовхуючим поршнем, шнековим, механіко-пневматичним та інш. Ручне вивантаження може проводитися через борт і днище ротора. Вивантаження через днище використовують на маятникових і підвісних центрифугах, через борт тільки на маятникових. Ножове вивантаження застосовують на механізованих маятникових, підвісних центрифугах, а також на горизонтальних центрифугах періодичної дії. На маятникових центрифугах застосовують також комбінацію ножового і пневматичного вивантаження, так званого механо-пневматичного. Принцип його полягає в тому, що осад, який зрізається шкребачкою, підхоплюється і відсмоктується з ротора струменем повітря. Вивантаження пульсуючим поршнем використовують тільки на фільтруючих центрифугах безупинної дії, де завантаження суспензії проводять безперервно, а вивантаження осаду за рахунок зворотно-поступального руху поршня здійснюють циклічно, окремими порціями. Шнекове вивантаження осаду здійснюється внаслідок різниці частот обертання ротора і розташованого всередині нього шнека. Цей спосіб застосовують в осаджувальних, а також в фільтруючих центрифугах безупинної дії.

Позначають центрифуги виходячи з вищенаведеної класифікації таким чином. Попереду буквених позначень стоять цифри, вказуючі на конструкцію ротора: цифра перед рискою одинарний або здвоєний ротор, цифра за рискою - число каскадів ротора. Перша буква вказує на принцип розділення суспензії (Ф — фільтруюча центрифуга, О — відстійна або освітлююча, Р — розділяюча, Д — комбінована), друга — на основну конструктивну ознаку (Г — горизонтальна, П — підвісна, М — маятникова і, третя — на спосіб вивантаження осаду (Б — ручна через борт, Д — ручна через днище, Н — ножова, Ш — шнекова, П — поршнева). Число за буквами показує максимальний внутрішній діаметр ротора (см), остання цифра не входить в його позначення, а показує виконання центрифуги (1 — негерметизована, 2 — негерметизована з вибухозахищеним обладнанням, 5 — із теплообмінною сорочкою. Наступна за числом буква означає конструкційний матеріал, контактуючий з продуктом, що обробляється: У — сталь вуглецева, Л — легована, К — корозійно-стійка, Т — титан, Г — гумове покриття і т. д. Остання цифра відповідає номеру моделі.

Наприклад, позначення ОГШ 353К-2 показує, що центрифуга осаджувальна, горизонтальна, з шнековим вивантаженням осаду, з максимальним діаметром ротора 350 мм, в герметизованому вибухозахищеному виконанні (3), з основними деталями з корозійно-стійкої сталі (12Х17Н13МЗТ), модель друга. Центрифуга 2/2ФГП 2001У-1 — фільтруюча, горизонтальна, з виван-таженням осаду пульсуючим поршнем, з двокаскадним здвоєним ротором діаметром 2000 мм, в негерметизованому виконанні (1), з деталями з вуглецевої сталі, модель перша.

Конструкції центрифуг

Маятникові центрифугиявляють собою апарати періодичної дії з вертикальним підвісним ротором, який самовстановлюється. Особливістю їх конструкції є нижнє розташування приводу і наявність трьохколонної кульової підвіски, яка забезпечує самовстановлення маси, що відхиляється від вертикальної осі. Завдяки цьому дані центрифуги нечутливі до нерівномірного розподілу матеріалу в роторі. До достоїнств цих центрифуг потрібно віднести також простоту конструкції, компактність, малу масу і низьку вартість. Застосовують їх для розділення суспензій зі середньо- і високодисперсною твердою фазою, широким інтервалом концентрацій і схильних до нерівномірного розподілу дисперсної фази при завантаженні. Найбільш ефективно використання цих машин в малотонажних виробництвах для отримання осадів з мінімальною вологістю.

У залежності від технологічного призначення центрифуги цього типу виконують фільтруючими та відстійними. Фільтруючі центрифуги виготовляють з ручним вивантаженням через борт ФМБ і через дно ФМД, а також з механізованим (ножовим) вивантаженням через дно ФМН (рис. 3.11). Ротор 3 прикріпляють до верхнього кінця вертикального валу, який обертається в підшипниках котіння, розташованих в корпусі 1 приводу. Привід центрифуги здійснюють від електродвигуна або гідроприводу через клинопасову передачу.

Фільтруючі центрифуги мають перфорований ротор, викладений зсередини дренажною й фільтруючою сітками або тканиною.

Суспензії середніх концентрацій подають в ротор звичайно через отвір в кришці кожуха на ходу машини. Суспензії високої концентрації з абразивною твердою фазою завантажують в нерухомий ротор до пуску центрифуги. Фільтрат і промивну воду відводять з кожуха через зливний штуцер 2. Зупинку ротора проводять гальмом після зупинки двигуна.

На цей час створені маятникові центрифуги з механізованим (нижнім і верхнім) вивантаженням осаду.

рис. 3.11. Центрифуга типу ФМН: 1 — корпус приводу; 2 — штуцер; 3 — ротор; 4— механізм зрізання осаду; 5 — ніж

 

Центрифуга типу ФМН (див. рис. 3.11) має механізм зрізання осаду 4 зі зворотно-поступальним рухом ножа (шкребачки 5). Шкребачка, що знаходиться у верхньому положенні, при зрізуванні осаду спочатку повертається й врізається в осад на всю його глибину, потім рухається вниз до днища ротора. Осад, що зрізається, вивантажується через днище ротора. При такому способі вивантаження запобігається затирання (закупорка пор) осаду, що залишається на ситах після закінчення його вивантаження, і ніж сприймає менші зусилля. Використання механізму зрізання з широким поворотним ножем спрощує конструкцію центрифуги, оскільки ніж здійснює тільки один рух: поворот навколо осі, при якому осад зрізається по всій висоті ротора. Затирання осаду в цьому випадку можна зменшити за рахунок зрізання його при малих обертах ротора.

Застосування гідроприводів дозволяє виконувати основні технологічні операції (завантаження, віджимання, промивку, вивантаження) при різних оптимальних частотах обертання ротора. Проведення розвантаження при малих частотах обертання ротора особливо важливе, коли недопустиме руйнування кристалів осаду.

 

Рис. 3.12. Центрифуга типу ФМ з механо-пневматичним способом вивантаження осаду: 1 — розтруб; 2 — відвідна труба; 3 — циклон; 4 — вентилятор; 5 — калорифер

 

Вивантаження досить розсипчастих, не схильних до налипання на поверхню труб осадів з вологістю не більше за 10 % можна зробити механіко-пневматичним способом з одночасною їх підсушкою (рис. 3.12).

Основний елемент вивантажувального пристрою розтруб 1 труби, що відводить осад, 2 разом із шкребачкою повертається навколо вертикальної осі. Шкребачка врізається в осад і відкидає його в розтруб, де він підхоплюється гарячим повітрям і виноситься в циклон 3. Повітря в ротор засмоктується вентилятором 4 через калорифер 5.

Для вивантаження пастоподібних осадів може бути використано шнековий пристрій, показаний на рис. 3.13. Шнековий вивантажувач обладнаний шкребачкою, що має таку форму, завдяки якій зрізаний осад відкидається в приймальний пристрій шнеку. Обертальний рух нахи-леному шнеку передається від вертикального через конічну шестерінчасту пару.

Осаджувальні центрифуги типу ОМ відрізняються від центрифуг типу ФМ тільки тим, що мають суцільний ротор і пристрій для відсмок-тування освітленої рідини. У роторі центрифуг типу ОМ (рис. 3.14) на внутрішній сто-роні обичайки вздовж створю-ючої приварюються ребра 5, що перешкоджають просли- занню суспензії. Механізм від-смоктування 7 дозволяє відво-дити рідину з різної відстані від стінки ротора. З допомо-гою гідромуфти 11 здійсню-ється плавний пуск ротора, що оберігає електродвигун від перевантажень.

Підвісні центрифуги.Особливістю їх конструкції є наявність шарнірної підвіски вертикального вала з ротором на нижньому кінці, яка забезпечує самоцентрування маси, що обертається. Завдяки цьому підвісні центрифуги нечутливі до нерівномірного завантаження ротора. Їх широко застосовують для обробки багатьох продуктів: сульфату амонію, хлориду натрію, борної кислоти, гідроксиду барію.

Для прикладу розглянемо центрифугу ФПН 1001У-1 (рис. 3.15). Основними вузлами її є ротор 13, привід 10, кожух з кришкою 12, гальмо 8 і металоконструкція 1. Електродвигун 6 з'єднаний з валом 11 центрифуги за допомогою еластичної гумової муфти 7. Вал в приводі закріплений на шарнірній опорі (поверхня корпусу підшипників 4 в місці стикання з корпусом приво-ду 5 має кульову форму). Між корпусом приводу і корпусом

Рис. 3.14. Центрифуга типу ОМД: 1 — фундаментна плита; 2 — станина; 3 — опорні колонки; 4 — кожух; 5 — ребра; 6 — суцільний ротор; 7 — механізм відсмоктування; 8 — завантажувальний пристрій; 9 — опора ротора; 10 — електродвигун; 11 — гідромуфта; 12 — клинопасова передача; 13 — шків приводу; 14 — гальмо

 

підшипників встановлений гумовий амортизатор 9, завдяки пружній деформації якого вал може відхилятися від вертикального положення і тим самим забезпечувати самоврівноваження маси, що обертається. Ротор центрифуги циліндричний з перфорованою обичайкою, всередині викладений дренажним і фільтровальним ситами.

Завантаження центрифуги проводять при знижених обертах ротора за допомогою спеціального лотка 2, який закріплений на кожусі та входить всередину ротора. Вивантаження здійснюють при малих обертах за допомогою механізму зрізування осаду 3, устрій і принцип дії якого такий же, як і в центрифугах типу ФМН. Рідина відводиться через розташований внизу кожуха штуцер.

 

Рис. 3.15. Підвісна центрифуга: 1 — металоконструкція; 2 — лоток; 3 — механізм зрізування осаду; 4 — корпус підшипників; 5 — корпус приводу; 6 — електродвигун; 7 — муфта; 8 — гальмо; 9 — амортизатор; 10 — привід; 11 — вал; 12 — кожух з кришкою; 13 — ротор

 

Управління центрифугою напівавтоматичне, здійснюване від станції управління через кнопковий пост.

Центрифуги ФПД за конструкцією аналогічні центрифугам ФПН. Відмінність полягає лише в тому, що в центрифугах ФПД немає механізму зрізування осаду, а є запірний конус, який закриває вивантажувальний отвір ротора і тим самим запобігає попаданню невідфільтровуваного продукту в бункер. Крім того, запірний конус забезпечує рівномірний розподіл суспензії по стінці ротора. Він вільно ковзає по валу, і при вивантаженні осаду його підіймають вгору й закріпляють на спеціальному гачку.

Центрифуги типу ФПС призначені для фільтрування суспензії, що дають середньо- і грубозернисті осади хорошої сипкості. Нижня частина обичайки ротора цих центрифуг виконана у вигляді конусу. Вивантажувальний отвір ротора закривається конусом, який механічно підіймається. При зупинці центрифуги осад під дією сили тяжіння сповзає вниз по похилій стінці обичайки. Таким чином запобігається подрібнення кристалів при вивантаженні з ротора. Додатково центрифуги можуть бути забезпечені трубою з форсунками (для подачі промивної води) та датчиком рівня завантаження.

Центрифуги типу ОПН мають циліндричний суцільний ротор. Суспензія на його днище подається на повному ходу центрифуги, під дією відцентрової сили вона тече вгору, вздовж стінок ротора, поступово заповнюючи його. Надлишок освітленої рідини переливається через борт ротора в кожух або відсмоктується по відвідній трубці. Завдяки цьому в роторі постійно підтримується певний рівень рідини. У бункер осаду рідина не стікає, оскільки діаметр отвору, що утворюється кільцевим бортом, більше діаметра отвору в днищі.

Горизонтальні центрифуги з ножовим вивантаженням осадутак само, як і підвісні та маятникові, є апаратами періодичної дії. Фільтруючі центрифуги ФГН застосовують для розділення суспензій з розмірами часток більше за 30 мкм, коли допускається їх дроблення. Основна перевага цих центрифуг полягає в можливості проведення всіх стадій процесу в автоматичному режимі при постійній частоті обертання ротора, недоліки в подрібненні кристалів при зрізанні осаду та труднощі регенерації фільтруючої перегородки при обробці суспензії з нерозчинною твердою фазою.

У центрифугах типу ФГН (рис. 3.16) суспензія через завантажувальний клапан 7 і живильник 10 подається в ротор 5, укладений в кожусі 4 центрифуги. Дозування суспензії здійснюється регулятором 6, що дозволяє проводити завантаження до отримання шару осаду заданої товщини. Після завантаження ротора проводять віджимання (просушування) твердої фази, а потім промивку продукта водою, яка поступає через промивальний клапан 9. Після закінчення промивки повторюють операцію просушування.

Наступною є операція розвантаження. Мастилонасосна станція 14 подає мастило через блок електрогідравлічних золотників 11 під поршень гідравлічного циліндра 3 механізму зрізування. Шток поршня поступово підіймає раму ножа 2. Осад зрізається ножем, зсипається в жолоб 1 і виводиться з центрифуги. Залишковий шар осаду видаляють шляхом промивки (регенерації) фільтруючої основи водою, яка подається через клапан регенерації 8.

 

Рис. 3.16. Центрифуга типу ФГН: 1 — жолоб; 2 — ніж; 3 — гідравлічний циліндр механізму зрізування; 4 — кожух центрифуги; 5 — ротор; 6 — регулятор дозування суспензії; 7 — завантажувальний клапан; 8 — клапан регенерації; 9 — промивний клапан; 10 — живильник; 11 — блок електрогідравлічних золотників; 12 — станція автоматичного керування; 13 — пульт керування; 14 — мастилонасосна станція; 15 — віброізолюючий пристрій; 16 — сільфони; 17 — розподільчий клапан; 18 — вібратор

 

Фільтрат, промивна вода і рідина регенерації по черзі відводяться з центрифуги через розподільчий клапан 17.

Тривалість всіх операцій контролює реле часу, встановлене на станції автоматичного управління 12. Програма тривалості та черговості операцій задається на пульті управління 13. Мастило в гідросистему автоматики та в систему змащування підшипників подається мастилонасосною станцією. Розподіл подачі мастила до гідроцилиндрів завантажувального, промивного, розподільчих клапанів, клапана регенерації, регулятора завантаження та механізму зрізування здійснює блок електрогідравлічних золотників 11.

З метою зменшення вібраційного впливу на підмурівок центрифугу встановлюють на віброізолюючий пристрій 15.Трубопроводи, якими відводять рідину, приєднуються до центрифуги через гнучкі з'єднання (сильфони) 16. Для полегшення вивантаження осаду жолоб 1 забезпечений вібратором 18.

Для зрізування осаду в горизонтальних центрифугах застосовують три типи механізму вивантаження: зі зворотно-поступальним і поворотним рухом шкребачки, з широким ножем, який переміщується радіально, з широким поворотним ножем. Найбільше поширення отримав механізм зрізування з широким поворотним ножем завдяки простоті своєї конструкції.

Вивантаження осаду механізмом зрізування зі зворотно-поступальним і поворотним рухом шкребачки здійснюється так само, як і в маятниковій центрифузі.

Центрифуги типу ОГН мають суцільний ротор. У залежності від способу відведення освітленої рідини з ротора розрізнюють центрифуги з переливом фугата через борт і без переливу. В першому випадку освітлена рідина переливається через борт і видаляється з кожуха центрифуги через штуцер, розташований в нижній частині корпусу. При заповненні ротора осадом завантаження центрифуги припиняється, проводиться відсмоктування шару рідини, що залишився над осадом, і вивантаження осаду за допомогою механізму зрізування. В другому випадку завантаження центрифуги припиняється після заповнення ротора суспензією, рівень якої контролюється сигналізатором рівня. Освітлена рідина відводиться з ротора за допомогою труби відсмоктування.

Центрифуги типу ФГН і ОГН виконують: а) з розташуванням ротора між опорами; б) зі здвоєним ротором, розташованим між опорами; в) з консольним розташуванням ротора (рис. 3.17). Останні виготовляють з діаметром ротора до 1700 мм.

Рис. 3.17. Схема розташування роторів центрифуг типу ФГН: а — між опорами; б — здвоєний ротор між опорами; в — консольне розташування

 

Горизонтальні центрифуги з пульсуючим вивантаженням осадупризначені для розділення концентрованих суспензій з частками розміром більше за 0,1 мм. Оптимальне значення масової долі твердої фази в суспензії становить 40—50 %. Центрифуги цього типу можна використовувати для фільтрування таких продуктів, як сульфати амонію й натрію, хлорид натрію, карбонат калію.

Достоїнствами пульсуючих центрифуг є безперервність процесу й висока продуктивність за низької питомої витрати енергії, відносно мале дроблення кристалів, хороший ступінь обезводнення осаду; недоліками — підвищене винесення твердої фази з фільтратом, низька стійкість сит при обробці абразивних матеріалів.

Пульсуючі центрифуги можуть бути одно-, дво- і багатокаскадними. Загальною конструктивною ознакою однокаскадних центрифуг є наявність всередині ротора виштовхувача, що здійснює зворотно-поступальний рух і просуває осад вздовж сит до вивантажувального краю ротора. У двокаскадних центрифуг зворотно-поступальний рух здійснює внутрішня обичайка ротора (перший каскад).

Конструкція двокаскадної пульсуючої центрифуги показана на рис. 3.18.

 

Рис. 3.18. Двокаскадна пульсуюча центрифуга: 1 — кожух центрифуги; 2 — зовнішня обичайка ротора; 3 — внутрішня обичайка ротора; 4 — кільцевий жолоб; 5 — спеціальне ущільнення; 6 — шток; 7 — вал; 8 — канал; 9 — станина; 10 — поршень гідроциліндра; 11 — стакан гідроциліндра; 12 — торцова муфта; 13 — стояки днища ротора; 14 — диск виштовхувача; 15 — захисний конус; 16 — прийомний конус; 17 — труба промивання осаду; 18 —труба подачі суспензії; 19 — приймач сухого осаду

 

Центрифуга зібрана на станині 9, відлитій з чавуну. На одному кінці валу 7 закріплене днище із зовнішньою обичайкою ротора 2, на другому встановлений стакан гідроциліндра 11, який одночасно є привідним шківом. На одному кінці штоку 6, який входить всередину ротора, змонтований диск виштовхувача 14 із внутрішньою обичайкою ротора 3, на іншому — поршень гідроцилиндра 10. Внутрішня обичайка 3 утворює перший, а зовнішня 2 другий каскад ротора. Кожух центрифуги 1 закріплений на фланці станини. Передня частина кожуха є приймачем 19 сухого осаду. Всередині кожух поділений вертикальними перегородками, перешкоджаючими змішуванню фільтрату з промивними водами. В нижній його частині є штуцер, який слугує для роздільного відведення промивних вод та фільтрату. У верхній частині кожуха закріплена труба 18 подачі в ротор суспензії і труба 17 промивки осаду. Мастило в гідроциліндр центрифуги подається від мастилонасосної станції трубопроводом через торцову муф-ту 12, а скидається з нього у внутрішню порожнину станини, в якій змонтований змійовик для охолоджуючої води, через канал 8, просвердлений по осі штока. Для запобігання попаданню мастила в ротор шток має спеціальне ущільнення 5. Найважливішим вузлом центрифуги є ротор. До восьми стояків днища ротора 13, що проходять через овальні отвори диску виштовхувача, за допомогою болтів кріпляться захисний конус 15 з опорним кільцем, до якого приєднується конус 16. Обичайки перфоруються великими овальними отворами. Всередину їх вставляються щілевидні колосникові сита, які з торця закріпляються притискними кільцями.

Суспензія, що подається в центрифугу, під дією відцентрової сили рівномірно стікає внутрішньою поверхнею приймального конусу 16 на поверхню сит каскаду. При русі внутрішньої обичайки ліворуч осад на ситах другого каскаду притискним кільцем зсувається і частково скидається в приймач сухого осаду. При русі внутрішньої обичайки праворуч осад, що знаходиться на ситах першого каскаду, наштовхується на опорне кільце конусу 15 і зсувається на сита другого каскаду. Шток виштовхувача робить на хвилину 25—45 подвійних ходів. У кільцевий жолоб 4, приварений до днища ротора, трубопроводом подається вода. Під дією відцентрової сили через отвори в днищі та його стояках вода поступає в тильну порожнину ротора, промиваючи її і запобігаючи заростанню опорного кільця, диска виштовхувача та стояків кристалами.

Промисловість випускає дво-, чотири- і шестикаскадні центрифуги. За однакового фактору розділення двокаскадні центрифуги мають на 10—20 % більшу продуктивність, ніж однокаскадні. Останні сучасною промисловістю не виготовляються. В виробництві неорганічних речовин в основному застосовують двокаскадні центрифуги як більш надійні та прості за конструкцією. Для великотонажних сольових виробництв створена здвоєна двокаскадна пульсуюча центрифуга 2/2 ФГП 1201К-1. Продуктивність її складає при розділенні суспензії хлориду калію 30—40 т/год (в залежності від розміру кристалів і кінцевої вологості продукту).

Осаджувальні горизонтальні центрифуги з шнековим вивантаженням осадує апаратами безупинної дії (рис. 3.19).

 

Рис. 3.19. Центрифуга типу ОГШ: 1, 6, 11 — опори; 2 — вивантажувальні вікна; 3 — кожух; 4 — живильна труба; 5 — зливальні вікна; 7, 10 — штуцери; 8 — шнек; 9 — ротор; 12 — редуктор

 

Їх загальна конструктивна ознака це горизонтальне положення неперфорованого циліндро-конічного чи конічного ротора 9 зі співосно розташованим всередині нього шнеком 8. Ротор і шнек обертаються в одному напрямі, але з різними швидкостями. Завдяки цьому осад, який утворюється, переміщується шнеком вздовж ротора. Останній розташований на двох опорах 6, 11 і приводиться в обертання від ротора центрифуги через планетарний редуктор 12. Ротор закритий кожухом 3, що має штуцери 10 і 7 для відведення відповідно осаду та фугату.

Суспензія живильною трубою подається у внутрішню порожнину шнеку, звідки через вікна обичайки поступає в ротор. Під дією відцентрової сили частки твердої фази (осад) осідають на стінках ротора. Осад транспортується шнеком до вивантажувальних вікон 2, а освітлена рідина тече в протилежному напрямку до зливних вікон 5. В залежності від поєднання напрямів руху в роторі осаду й рідини розрізнюють центрифуги протитечійні та прямотечійні.

Технологічний режим в центрифугах типу ОГШ можна регулювати, змінюючи швидкість подачі суспензії, частоту обертання ротора та діаметр зливного порогу. Останній можна змінювати за допомогою змінних заслінок, а частоту обертання ротора шляхом зміни привідних шківів.

Центрифуги типу ОГШ застосовують для розділення суспензії з об'ємною долею твердої фази від 1 до 40 % і розміром часток більше за 5 мкм. Різниця густини твердої й рідкої фаз повинна бути більше за 200 кг/м³. Центрифуги цього типу можна використати також для класифікації суспензій за величиною твердих часток. У залежності від технологічного призначення їх умовно поділяють на 3 групи: 1) освітлюючі та класифікуючі; 2) зневоднюючі; 3) універсальні.

Освітлюючі й класифікуючі центрифуги мають однакове конструктивне виконання й відрізняються тільки призначенням. Вони характеризуються високими значеннями фактора розділення (>2400), відношення довжини ротора до діаметра (>2,2), продуктивності за суспензією. Зневоднюючі центрифуги використовують для розділення висококонцентрованих грубих суспензій. Фактор розділення цих центрифуг до 3140, відношення довжини ротора до діаметра менше за 1,8.

Достоїнствами центрифуг типу ОГШ є: висока продуктивність за малих габаритів, безупинність процесу, можливість використання їх для обробки тонких суспензій різної концентрації. Недоліки: неможливість промивки осаду в машині, порівняно швидке зношування шнека й ротора, невисокий ступінь зневоднення осаду (вологість його приблизно така ж, як після фільтрування на барабанних вакуум-фільтрах). Технічні характеристики деяких центрифуг наведені в табл. 3.2.