Курсовая работа (т): Процесс центрифугирования и проектирование центрифуги периодического действия

Осадок выгружается по крутому наклонному желобу 7 под действием собственной тяжести; выгрузка облегчается благодаря частым ударам по желобу пневматического молотка 8.

1 - барабан; 2 - горизонтальный вал; 3 - труба для подачи суспензии; 4-клапан; 5 - масляный цилиндр; 6 - нож; 7 - желоб; 8 - пневматический молоток.

Рисунок 1.3.1.2.а - Горизонтальная автоматическая центрифуга

Достоинства автоматических центрифуг:

·  устранение непроизводственных затрат времени и энергии, связанных с остановкой или торможением барабана для разгрузки

·        полная автоматизация процесса.

Недостаток: измельчение осадка при съёме его ножом.

.3.1.3 Центрифуги непрерывного действия с выгрузкой пульсирующим поршнем

В центрифуге этого типа суспензия подается непрерывно, осадок периодически вталкивается поршнем - толкателем из дырчатого барабана, расположенного на горизонтальном валу (рисунок 1.3.1.3.а).

Внутри барабана 1 вдоль его оси перемещается поршень толкатель 2, который укреплён на конце штока 7. шток находится внутри полого вала 5, вращается вместе с ним и одновременно совершает возвратно - поступательно движение. Суспензия подводится в конус 3 и через отверстия в нём поступает в барабан, покрытый изнутри металлическим щелевым ситом 4. слой осадка, отлагающийся на сите, перемещается поршнем - толкателем 2 к открытому концу барабана, через который часть осадка выгружается в кожух 12.

1 - барабан; 2 - поршень-толкатель; 3 - приемный конус; 4-сито; 5 - полный вал; 6 - ползун; 7 - шток; 8 - распределитель; 9 - цилиндр; 10 - поршень; 11 - шестеренчатый насос; 12 - кожух.

Рисунок 1.3.1.3.а - Центрифуга непрерывного действия с выгрузкой пульсирующим поршнем

За каждый рабочий ход выгружается такое количество осадка, которое соответствует длине хода поршня. Когда поршень движется в обратном направлении, на освобождающей при этом поверхности сита 4 образуется новый слой осадка. При следующем рабочем ходе поршня из барабана выталкивается новая порция осадка и т.д. по 10 - 16 ходов в минуту.

Направление движения поршня изменяется автоматически посредством ползуна 6, который, перемещаясь с штоком 7, открывает и закрывает переключающийся клапан; через этот клапан в золотник поступает масло. Золотник, в свою очередь, управляет поступлением масла в два распределителя 8. Масло, нагнетаемое шестеренчатым насосом 11, поступает через распределители попеременно в правую и левую полости цилиндра 9 и давит на поршень 10, вызывая возвратно-поступательное движение толкателя. В случае необходимости в барабан через специальную трубу подводится вода для промывки осадка.

Достоинства:

1. непрерывность действия;

2.      маленькое измельчение осадка и разрезание волокон.

Недостатки:

1. загрязнение фугата осадком;

2.      большой расход энергии;

.        быстрый износ фильтровальной перегородки.

Повышению производительности центрифуг непрерывного действия, без снижения эффекта разделения, способствует увеличение длины барабана. В связи с этим в последнее время получили распространение центрифуги с пульсирующей выгрузкой осадка и многоступенчатым барабаном (рисунок 1.3.1.3.б).

Такие центрифуги были введены в обращение с целью повышения производительности центрифуг непрерывного действия, без снижения эффекта разделения. Этого удалось добиться, благодаря увеличению длины барабана.

Такая центрифуга состоит из нескольких последовательно включённых центрифуг с пульсирующей выгрузкой осадка, имеющих относительно короткие барабаны, смещенные друг относительно друга по общей оси. Разделяемая суспензия последовательно проходит все барабаны, которые совершают возвратно поступательные движения вдоль оси. Торцевая кромка одного барабана служит поршнем толкателем для разгрузки осадка из следующего барабана.

1 - барабан первой ступени; 2 - барабан второй ступени; 3 - барабан третьей ступени; 4-барабан четвертой ступени; 5 - гидравлический привод; 6 - труба для подачи промывной воды.

Рисунок 1.3.1.3.б - Многоступенчатая центрифуга непрерывного действия с пульсирующей выгрузкой осадка

Специальным поршнем - толкателем осадок выталкивается только из барабана первой ступени. В центрифугах с многоступенчатым барабаном достигается эффективное разделение труднофильтровываемых суспензий, при разделении которых требуется продолжительное фугование. Переходя из одной ступени в другую, осадок разрыхляется и благодаря этому дополнительно подсушивается, что способствует повышению производительности центрифуги.

.3.1.4 Центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой

Выгрузка осадка при помощи шнека производится в горизонтальных центрифугах отстойного типа (рисунок 1.3.1.4).

Глухой барабан 8 такой центрифуги имеет коническую или цилиндрическо - коническую форму и вращается на полых цапфах 1. Внутри барабана 3 более медленно вращается шнек 5 с полым валом, цапфы которого находятся внутри цапф барабана 3. Суспензия подается по трубе 6 и через отверстия 4 поступает в наружный барабан. В некоторой части объёма барабана, у более широкого конца, происходит отстаивание суспензии, причём жидкость, переливается через окна 7 в торцевой стенке барабана, а осадок медленно перемещается шнеком к разгрузочным окнам 9 в противоположенном конце барабана. При движении осадка в незаполненной суспензией части барабана 3 осадок дополнительно обезвоживается.

1 - полая цапфа; 2 - кожух; 3 - барабан; 4-отверстие для суспензии; 5 - барабан-шнек; 6 - труба для суспензии; 7 - окно для фугата; 8 - труба для подачи промывочной воды; 9 - окно для выгрузки осадка.

Рисунок 1.3.1.4 - Горизонтальная центрифуга непрерывного действия со шнековой выгрузкой

Перемещение осадка происходит в результате того, что шнековый барабан 5 делает меньше оборотов в 1 минуту, чем барабан 3, вращаясь с ним в одинаковом направлении. В случае необходимости осадок промывается в конце зоны отстаивания водой, подаваемой по трубе 8. После подсушки осадок удаляется через окна 9 в неподвижный кожух 2, в котором имеются отдельные камеры для отвода осадка и фугата.

Достоинства:

1. высокая производительность;

2.      пригодность для разделения суспензий с высоким содержанием твёрдого мелкоизмельченного вещества;

.        пригодность для классификации.

Недостатки:

1. высокий расход энергии на перемещение осадка и на потери в дифференциальном редукторе;

2.      значительное измельчение осадка;

.        загрязнение фугата мелкоизмельчёнными частицами твёрдой фазы.

.3.1.5 Центрифуги непрерывного действия с инерционной выгрузкой

Если угол наклона вертикального конического барабана к его оси больше угла трения осадка, то последний под действием центробежной силы может перемещаться вдоль образующей барабана к его основанию и удаляться из центрифуги. Этот принцип положен в основу конструкций непрерывно действующих центрифуг с инерционной выгрузкой (рисунок 1.3.1.5).

1 - барабан; 2 - тормозящий шнек; 3 - кожух; 4 - канал для отвода фугата; 5 - канал для удаления осадка.

Рисунок 1.3.1.5 - Непрерывнодействующая вертикальная центрифуга с инерционной выгрузкой

В центрифуге такого типа обрабатываемая суспензия поступает сверху в конический фильтрующий барабан 1,внутри которого вращается тормозящий шнек 2. шнек вращается медленнее барабана и потому замедляет движение осадка, перемещение которого определяется скоростью вращения шнека относительно барабана. Таким способом увеличивается продолжительность фугования и повышается степень разделения. Обезвоживанию осадка способствует также утоньшение его слоя по мере перемещения вниз. Осадок удаляется через канал 5, фугат отводится от кожуха 3 через канал 4.

.3.2 Сверхцентрифуги

Для разделения тонких суспензий и эмульсий требуется воздействие весьма значительных центробежных сил. В этих случаях применяются сверхцентрифуги, которые делятся на трубчатые сверхцентрифуги и жидкостные сепараторы.

.3.2.1 Трубчатые сверхцентрифуги

Трубчатая сверхцентрифуга имеет глухой барабан в виде трубы небольшого диаметра (до 200мм), который в несколько раз меньше ее длины.

При такой форме барабана удается значительно увеличить число его оборотов, т. е. создать большую центробежную силу без чрезмерного увеличения напряжения в стенках барабана.

В трубчатой сверхцентрифуге (рисунок 1.3.2.1, справа) обрабатываемая жидкость поступает внутрь быстровращающегося барабана 5 (8000-45000 об/мин) по трубке 1, ударяется об отражатель2 и отбрасывается на стенки барабана. Чтобы жидкость не отставала от стенок, в барабане установлена длинная крестовина4.

В головке8 барабана имеются обособленные отверстия для раздельного выхода тяжелой и легкой жидкости, в верхней части барабана находятся две отдельные камеры для отвода этих жидкостей. Тяжелая жидкость отводится через патрубок6,легкая - через патрубок 7. Вследствие большой скорости вращения барабан трубчатых сверхцентрифуг подвешивается на гибком валу 9.

1- трубка для подвода суспензии; 2 - отражатель; 3 - станина; 4 - крестовина; 5 - барабан; 6 - патрубок для отвода тяжелой жидкости; 7 - патрубок для отвода легкой жидкости; 8 - головка барабана; 9 - гибкий вал; 10 - привод.

Рисунок 1.3.2.1 - Трубчатая и разделяющая сверхцентрифуги

.3.2.2 Разделяющие сверхцентрифуги

В разделяющих сверхцентрифугах (рисунок 1.3.2.1, слева) в верхней части барабана устанавливается сменная кольцевая диафрагма для регулирования расстояния от оси барабана до поверхности слоя тяжелой жидкости.

В осветляющих сверхцентрифугах осветленная жидкость удаляется через отверстия в головке барабана, а осадок отлагается на стенках барабана и удаляется вручную после остановки центрифуги.

Достоинства

1)      высокая интенсивность разделения (развиваемая центробежная сила в 8-34 раза больше, чем в обычных центрифугах);

2) компактность и герметичность.

Недостатки:

1)   периодическое разделение суспензий;

2)      малая емкость;

)        ручная выгрузка осадка;

)        меньшая разделительная способность, чем для тарельчатых сепараторов.

центрифуга инерционный радиальный прессование

1.3.2.3 Жидкостные сепараторы

Эти сепараторы применяются для разделения эмульсий, а также для осветления жидкости. Они имеют большие, чем в трубчатых сверхцентрифугах, барабаны (диаметр 150-300мм) и меньшее число оборотов (5500- 10 000об/мин).Наиболее распространены тарельчатые сепараторы (рисунок 1.3.2.3.а), в которых процесс центрифугирования ускоряется путем разделения потока жидкости на тонкие слои без увеличения ее скорости.

1- барабан; 2 - конические тарелки; 3 - отверстие в тарелках; 4 - канал для выхода легкой жидкости; 5 - труба для подвода жидкости; 6 - канал для выхода тяжелой жидкости.

Рисунок 1.3.2.3.а - Тарельчатый сепаратор

При разделении более тяжелая жидкость направляется к стенке барабана, движется вдоль нее и удаляется через кольцевой канал 6 в крышке. Легкая жидкость движется к середине барабана, проходит между тарелками и питающей трубой 5, после чего удаляется через край удлиненной горловины верхней тарелки и поступает в канал 4. При осветлении жидкости твердые частицы осаждаются на поверхности каждой тарелки, соскальзывают по ней и скапливаются возле стенок барабана. Осветлённая жидкость поднимается вверх и сливается через край горловины верхней тарелки.

В настоящее время получают распространение тарельчатые сепараторы непрерывного действия с гидравлической выгрузкой сгущенной суспензии (тяжелый компонент) через сопла. Барабан 1 такого сепаратора (рисунок 1.3.2.3.б) образует конусообразную камеру, в которой находится пакет конических тарелок 2. Суспензия поступает через канал в конической вставке 6 в чашу4и проходит между тарелками.

1 - конусообразный барабан; 2 - конические тарелки; 3 - сопла; 4 - чаша; 5 - отверстие для ввода рециркулирующего тяжелого компонента;6 - коническая вставка; 7 - кольцовой канал.

Рисунок 1.3.2.3.б - Барабан сепаратора с гидравлической выгрузкой осадка

Здесь из суспензии выделяется тяжелый компонент, который удаляется из барабана через сопла 3, расположенные по периферии барабана. Легкий компонент удаляется через кольцевой канал 7. В некоторых случаях тяжелый компонент подвергается многократной сепарации, при рециркуляции он возвращается в барабан снизу и поступает на тарелки через отверстия5 в чаше 4. Сепараторы такого типа применяются для отделения твердых частиц катализатора в процессах получения полимеров.

Преимущества тарельчатых сепараторов по сравнению с трубчатыми сверхцентрифугами:

1)  более высокая степень разделения;

2)      большая емкость барабана.

Недостатки:

1)  сложность устройства;

2)      трудность изготовления сепараторов для переработки химически активных жидкостей.

Кроме тарельчатых, применяются также менее интенсивные камерные сепараторы периодического действия

Воднокамерном сепараторе отсутствуют тарелки и разделение производится в полости вращающегося барабана (камеры), в нижнюю часть которого по трубе, проходящей вдоль оси барабана, подается суспензия или эмульсия Труба имеет снизу конический раструб, на наружной поверхности - несколько вертикальных ребер, препятствующих отставанию жидкости от стенок барабана Компоненты разделяемой смеси отводятся сверху через обособленные каналы по оси и периферии барабана

В многокамерном сепараторе в барабане имеется несколько цилиндрических вставок, образующих концентрические камеры, через которые последовательно, от центра к периферии барабана, движется разделяемая смесь.

.4 Оборудование для центробежного формования

.4.1 Свободнороликовая центрифуга

Свободнороликовая центрифуга (рисунок 1.4.1.1) предназначена для изготовления безнапорных раструбных труб длиной 5 м.

Она представляет собой фундаментную раму 1, на которой смонтированы ведущие 7 и ведомые 9 ролики, гидроподъемник 8 и привод. Привод состоит из электродвигателя 2 постоянного тока, цепной передачи 12, дифференциального механизма 11 и колодочных гидравлических тормозов 10. Управляют тормозами при помощи ручного гидравлического насоса 14. Дифференциальный механизм обеспечивает вращение ведущих роликов с различными угловыми скоростями при разных диаметрах бандажей формы и роликов.

Тахогенератор 3 предназначен для контроля за скоростью вращения электродвигателя, а следовательно и формы. Тахогенератор соединяется с электродвигателем через зубчатую передачу 13. В случае применения электродвигателя переменного тока центрифуги оборудуют гидравлическими муфтами или вариаторами.

Ведомые 9 ролики установлены на кронштейнах, которые имеют возможность перемещаться в поперечном направлении по фундаментной раме, в зависимости от диаметра бандажей формы. На стойке 6 на кронштейнах смонтированы ролики5, которые не позволяют форме подпрыгивать и соскальзывать с роликов 7,9 при вращении. Кронштейны с роликами могут перемещаться по высоте и вокруг стойки. Щитки 4 предотвращают разбрызгивание шлама из формы во время вращения.