Отстаивание
ОТСТАИВАНИЕ (а. settling, gravity sedimentation; н. Abklarung, Absetzen; ф. decantation; и. sedimentacion) — разделение жидкой грубодисперсной системы (суспензии, эмульсии) на составляющие её фазы под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы (капли) дисперсной фазы выпадают из жидкой дисперсионной среды в осадок или всплывают к поверхности. Отстаивание как технологический приём используют для выделения диспергированного вещества или очистки жидкости от механических примесей. Эффективность отстаивания возрастает с увеличением разницы в плотностях разделяемых фаз и крупности частиц дисперсной фазы. При отстаивании в системе не должно быть интенсивного перемешивания, сильных конвекционных потоков, а также явных признаков структурообразования, препятствующих седиментации.
Накопление осадка (сливок) при отстаивании обусловлено скоростью оседания (всплывания) частиц. В простейшем случае свободного движения сферических частиц она определяется законом Стокса. В полидисперсных суспензиях сначала в осадок выпадают крупные частицы, а мелкие образуют медленно оседающую «муть». Разница в скорости оседания частиц, различающихся по размеру и плотности, лежит в основе разделения измельчённых материалов (пород) на фракции (классы крупности) путём гидравлической классификации или отмучивания. В концентрированных суспензиях наблюдается не свободное, а т.н. солидарное, или коллективное, оседание, при котором быстро оседающие крупные частицы увлекают за собой мелкие, осветляя верхние слои жидкости. При наличии в системе коллоидно-дисперсной фракции отстаивание обычно сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции.
Структура осадка зависит от свойств дисперсной системы и условий отстаивания. Грубодисперсные суспензии, частицы которых не слишком сильно различаются по величине и составу, образуют плотный чётко отграниченный от жидкой фазы осадок. Полидисперсные и многокомпонентные суспензии тонкоизмельчённых материалов, особенно с анизометричными (например, пластинчатыми, игольчатыми, нитевидными) частицами, наоборот, дают рыхлые гелеобразные осадки. При этом между осветлённой жидкостью и осадком может быть не резкая граница, а постепенный переход от менее концентрированных слоёв к более концентрированным. В кристаллических осадках возможны процессы рекристаллизации. При отстаивании агрегативно неустойчивых эмульсий скопившиеся у поверхности в виде сливок или у дна капли коалесцируют (сливаются), образуя сплошной жидкий слой. В промышленных условиях отстаивание проводят в отстойных бассейнах (резервуарах, чанах) и специальных аппаратах-отстойниках (сгустителях) различных конструкций.
Отстаивание широко используют при очистке воды в системах гидротехнических сооружений, водоснабжения, канализации; при обезвоживании и обессоливании сырой нефти; во многих процессах химической технологии. Отстаивание применяют также при амбарной очистке буровых промывочных жидкостей; очистке жидких нефтепродуктов (масел, топлив) в различных машинах и технологических установках. В естественных условиях отстаивание играет важную роль при самоочищении природных и искусственных водоёмов, а также в геологических процессах формирования осадочных пород.
Источник
Способы разделения смесей
Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.
| Способы разделения смесей | |
|---|---|
| неоднородных (гетерогенных) | однородных (гомогенных) |
| — Отстаивание — Фильтрование — Действие магнитом — Центрифугирование | — Выпаривание. Кристаллизация. — Дистилляция (перегонка) |
Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.
Отстаивание
Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.
Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.
Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):
На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.
Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:
Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.
Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):
Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).
Центрифугирование
Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.
Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.
Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.
С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.
Фильтрование
Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.
Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.
Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:
При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.
Действие магнитом
С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.
Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:
Выпаривание. Кристаллизация
Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.
Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:
Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.
Дистилляция (перегонка)
Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.
Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:
Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.
Источник
Отстаивание и осаждение
ОТСТАИВАНИЕ И ОСАЖДЕНИЕ
3.1. ОТСТАИВАНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ
Отстаивание — это частный случай разделения неоднородных жидких или газообразных систем в результате выделения твердых или жидких частиц под действием гравитационной силы. Применяют отстаивание при грубом разделении суспензий, эмульсий и пылей. Этот способ разделения характеризуется низкой скоростью процесса. Отстаиванием не удается полностью разделить неоднородную смесь на дисперсную и дисперсионную фазы. Однако простое аппаратурное оформление процесса и низкие энергетические затраты определили широкое применение этого метода разделения в пищевой и смежных отраслях промышленности.
Отстаивание проводят в аппаратах различных конструкций, называемых отстойниками.
При отстаивании должны соблюдаться следующие условия: продолжительность пребывания разделяемого потока в аппарате должна быть равна или больше времени осаждения частиц; линейная скорость потока должна быть меньше скорости осаждения. При нарушении первого условия частицы не успевают выделиться и осесть в аппарате, при нарушении второго возникающие вихревые потоки взмучивают и уносят осаждающиеся частицы из отстойника.
Рассмотрим работу отстойника (рис. 3.1). В прямоугольный отстойник с размерами камеры l, h, b поступает на разделение неоднородная смесь с линейной скоростью v. При движении суспензии в отстойнике происходит отстаивание: твердые частицы оседают на дно, образуя слой осадка.
Отстойники рассчитывают на отстаивание самых мелких частиц.
Установим связь между производительностью отстойника и его размерами.
Рис.3.1. К расчёту производительности отстойника
где Vτ — секундная производительность отстойника, м3/с; τ0 — средняя продолжительность отстаивания частиц, с. Последняя связана со средней скоростью отстаивания частиц vo соотношением τo=h/v0.
Удельная производительность отстойника
(3.1)
т. е. она равна произведению площади отстаивания (
) на скорость отстаивания. Скорость отстаивания определяется в зависимости от режима по формуле (2.13).
Продолжительность отстаивания можно сократить, если уменьшить высоту слоя жидкости (путь отстаивания). Это условие реализовано в конструкциях многоярусных отстойников в тарельчатых сепараторах.
Если задана производительность отстойника, то из уравнения (3.1) можно определить площадь поверхности отстаивания
или 
(3.2)
где: 
— производительность отстойника, равная 
кг/с; 
— плотность продукта, кг/м3,
или с учетом уравнения (2.1)
. (3.3)
Эффективность работы отстойника может быть увеличена посредством уменьшения пути отстаивания частиц, т. е. высоты слоя жидкости h. Это условие реализовано в многоярусных отстойниках.
3.2. ОСАЖДЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ
С целью интенсификации разделения пылей, суспензий и эмульсий процесс осаждения проводят под действием центробежной силы.
Для создания поля центробежных сил используют два технических приема: поток жидкости или газа вращается в неподвижном аппарате; поток поступает во вращающийся аппарат и вращается вместе с ним. В первом случае процесс называется циклонным, а аппарат — циклоном, во втором — отстойным центрифугированием, а аппарат — отстойной центрифугой или сепаратором.
Во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует центробежная сила, под действием которой частица движется от центра к стенке аппарата со скоростью, равной скорости осаждения. Центробежная сила
(3.4)
где: m – масса частицы, кг; 
— окружная скорость вращения, м/с; r – радиус вращения, м.
Окружная скорость вращения wr=ωr= 2πпr/60, где ω — угловая скорость вращения, рад/с; п — частота вращения, мин -1 (об/мин).
Сравним эффективность разделения под действием силы тяжести и центробежной силы. В гравитационных отстойниках на частицу действует сила тяжести
(3.5)
Из сопоставления уравнений (3.4) и (3.5) получим
Gn/GT=
.
Таким образом, центробежная сила больше силы тяжести в Кц раз. Величина Kц=
/(gr) носит название фактора разделения.
Эффективность разделения в поле центробежных сил повышается с увеличением частоты вращения ротора центрифуги и уменьшением его диаметра. Выразив окружную скорость вращения через частоту вращения, получим
Фактор разделения является важной характеристикой центрифуги, определяющей ее разделяющую способность.
Расчет скорости осаждения в поле центробежных сил производится по соотношениям (2.13) и (2.10). (2.12) при подстановке в них вместо критерия Аrм, модифицированного критерия Аrм, равного КцАr.
При ламинарном движении скорость центробежного осаждения частицы определяется из уравнения Стокса:
(3.6)
Продолжительность осаждения 
найдем из выражения
(3.7)
Подставив vц из (3.6) в (3.7) и проведя интегрирование, получим уравнение для определения продолжительности осаждения частиц под действием центробежной силы при ламинарном движении
Процесс разделения суспензий в отстойных центрифугах складывается из стадий осаждения твердых частиц на стенках барабана и уплотнения осадка.
Производительность осадительных центрифуг на практике ниже, чем полученная расчетным путем, так как, во-первых, производительность центрифуг снижается из-за отставания скорости вращения частиц жидкости от скорости вращения ротора центрифуги; во-вторых, из-за неравномерного течения жидкости вдоль ротора осадившиеся частицы смываются с его стенок; в-третьих, образующиеся вихревые потоки взмучивают частицы.
Коэффициент эффективности отстойных центрифуг учитывает снижение действительной производительности по сравнению с расчетной μ=Qд/Qτ, где Qд — действительная производительность; Qτ — расчетная производительность.
Коэффициент эффективности для каждой конкретной конструкции центрифуг определяется опытным путем.
3.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТСТАИВАНИЯ И ОСАЖДЕНИЯ
Оборудование для отстаивания и осаждения по принципу действия делится на гравитационные отстойники, отстойные центрифуги, гидроциклоны и сепараторы.
Отстойники бывают периодического, непрерывного и полунепрерывного действия.
Отстойник периодического действия представляет собой плоский бассейн без перемешивающих устройств. Бассейн заполняется суспензией, которая отстаивается в нем в течение необходимого для разделения времени. Затем осветленный слой жидкости сливают (декантируют) через штуцера, расположенные выше слоя осадка. Осевший осадок (шлам) выгружают вручную.
Размеры и форма отстойников зависят от концентрации дисперсной фазы и размеров частиц. С увеличением плотности и размеров частиц размеры отстойника уменьшаются. Продолжительность отстаивания зависит от вязкости дисперсионной фазы, которая снижается с повышением температуры. Поэтому для ускорения процесса отстаивания суспензию подогревают (если это не противоречит технологии).
В отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками (рис. 3.2) суспензия подается через штуцер и направляется с помощью наклонных перегородок попеременно сверху вниз и снизу вверх. Устройство перегородок увеличивает продолжительность пребывания суспензии и площадь поверхности отстаивания. Шлам собирается в конических бункерах и по мере накопления удаляется из них через краны.
Рис. 3.2. Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками:
1 — корпус; 2 — наклонные перегородки; 3 — бункера
Осветленная жидкость отводится из отстойника через верхний штуцер.
Наибольшее распространение в промышленности получили отстойники непрерывного действия
Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой (рис. 3.3) представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем и внутренним кольцевым желобом вдоль верхнего края отстойника. Мешалка с наклонными лопастями, на которых расположены гребки для перемещения осадка к разгрузочному люку, вращается с переменной частотой от 0,02 до 0,5 мин-1.
Рис. 3.3. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой:
1 — кольцевой желоб; 2 — мешалка; 3 — гребок; 4 — люк; 5 — коническое днище; 6 —цилиндрический резервуар
Суспензия непрерывно подается по трубе в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и отводится из отстойника. Шлам удаляется при помощи диафрагменного насоса. Извлечение жидкости из шлама, если она является ценной для производства или ее извлечение необходимо по технологическим условиям, производится в установке для противоточной промывки. В таких отстойниках достигаются равномерная плотность осадка, эффективное его обезвоживание. Недостатком гребковых отстойников является их громоздкость.
В многоярусных отстойниках, которые представляют собой несколько отстойников, поставленных один на другой, или цилиндрический резервуар с коническим днищем, внутри которого имеются конические перегородки, разделяющие отстойники на ярусы (рис. 3.4). В результате этого значительно снизилась громоздкость и увеличилась площадь поверхности отстаивания. Такие отстойники используют на сахарных заводах для сгущения сатурационных соков.
Отстойник имеет общий вал, на котором расположены гребковые мешалки. Суспензия через распределительное устройство подается по трубам в стаканы каждого яруса отстойника. Осветленная жидкость собирается через кольцевые желоба в коллектор. Ярусы соединены стаканами для удаления шлама. Стакан каждого вышерасположенного яруса опущен нижним концом в слой шлама нижерасположенного яруса. Таким образом ярусы отстойника последовательно соединены по шламу. Шлам удаляется только из нижнего яруса через разгрузочный конус, в котором установлен скребок.
Рис. 3.4. Многоярусный отстойник:
1 — распределительное устройство; 2 — трубы; 3 — стакан; 4 — гребковая мешалка; 5 — разгрузочный конус; 6 — скребок; 7 — коллектор; 8 — рама
Отстойник для непрерывного разделения эмульсий (рис. 3.5) состоит из нескольких частей. Эмульсия подается в левую часть отстойника, откуда поступает в среднюю сепарационную камеру. Перегородки 2 позволяют регулировать высоту уровня смеси. В сепарационной части исходная смесь разделяется на составляющие под действием сил тяжести. Легкая жидкость поднимается и вытекает из отстойника через верхний штуцер. Тяжелая жидкость опускается, проходит под правой перегородкой 3 и вытекает через нижний штуцер. Каналы для выхода жидкости образуют сообщающиеся между собой сосуды.
Рис. 3.5. Отстойник для непрерывного разделения эмульсий:
1 — корпус; 2 — левая перегородка; 3 — правая перегородка
Центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением вала и барабана, периодического действия (подвод суспензии и выгрузка осадка производятся периодически), полунепрерывного (суспензия подается непрерывно, а осадок выгружается периодически) и непрерывного действия (подача суспензии и выгрузка осадка осуществляются непрерывно).
Отстойная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка (рис. 3.6) состоит из барабана, насаженного на вращающийся вал и помещенного в корпус. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана, твердые частицы осаждаются в виде сплошного слоя осадка на стенке барабана, а осветленная жидкость переливается в кожух и удаляется через расположенный внизу патрубок. По окончании процесса осадок выгружается из центрифуги.
Рис. 3.6. Отстойная центрифуга:
1 — вал; 2 — барабан; 3 — корпус
Процесс в отстойной центрифуге состоит из разделения (осаждения) суспензии и отжима или уплотнения осадка.
В автоматических отстойных центрифугах (рис. 3.7) загрузка материала, промывка, пропаривание и выгрузка осадка выполняются автоматически. Осадок после отделения жидкости снимается ножом 3 или скребком, который срезает его и направляет в желоб или на конвейер. Нож управляется при помощи гидравлического цилиндра; с ножом сблокирован пневматический молоток, который ударяет по желобу для облегчения выгрузки осадка.
Рис. 3.7. Автоматическая отстойная центрифуга:
1 — гидравлический цилиндр; 2 — барабан; 3 — нож; 4 — желоб; 5 — штуцер для удаления фугата; 6 — труба для суспензии
Последовательность и продолжительность отдельных стадий полного цикла центрифугирования регулируются электрогидравлическим автоматом, который состоит из масляного насоса, редуктора и гидравлических цилиндров, управляемых сервомотором.
Описанная центрифуга предназначена для разделения грубых и средних суспензий.
Непрерывнодействующие отстойные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка (НОГШ) применяют в крахмало-паточном производстве для получения концентрированного крахмального осадка и в других производствах.
Центрифуга (рис. 3.8) состоит из ротора и внутреннего шнекового устройства, заключенных в корпус. Суспензия подается через центральную трубу в полый вал шнека. На выходе из этой трубы внутри шнека суспензия под действием центробежной силы распределяется в полости ротора.
Рис. 3.8. Непрерывно действующая отстойная горизонтальная центрифуга со шнековой выгрузкой осадка:
1 — корпус; 2 — ротор; 3 — шнековое устройство; 4 — полый вал; 5 — центральная труба; 6 — камера осадка; 7— патрубок для фильтрата
Ротор вращается в кожухе в полых цапфах. Шнек вращается в цапфах, находящихся внутри цапф ротора. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам ротора, а жидкость образует внутреннее кольцо, толщина которого определяется положением сливных отверстий на торце ротора. Образовавшийся осадок перемещается вследствие отставания скорости вращения шнека от скорости вращения ротора к отверстиям в роторе, через которые он выводится в камеру 6 и удаляется из центрифуги.
При движении вдоль ротора осадок уплотняется. При необходимости он может быть промыт.
Осветленная жидкость отводится через сливные отверстия в камеру фильтрата и удаляется через патрубок 7.
Путем изменения частоты вращения ротора и шнека можно регулировать режим работы центрифуги, изменяя продолжительность отстаивания и выгрузки осадка.
Центрифуги типа НОГШ обладают высокой производительностью и применяются для разделения тонкодисперсных суспензий с высокой концентрацией твердой фазы.
Производительность отстойных центрифуг определяется скоростью осаждения, фактором разделения и площадью поверхности осаждения в роторе центрифуги и описывается формулой
где: 
— коэффициент пропорциональности; 
— площадь поверхности зеркала суспензии в барабане, м2 (здесь Ro — внутренний радиус кольцевого слоя суспензии, м2; L — длина барабана, м); vц=voКц — скорость центробежного осаждения, м/с (здесь vo — скорость гравитационного осаждения, м/с; Кц — фактор разделения).
Из последнего уравнения получено выражение для расчета производительности (в м3/ч) отстойных центрифуг с ножевым съемом осадка
(3.8)
где: k – отношение продолжительности подачи суспензии к общему времени работы центрифуги.
Производительность (в м3/ч) центрифуги НОГШ по суспензии
где: Dсл, Lсл — соответственно диаметр и длина сливного цилиндра, м; 
т, ж — плотность соответственно частиц и среды, кг/м3; d — наименьший диаметр частиц, м; п — частота вращения ротора, мин -1; 
— динамический коэффициент вязкости, Па*с.
Сепараторы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий: они обеспечивают эффективное отделение дрожжей от сброженной бражки, тонкое осветление виноматериалов, обезжиривание молока и др.
Тарельчатый дрожжевой сепаратор с внутренними соплами (рис. 3.9) состоит из барабана и пакета тарелок, заключенных в корпус, который смонтирован на общей раме с электродвигателем.
Рис. 3.9. Дрожжевой сепаратор:
а — общий вид; б — схема работы тарелок; 1 — корпус; 2 — внутреннее сопло; 3 — привод; 4 — рама; 5 — сменная втулка рабочего вала; 6 — регулируемая напорная труба; 7 — клапан системы безразборной мойки; 8 — пакет тарелок
Вал с насажденными на него тарелками приводится во вращение электродвигателем через ременную передачу. Сепаратор снабжен клапанами для его безразборной промывки. Клапаны автоматически открываются при снижении частоты вращения за счет накопления осадка.
Вход суспензии в сепаратор осуществляется по внешней кольцевой трубе (рис. 3.9,б). Суспензия поступает под нижнюю перфорированную тарелку, достигает под действием центробежной силы нижней поверхности тарелки, частично разделяется и поступает в межтарельчатое пространство вышерасположенной тарелки.
Пакет сепарационных тарелок увеличивает эффект сепарирования за счет сокращения пути свободного осаждения дрожжевых частиц. Если дрожжевая частица достигла нижней поверхности тарелки, то можно считать, что она практически выделилась из смеси. Осевшие частицы дрожжей через внутренние сопла поступают во внутреннюю кольцевую трубу и выводятся из сепаратора. Осветленная жидкость выводится по периферийной трубе.
В саморазгружающийся сепаратор (рис. 3.10), который предназначен для разделения суспензий, содержащих более 1% твердых частиц, суспензия подается в барабан сверху через центральную впускную трубку и распределяется по периферии с помощью распределительного конуса. Твердые частицы как более тяжелая фаза направляются к стенке барабана. Жидкость выходит из барабана в его верхней части после прохождения через дисковую насадку и встроенный насос с напорным диском. Осадок выгружается из барабана сепаратора через определенные интервалы времени без остановки сепаратора. Выгрузка осадка достигается за счет того, что внутреннее дно барабана может свободно перемещаться по вертикали. Во время сепарирования дно под действием гидравлического давления уплотняющей жидкости прижимается к верхней части барабана, обеспечивая надежную герметизацию. Через определенные интервалы времени автоматически по заданной программе резко снижают давление уплотняющей жидкости, что вызывает перемещение дна барабана вниз. При этом открывается кольцевая щель, через которую под действием центробежной силы выгружаются твердые частицы.
Рис. 3.10. Схема работы тарелок саморазгружающегося сепаратора
Повышение и понижение гидравлического давления осуществляются посредством «импульсов» рабочей жидкости, подаваемой снаружи в систему, приводящую в действие барабан. Эти импульсы и последующие выгрузки твердых частиц (известны под названием «выстрелов») регулируются устройством для выгрузки, приводимым в действие датчиком времени или самозащелкивающимся устройством, срабатывающим, как только твердые частицы достигают определенного уровня в пространстве, где они удерживаются.
Выгрузка твердых частиц может быть частичной, полной или комбинированной.
Сопловые сепараторы с непрерывным удалением осадка применяют для разделения суспензий, содержащих от 6 до 30 % твердых частиц. Центробежная сила, развиваемая в таких сепараторах, в 6000. 9000 раз больше силы тяжести. Производительность достигает 150 м3/ч.
Сепараторы высокопроизводительны, компактны, герметичны, изготовляются из антикоррозийных материалов, просты в обслуживании (сборка, разборка и периодическая промывка сепараторов производятся с помощью специальных устройств и моющих машин), не требуют значительных затрат ручного труда, могут работать по заданной программе. Недостаток аппаратов — высокая стоимость.
Производительность молочного сепаратора (в м3/ч) можно определить по формуле
Vτ= 221,4
,
где: — КПД сепаратора (=0,5.. .0,7); dч — диаметр частиц жира, м; n — частота вращения, с-1; z — число тарелок; 
— угол наклона тарелок (=45. 55°); 
и 
— соответственно внешний и внутренний радиусы тарелки, м; t — температура сепарирования, °С (t=40. 50 °С).
Разновидностью соплового сепаратора является бактофуга (рис. 3.11), которая представляет собой герметичный высокоскоростной сопловой сепаратор, выполненный в виде осветлителя и снабженный рубашкой для охлаждения, а также циклоном для деаэрации концентрата.
Рис. 3.11. Схема бактофуги:
1 — вход технологической жидкости через полый вал; 2 — выход концентрата через сопла; 3 — штуцер для выхода деаэрированного концентрата из циклона; 4 — поток циркулирующего воздуха в циклоне; 5 — штуцер для выхода осветленной жидкости из бактофуги
Преимущества бактофуги — высокий фактор разделения (это позволяет разделять суспензии, содержащие очень мелкие частицы, такие, как бактерии), непрерывная выгрузка концентрата твердых частиц, не содержащего воздуха; герметичный вход технологической жидкости и выход осветленной жидкости; охлаждение во время сепарирования, наличие устройства для предотвращения утечки загрязненного воздуха.
В бактофуге сепарирование происходит также в барабане с набором конических тарелок. Для непрерывной выгрузки осадка предусмотрены два расположенных по периферии сопла 2. Технологическая жидкость в условиях герметичности подается снизу в полый вал 1 и под действием центробежной силы распределяется по тарелкам. Тяжелая фаза непрерывно разгружается через сопла вместе с небольшим количеством жидкой фазы. Основная часть осветленной жидкости в условиях герметичности выходит через штуцер 5. Влажный концентрат, выходящий из сопл, собирается в крышке центрифуги, а затем поступает в циклон, где деаэрируется. Концентрат выгружается из циклона через штуцер 3, а загрязненный воздух циркулирует через циклон и крышку барабана циклона.
Такие бактофуги применяют при очистке молока от находящихся в нем бактерий (до 99%), в фармацевтической промышленности для извлечения осажденных белков (таких, как гамма-глобулин) и различных ферментов.
Гидроциклоны применяют для осветления, обогащения суспензий, классификации твердых частиц по размерам от 5 до 150 мкм, а также для очистки сточных вод после мойки пищевых агрегатов.
Корпус гидроциклона (рис. 3.12) состоит из верхней цилиндрической части и конического днища. Качество разделения в гидроциклонах зависит от угла конусности. Оптимальным считают угол, равный 10. 15°. При таком угле удлиняются коническая часть гидроциклона и путь твердых частиц и, следовательно, увеличиваются время пребывания частиц и качество разделения.
Рис. 3.12. Гидроциклон:
1 — тангенциальный штуцер; 2 — патрубок; 3 – перегородка; 4 – цилиндрический корпус; 5 — коническое днище; 6 — штуцер для выхода шлама
Суспензия подается тангенциально в цилиндрическую часть и приобретает вращательное движение. Скорость суспензии на входе в гидроциклон составляет 5. 25 м/с. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и движутся по спиральной траектории вдоль стенок вниз к штуцеру 6, через который отводятся в виде шлама. Осветленная жидкость движется во внутреннем спиральном потоке вверх вдоль оси гидроциклона и удаляется через патрубки 2.
Гидроциклоны, применяемые в качестве классификаторов, имеют диаметр 300. 350 мм и высоту 1,0. 1,2 м. Для сгущения грубых суспензий используются гидроциклоны диаметром 100 мм, для сгущения и осветления тонких суспензий — гидроциклоны диаметром 10мм, обычно объединяемые в общий агрегат, в котором они работают параллельно (мультигидроциклон).
Производительность гидроциклонов (в м3/ч) может быть рассчитана по уравнению
где: dсл— диаметр сливного патрубка, м; D — диаметр цилиндрической части, м; 
р — перепад давления в гидроциклоне. Н/м2.
Сверхцентрифуги (рис. 3.13) имеют ротор малого диаметра — не более 200 мм, вращающийся с большой скоростью — до 4500 мин -1. Фактор разделения составляетВ таких центрифугах разделяют очень тонкодисперсные суспензии и эмульсии (обезжиривание молока).
Рис. 3.13. Сверхцентрифуга
1 — корпус; 2 — ротор; 3 — лопасть; 4 — подпятник; 5 — труба; 6 — отверстие для выхода осветленной жидкости; 7 — шпиндель; 8 — опора; 9 — шкив
1. Какие неоднородные системы разделяют методом отстаивания? 2. В чем заключается расчет отстойников? 3. Что является движущей силой отстаивания? Как она определяется? 4. Какими методами можно повысить эффективность разделения неоднородных смесей по сравнению с отстаиванием? 5. Какими факторами определяется эффективность разделения в поле центробежных сил? 6. Какое оборудование применяется для разделения неоднородных смесей? 7. Отстойники каких конструкций используются для разделения суспензий? 8. Какие типы отстойных центрифуг применяются для разделения суспензий? 9. Что является движущей силой в центрифугах, сепараторах и гидроциклонах? Каково соотношение движущих сил в отстойниках и центрифугах? 10. В чем заключается расчет отстойных центрифуг? 11. Какие методы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий? 12. Чем различаются конструкции сепараторов для разделения эмульсий и суспензий? 13. В каких случаях применяют гидроциклоны, сепараторы и сверхцентрифуги?
Источник
