Конструкции центрифуг и сепараторов

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ОСАЖДЕНИЕ И ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ФИЛЬТРОВАНИЕ

Центробежная сила и фактор разделения

Отстойное центрифугирование

Центробежное фильтрование

Конструкции центрифуг и сепараторов

Разделение неоднородных систем в циклонах

Для разделения неоднородных систем – суспензий и эмульсий под воздействием центробежной силы применяется центрифуги­рование. Под действием центробежной силы в аппарате более тяжелые ча­стицы отбрасываются к стенкам сосуда и неоднородная система разделяет­ся. Использование центробежной силы вместо силы тяжести позволяет ре­гулировать процесс разделения систем и значительно его интенсифициро­вать, так как создаваемое значение центробежной силы может во много раз превосходить значение силы тяжести.

В процессе разделения центробежную силу можно получить вращени­ем сосуда, содержащего неоднородную смесь, или вращением разделяемого потока, вводимого с большой скоростью в неподвижный аппарат специ­альной формы.

Аппараты с вращающимся сосудом – ротором носят название цент­рифуг и жидкостных центробежных сепараторов; неподвижные аппараты с вращающимся в них потоком газа называют циклонами, а жидкости – гидроциклонами.

Стенки ротора центрифуги могут быть сплошными, тогда на их по­верхности накапливается твердый осадок или тяжелая жидкость, которые периодически или непрерывно удаляются - такие центрифуги называются отстойными.

Применяются также центрифуги с перфорированными стенками рото­ра, на поверхности которых размещается фильтровальная ткань, задержи­вающая осадок и пропускающая фильтрат; такие центрифуги называются фильтрующими.

Суспензии можно разделять в роторах как со сплошной, так и с пер­форированной стенкой, а эмульсии – только в роторах, имеющих сплош­ную стенку.

В нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности центрифугирование применяется для отделения воды и твердых частиц от нефти и нефтепродуктов, разделения суспензий с нерастворимой твердой фазой (обработка поливинилхлорида, полистирола, полиэтилена высокого давления, сажевой пульпы и т.д.), при производстве парафина, церезинов и др. процессах.

Центробежная сила и фактор разделения

При вращении тела возникает центробежная сила С (в (кг·м)/с²), направленная по радиусу от оси вращения и равная произведе­нию массы тела m (в кг) на квадрат окружной скорости W (в м/с), делен­ному на радиус вращения r (в м):

C=mW²/ r .

При замене массы весом, деленным на ускорение свободного падения, получим

С = G W/² gr .

Выражая окружную скорость через угловую W = ω r или через частоту вращения n (число оборотов в минуту)

W = 2π rn /60, представим значение центробежной силы в виде

C = m ω ² r = G ω ² r/g (XIV.1)

или С = Gm ² /900= GDn ² /1800, так как π² ≈ g .

Определим отношение центробежной силы к силе тяжести, которое соответствует отношению ускорения, создаваемого центробежной силой ω² r, к ускорению силы тяжести g:

C / G = W 2/ gr = ω² r / g = m ² /900=К_ц (XIV.2)

Это отношение показывает, во сколько раз центробежная сила больше силы тяжести, и называется фактором разделения. В поле действия центробежных сил процесс разделения интенсифицируется пропорционально величине фактора разделения.

Из выражения (XIV.2) следует, что величина К_ц растет пропорционально квадрату числа оборотов n и радиусу вращения r. Существенное увеличение К_ц обычно достигается возраста­нием числа оборотов ротора, тогда как увеличение радиуса вращения ротора лимитируется его прочностными свойствами. Фактор разделения промышленных центрифуг изменяется от 90 до 4000 для нормальных центрифуг и достигает 15000 для сверхцентрифуг.

 

Отстойное центрифугирование

При подаче суспензии во вращающийся ротор образуется кольцевой жидкостный слой, максимальная толщина которого равна ши­рине закраины ротора (рис. XIV-1).

Рис. XIV-1. Схема отстойной центрифуги для разделения суспензий:

1 — питающая (загрузочная) труба; 2 — закраина ротора; 3 — ротор; 4 — кожух.

Потоки: I — суспензия; II — фугат; III—осадок

 

В аппарате под действием центробеж­ной силы происходит осаждение частиц на стенках ротора, а осветленная жидкость по мере поступления новых порций суспензии переливается че­рез закраину и выводится из ротора.

В жидкостном кольце устанавливается движение жидкости снизу вверх. Взвешенные частицы, содержащиеся в исходной суспензии, нахо­дятся под воздействием центробежных и выталкивающих сил. Центробеж­ная сила перемещает частицу со скоростью Wц по направлению от центра к стенке ротора, а выталкивающая — со скоростью v вдоль его стенок. Если время нахождения жидкости в роторе является достаточным для осаждения частиц, то они достигают стенки и образуют слой осадка, а из ротора будет уходить только чистая жидкость.

Такие отстойные центрифуги бывают непрерывно и периодически действующими и от­личаются методами удаления осадка и конструкцией ротора. При полной остановке ротора выгрузка и съем осадка производятся вручную без применения специальных механизмов, а также контейнерным или кассетным способом; на ходу при полном или уменьшенном числе оборотов ротора – при помощи ножей или скребков; при непрерывной работе машины – шнеком, вращающимся относительно ротора, поршнем-толкателем, движущимся возвратно­-поступательно (пульсирующим), а также под действием центробежной силы или силы тяжести и вибраций.

Если в ротор подавать эмульсию из жидкостей с различной плотнос­тью, состоящую, например, из масла со взвешенными в нем капельками воды, то последние, имея большую плотность, под действием центробеж­ных сил будут двигаться к стенке и, сливаясь около нее, образовывать вто­рое внешнее кольцо воды – тяжелой жидкости (рис. XIV-2). Разделившие­ся жидкости постоянно выводят из ротора. Таким образом, отстойная цен­трифуга для разделения эмульсий работает непрерывно.

Рис. XIV-2. Схема центрифуги для разде­ления эмульсий:

1 – кольцевая диафрагма; 2 – закраина ротора; 3 – ротор.

Потоки: I – эмульсия; II – тяжелая жидкость; III – легкая жид­кость

 

Для расчета скорости движения в поле центробежных сил используют те же положе­ния, которые были рассмотрены в процессе осаждения под действием силы тяжести, заменяя силу тяжести центробежной силой или их отношением К_ц.

Такое допущение не учитывает некоторого различия, обусловленного тем, что осажде­ние под действием силы тяжести происходит в плоском слое, тогда как центробежное осаж­дение протекает в кольцевом слое. Общая толщина кольцевого слоя жидкости в роторе цен­трифуги по его длине несколько убывает, однако при достаточно большом числе его оборо­тов это различие настолько мало, что внутренняя поверхность слоя может быть принята за цилиндрическую.

При осаждении частиц в поле центробежных сил по мере движения частиц к стенке ротора в связи с увеличением радиуса вращения возрастает центробежная сила, что также несколько отличает процесс от осаждения под действием силы тяжести.

Если суспензия или эмульсия вращается с угловой скоростью ω и, если плотности жидкости ρ_ж и взвешенных в ней частиц ρ_ч различны, то под действием центробежной силы частицы будут двигаться в направлении ее действия, т.е. радиально, удаляясь от оси вращения или приближаясь к ней.

Не учитывая отмеченных различий и принимая, что действующая сила при центробежном осаждении будет больше движущей силы при отстаива­нии в поле действия силы тяжести в К_ц раз, получим выражение для скорости центробежного осаждения W4i аналогичное уравнению (XII.2):

 

Для ламинарного режима аналогично уравнению (XII.5) получим

          К_ц                     (Х1I.3)

а для газовых суспензий

К_ц

При центробежном осаждении границы возможных режимов движе­ния определяются также численными значениями критерия Рейнольдса: для ламинарного движения Re < 2,0; для переходного 2,0 < Re < 500; для турбу­лентного

Re > 500.

Критериальное уравнение для центробежного осаждения имеет вид аналогичный уравнению (ХII.3):

𝞷Re² =  Аг·К_ц

или

Re =1,155 ^0,5            (XIV.4)

Для наиболее часто встречающегося в практике при расчетах ламинарного режима движения 𝞷 = 24/Re, тогда уравнение (XIV.4) прини­мает вид

Re=     

т.е. режим осаждения будет ламинарным, если Ar · K _ц < 36.

Рассмотрим расчет производительности отстойных центрифуг. Прове­дем расчет для следующих заданных размеров ротора центрифуги R₀, Rи Н (см. рис. ХIV-1).

При расчете примем ламинарный режим осаждения, что соответствует осаждению наиболее мелких частиц, лимитирующих производительность центрифуги, и рассмотрим свободное осаждение, когда концентрация твердого вещества невелика и частицы не оказывают влияния одна на другую. В соответствии с уравнением (XIV.3) переменная скорость осаждения W_ц может быть выражена производной от радиуса по времени, так как частица движется в радиальном направлении:

W _ц =  

Разделяем переменные и, интегрируя в пределах самого длинного пути от R ₀ до R, находим время, затрачиваемое на осаждение наименьшей частицы диаметром d в самом неблагоприятном случае:

 

 

       (XIV.5)

Время осаждения должно быть меньше или в крайнем случае равно времени τ _н нахождения жидкости в роторе. Последнее можно найти, при­нимая, что ротор работает по принципу полного вытеснения, из соотно­шения

 

где V_p — рабочий объем ротора, равный объему жидкостного кольца, находящегося в нем,

V_p = π( R ² - )Н;

V — объем подаваемой в центрифугу жидкости, м3/с.

Отсюда

V =  =                        (XIV.6)

В роторе центрифуги жидкость не претерпевает полного обмена, она движется только в части слоя, прилегающей к внутренней стороне кольца; кроме того, по мере отложения в роторе осадка рабочий объем жидкости уменьшается. Таким образом, приведенный выше расчет вследствие умень­шения величины τ _н не вполне точен. Расчет можно скорректировать, если при нахождении V ввести коэффициент запаса (меньший единицы).

Совместное решение уравнений (XIV.5) и (XIV.6) позволяет определить предельный диаметр частиц полидисперсной смеси, выше которого цент­рифуга обеспечит осаждение при принятой производительности.

При разделении эмульсий (см. рис. XIV-2) ход расчета остается таким же, с той лишь разницей, что капелька диспергированной жидкости долж­на пройти путь меньший, чем R - R₀, так как ей надо лишь пересечь слой ''чужой" жидкости и добраться до "своего" слоя. Учесть это в расчете мож­но, используя другие пределы интегрирования в уравнениях (XIV.5). Если во взвешенном состоянии находятся капельки тяжелой жидкости, то для обес­печения отстоя они должны пройти путь в пределах радиусов вращения от R₀ до R₁, если взвешены капельки легкой фазы — от R до R₁. Радиус R₁ по­верхности раздела слоев обеих жидкостей можно определить из соотноше­ния поперечных сечений обоих жидкостных колец, равного объемному от­ношению жидкостей в исходной смеси. Например, если объемная доля тя­желой жидкости в эмульсии равна х, то доля легкой жидкости окажется 1 - х, и определяется из уравнений

π( R ² - )= хπ( R ² - )    или  π( )= (1-х)π( R ² - ).

 

Центробежное фильтрование

В роторах центрифуг осуществляется фильтрование суспен­зий за счет перепада давления, создаваемого центробежной силой.

Для этого в фильтрующих центрифугах боковая стенка ротора 3 пер­форирована, а на внутренней поверхности стенки размещена дренажная сетка 4 и фильтровальная ткань 5 (рис. XIV-3). Под действием центробеж­ной силы суспензия давит на стенку, жидкость проходит через фильтрую­щую ткань, ее капли попадают в кожух, внутри которого вращается ротор, стекают в поддон и в виде фильтрата выводятся через сливной штуцер. Осадок образуется на стенке и удаляется с нее вручную (при остановке центрифуги) либо на ходу при помощи скребков, ножей или шнеков.

Рис. XIV-3. Схема фильтрующей центрифуги;

1– питающая (загрузочная) труба; 2 – закраина ротора; 3 – перфорированная стенка ротора;

4 – дренажная сетка; 5 – фильтровальная ткань; 6 – кожух.

Потоки: I – суспензия; II– фильтрат; III – осадок

 

Определим движущую силу центробежного фильтрования. Выделим внутри кольца суспензии, находящейся во вращающемся роторе центрифу­ги, элементарный слой толщиной dr, находящийся на расстоянии r от оси вращения (см. рис. XIV-3). Масса этого слоя равна произведению его плотности ρ_с на объем:

dm =ρ_с Н·2πr·dr.

Центробежная сила, действующая на элементарное кольцо, согласно уравнению (XIV. 1) равна  dC = ω²rdm = ρ_с Н · 2πω² r² · dr.

Давление этого кольца на поверхность S суспензии, расположенную за кольцом, составит

dp=  = = ρ_с  · ω ² r · dr.

По закону Паскаля это давление через суспензию передается стенке ротора – фильтрующей перегородке – или слою осадка у стенки. Общий перепад давления при центробежном фильтровании найдем суммированием давлений, соответствующих всем элементарным слоям суспензии:

Δр =  = (R-  ).

При центробежном фильтровании окружная скорость вращения рото­ра ω постоянна и поэтому значение общего перепада давления Δр не меняется. Найдя Δр, дальнейшие расчеты производят как для режима фильтро­вания при постоянном перепаде давления Δр = const по уравнениям (XIII.4) – (XIII.7),

При расчете производительности фильтрующих центрифуг периодиче­ского действия учитывают, что полный цикл работы складывается из сле­дующих этапов: загрузки, пуска и разгона ротора, центрифугирования, промывки осадка, дополнительного отжима, торможения, разгрузки осад­ка. У автоматически работающих центрифуг ряд отмеченных этапов отсут­ствует.

Оценивая продолжительность каждого этапа τ₁, τ₁ и т.д., находят дли­тельность полного цикла τ₁  + τ₂ +. . . = ∑τ  и число циклов в секунду

z = 1 / ∑τ.

Далее для центрифуги выбранного типоразмера определяют рабочий объем ротора

V_p = π( R ² - )Н.

Для периодически действующей центрифуги объем Vp будёт равен максимальной ее производительности за один цикл по исходной суспен­зии; тогда объемная и массовая производительности центрифуги составят соответственно

V ₁ = V_p и G ₁ = V ₁ ρ_с                            (XIV.6)

а число центрифуг на установке

где G — массовый расход суспензии, кг/с.

Если суспензия подается в ротор непрерывно, то весь рабочий объем ротора может быть занят осадком. Тогда в соответствии с уравнением (XIV.6) для исходной суспензии производительность по объему составит

V₁ = V_p(1+ x)z,

где х — объем осадка, приходящийся на 1 м³ фильтрата.

Конструкции центрифуг и сепараторов

Современные промышленные центрифуги и сепараторы — это сложнейшее технологическое оборудование, состоящее из многих ме­ханизмов высокой точности, обладающее высотами скоростями и управ­ляемое с помощью сложных электрогидравлических или электрических систем.

В силу сложившихся традиций центрифуги и сепараторы имеют самостоятельные сис­темы классификации.

Центрифуги могут быть классифицированы по следующим характерным признакам:

а) по характеру протекания процесса центрифуги делят на машины периодического и непрерывного действия;

б) по технологическому назначению или принципу разделения различают следующие ти­пы центрифуг: осадительные (отстойные) и осветляющие — для разделения суспензий; разде­ляющие (сепарирующие) — для разделения эмульсий; фильтрующие — для разделения суспен­зий; комбинированные, в которых сочетаются два принципа разделения — осаждение и фильтрование;

в) по основному конструктивному признаку центрифуги бывают горизонтальные (с го­ризонтальным расположением вала); вертикальные; наклонные; подвесные с верхним приво­дом; подвесные с нижним приводом (маятниковые); вертикальные трубчатые;

г) по способу выгрузки осадка из ротора различают центрифуги с ручной, контейнерной (кассетной), ножевой, шнековой, инерционной, механико-пневматической выгрузкой и вы­грузкой пульсирующим поршнем.

В нефтехимических производствах наиболее перспективны саморазгружающиеся сепа­раторы.

По конструкции разгрузочных устройств такие сепараторы разделяются на три основ­ные группы: с непрерывным, пульсирующим и непрерывно-циклическим отводом осадка.

Конструкции центрифуг и сепараторов, применяемых в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности, много­численны и рассматриваются в специальной литературе. Опишем принци­пиальное устройство только некоторых из них.

Центрифуги маятниковые с нижним приводом. Маятниковые центри­фуги представляют собой вертикальные подвесные самоустанавливающиеся машины периодического действия с нижним приводом. В зависимости от технологического назначения они могут быть фильтрующими и осадитель­ными. По способу выгрузки осадка различают центрифуги с верхней руч­ной выгрузкой через борт, с нижней ручной выгрузкой через днище рото­ра и с контейнерной выгрузкой.

Конструкция фильтрующей маятниковой центрифуги с нижней вы­грузкой осадка представлена на рис. XIV-4.

На подвеске, состоящей из фундаментной плиты 1 и трех оперных колонок 3t подвешена станина 2, на которой монтируют основные узлы и детали центрифуги. Подвеска ста­нины выполнена на тягах, снабженных шаровыми опорными поверхностя­ми, позволяющими центрифуге самоустанавливаться во время работы. Виб­рация машины гасится пружинами, надетыми на тяги и установленными в опорных колонках. В центре станины расположена опора 10 ротора. На верхнем конце вала опоры 9 крепится ротор 5, снабженный бортовым кольцом (закраиной) 5; на нижнем — приводной шкив 14 и тормоз 15. Ро­тор огражден кожухом 4, который вместе со станиной образует сборник фильтрата (фугата для осадительных центрифуг) и одновременно изолирует зону обработки продукта в машине от окружающей среды.-В верхней час­ти кожух оснащен загрузочным устройством 7 и закрыт крышкой 8. При­вод центрифуги расположен снизу и состоит из электродвигателя И, на ва­лу которого закреплена турбомуфта 12, и клиноременной передачи 13, пе­редающей вращение на приводной шкив 14, закрепленный на валу центри­фуги. Роторы фильтрующих центрифуг укомплектованы подкладными (дренажными) ситами.

Маятниковые центрифуги характеризуются простотой и компактно­стью, малой массой и низкой стоимостью.

Рис. XIV-4. Конструкция фильтрующей маятниковой центрифуги с нижней выгрузкой осад­ка:

1 — фундаментная плита; 2 — станина; 3 — опорные колонки; 4 — кожух; 5 — ротор; 6 — бортовое кольцо (закраина); 7 — загрузочное устройство; 8 — крышка; 9 — вал; 10 — опора ротора; 11 — электродвигатель; 12 — турбомуфта; 13 — клиноременная передача; 14 — при­водной шкив; 15 — тормоз

 

Существенными их недостат­ками являются применение ручного труда для выгрузки осадка и периоди­ческие остановки для проведения этой операции, поэтому количество та­ких центрифуг в производстве постепенно уменьшается. На смену им при­ходят более совершенные маятниковые центрифуги — с механизирован­ной выгрузкой осадка (с помощью ножа или скребка).

Центрифуги подвесные с верхним приводом и нижней выгрузкой осадка. Особенностью таких центрифуг является шарнирная подвеска вер­тикального вала с ротором, допускающая отклонение системы от верти­кальной оси и самоцентрирование вращающихся масс. Вследствие этого центрифуги малочувствительны к неравномерной загрузке ротора и обла­дают большой динамической устойчивостью во время работы. Подвесные центрифуги изготовляют с фильтрующим или осадительным ротором, руч­ной или механизированной выгрузкой осадка. В механизированных цен­трифугах осадок

выгружается при пониженной скорости вращения ротора, у центрифуг с ручной разгрузкой — при остановленном роторе.

На рис. XIV-5 представлена подвесная осадительная центрифуга, при­меняемая в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности для очистки присадок к маслам от механических примесей.

Центрифуга снабжена осадительным ротором 7 и обогреваемым кожухом 6 со специ­альным разгрузочным бункером 8. Загрузка ротора осуществляется непре­рывно через питающую трубу 4 с калиброванным наконечником при наи­большей скорости вращения ротора 1500 об/мин. Фугат отводится из ро­тора непрерывно подвижной отводящей трубой 3. Осадок выгружают из ротора с помощью механизма среза 5 периодически при пониженном чис­ле оборотов ротора (до 100 об/мин) в специальный бункер 8. Привод цен­трифуги — от фланцевого электродвигателя 1, соединенного с валом 2 спе­циальной упругой муфтой.

Горизонтальные центрифуги с ножевой выгрузкой осадка. Центри­фуги этого типа изготовляются в двух конструктивных исполнениях: с фильтрующим (рис. XIV-6) и осадительным ротором.

Рис. XIV-6. Конструкция горизонтальной центрифуги с ножевой выгрузкой осадка:

1 — разгрузочный бункер; 2 — питающая труба; 3 — механизм для среза осадка; 4 — воздушник; 5 — кожух; 6 — ротор; 7 — опоры вала; 8 — вал; 9 — станина; 10 — клиноременная передача; И — электродвигатель    

 

Общий конструктив­ный признак центрифуг — горизонтальное расположение оси ротора 6, вал 8 которого вращается в подшипниках качения 7, установленных в ста­нине 9. Привод центрифуги от — электродвигателя 11 через клиноремен­ную передачу 10. На передней крышке центрифуги смонтированы меха­низм среза осадка 3, разгрузочный бункер 1, питающая труба 2. В кожухе 5 центрифуги предусмотрен люк для доступа к ротору при замене или ре монте сит для фильтрующих центрифуг и люк-воздушник 4 для отвода па­ров и газов из внутренней полости кожуха.

Ротор в фильтрующих центрифугах — сварной с перфорированной обечайкой. Внутри ротора при помощи планок и колец закреплены дренажное и фильтрующее сита. В зависи­мости от обрабатываемой суспензии фильтрующие сита могут быть заменены фильтроваль­ными тканями.

Ротор осадительных центрифуг — сплошной сварной. У этих центрифуг в отличие от фильтрующих имеется механизм отвода осветленной жидкости, состоящий из отводящей трубы с силовым гидроцилиндром и дросселем для регулирования скорости поворота отводя­щей трубы.

Основное преимущество горизонтальных центрифуг с ножевой вы­грузкой осадка состоит в возможности проведения всех стадий процесса в автоматическом режиме и при постоянной частоте вращения ротора. К не­достаткам следует отнести измельчение кристаллов при срезе осадка и большие трудности регенерации фильтрующей перегородки при обработке суспензии с нерастворимой твердой фазой.

Осадительные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка (рис. XIV-7). Общий конструктивный признак таких центрифуг — горизонтальное расположение оси конического или цилиндроконического ротора 3 с соосно расположенным внутри него шнеком 4. Ротор и шнек вращаются в одном направлении, но с различным числом оборотов, в ре­зультате чего образующийся осадок перемещается шнеком вдоль ротора. Ротор установлен на двух опорах и приводится во вращение от электродвигателя через планетарный редуктор. Суспензия подается по пи­тающей трубе 1 во внутреннюю полость шнека, откуда через окна обечай­ки шнека поступает в ротор. Под действием центробежной силы происхо­дит ее разделение и на стенках ротора осаждаются частицы твердой фазы. Осадок транспортируется шнеком к выгрузочным окнам 2, расположен­ным в узкой части ротора. Осветленная жидкость (фугат) течет в противо­положную сторону к сливным окнам 6, переливается через сливной по­рог и выбрасывается из ротора. Диаметр сливного порога можно регули­ровать с помощью сменных заслонок или поворотных шайб. Ротор за­крыт кожухом 5 с перегородками, отделяющими камеру 7 (для фугата) от камеры 8 (для осадка).

Осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка предназна­чены в основном для разделения суспензий с нерастворимой твердой фа­зой и применяются для обезвоживания кристаллических и зернистых про­дуктов, классификации материалов и осветления суспензий. Такие центри­фуги успешно применяются в качестве первой ступени сепарирования при переработке нефтешлама.

 

Главное достоинство этих центрифуг — непрерывность процесса и высокая производительность при низком удельном расходе энергии и мас­се машин. К недостаткам таких центрифуг следует отнести невысокую сте­пень обезвоживания осадка, невозможность проведения в машине качест­венной его промывки, а также быстрый износ шнека и ротора при обра­ботке абразивных продуктов.

Центрифуги трубчатые. При разделении стойких эмульсий и осветле­нии суспензий, содержащих незначительные количества твердых высоко­дисперсных примесей, необходимо увеличить фактор разделения Кц. Как видно из уравнения (XIV.2), этого можно достичь увеличением либо г, либо п, так как при этом увеличивается окружная скорость W, Учитывая, что механические напряжения в корпусе ротора возрастают пропорционально квадрату окружной вкорости, что является лимитирующим фактором, уве­личение фактора разделения предпочтительнее обеспечить за счет повышения числа оборотов при уменьшении диаметра ротора.

Использование этого принципа и привело к созданию трубчатых цен­трифуг (сверхцентрифуг) с внутренним диаметром ротора 105 и 150 мм и числом оборотов соответственно 15000 и 13500 в минуту. Для увеличения времени пребывания жидкости в сверхцентрифуге высоту ротора принима­ют в 5-н7 раз большей его диаметра.

Трубчатые центрифуги выпускают с осветляющим или разделительным (сепарирующим) ротором (рис. XIV-8). Общий конструктивный признак центрифуг — трубчатый ротор 1, подвешенный на валу 4, с вертикальной осью вращения и плавающей нижней опорой скольжения. Трехлопастная крыльчатка 2 сообщает разделяемой жидкости угловую скорость ротора. Станина 7 — чугунный литой корпус одновременно служит защитным ко­жухом. Привод центрифуги от индивидуального электродвигателя 3, распо­ложенного в верхней части корпуса, через плоскоременную передачу с на­тяжным устройством.

При работе центрифуги эмульсия подается через сопло питающей трубы 10 в нижнюю часть ротора, струя отражается от отбойного диска 9 к стенкам ротора. Эмульсия, вращаясь вместе с ротором, протекает вдоль его стенок в осевом направлении вверх и разделяется на тяжелую и легкую жидкости. Тяжелая жидкость проходит через отверстия головки, располо­женные у стенки ротора, поступает в нижнюю сливную тарелку 6 и через патрубок выводит­ся из центрифуги. Легкая жидкость проходит через отверстия головки, расположенные бли­же к оси ротора, собирается в верхней сливной тарелке 5 и выводится через патрубок. По­ложение поверхности раздела слоев тяжелой и легкой жидкости регулируют сменной коль­цевой диафрагмой.

При соответствующем изменении головки ротора и периодической разгрузке осадка сверхцентрифуги применяют также и д*я разделения суспензий с незначительным содержа­нием твердой фазы.

Сепараторы. Жидкостные сепараторы — одна из разновидностей оборудования для разделения жидких гетерогенных систем под действием центробежной силы. По характеру процесса и его движущей силы жидко­стные сепараторы наиболее близки к центрифугам.

На рис. XIV-9 представлена конструкция саморазгружающегося та­рельчатого сепаратора с центробежной пульсирующей выгрузкой осадка. На вертикальном валу 4 установлен ротор 8, внутри которого помещен па­кет 7 тонкостенных вставок-тарелок, имеющих несколько отверстий по окружности. Тарелки собраны так, что их отверстия совпадают и образу­ют сквозные каналы, в которые поступает исходная жидкость из цен­трального патрубка. В корпусе ротора установлено также подвижное дни­ще 5, которое периодически опускается и открывает разгрузочные щели 6. Под действием центробежной силы из разгрузочных щелей выбрасывается осадок, который собирается в полости кожуха 9 и выводится из сепарато­ра. Для отвода легкой и тяжелой жидкости используют неподвижные на­порные диски 10 и 11. Привод сепаратора от электродвигателя 1 через чер­вячный редуктор 3.

Рис. XIV-9. Конструкция саморазгружающегося тарельчатого сепаратора фирмы: "Алъфа-Лавалъ

1 — электродвигатель; 2 — тормоз; 3 — червячный редуктор; 4 ~ вал; 5 — подвижное днище;

6 — разгрузочные щели; 7 — пакет тарелок; 8 — ротор; 9 — кожух;

10 — напорный диск лег­кой жидкости; 11 — напорный диск тяжелой жидкости.

Потоки: I — исходная жидкость; II — легкая жидкость; III — тяжелая жидкость; IV — осадок

 

Принцип работы трехфазных тарельчатых сепараторов рассмотрим на примере разде­ления нефтешлама (рис. XIV-10). Перед началом сепарирования по каналу 11 подают буфер­ную воду, которая поступает под подвижное днище 1. Под действием гидростатического давления подвижное днище поднимается и плотно прижимается к крышке ротора 3, перекры­вая разгрузочные щели 2. Нефтешлам подается в центр ротора и по системе сквозных кана­лов в пакете тарелок 4 распределяется между ними. Процесс сепарирования происходит в пакете тарелок, число которых (50+200 шт.) зависит от размеров сепаратора. Выделенная нефть перемещается к оси вращения и выводится из ротора напорным диском б. Вода вме­сте с частицами осадка направляется к периферии ротора. Выйдя из пакета тарелок, вода от­водится из ротора по каналам между разделительной тарелкой 5 и крышкой ротора к на­порному диску 7.

в

Рис. XIV-10. Схема работы ротора саморазгружающегося тарельчатого сепаратора фирмы "Альфа-Лаваль”: а — процесс сепарирования; б — процесс разгрузки; 1 — подвижное днище; 2 — разгрузоч­ные щели; 3 — крышка ротора; 4 — тарелки; 5 — разделительная тарелка; б — напорный диск для нефти; 7 — напорный диск для воды; В — канал подачи промывной воды; 9 — вспо­могательный поршень; 10 — пружина; 11, 12 — каналы подачи буферной воды; 13 — сливной канал. Потоки: I — нефтешлам; 11 — нефть; III — вода; IV — буферная вода; V — осадок

 

После накопления н шламовом пространстве определенного количества осадка его вы- гружают из ротора. Предварительно прекращают отвод воды из сепаратора и по каналу 8 вводится промывная вода в количестве, равном объему подлежащего выгрузке осадка. При этом поверхность раздела легкой и тяжелой фаз смещается внутрь пакета тарелок с тем, что­бы при открытии разгрузочных щелей исключить возможность потерь нефти с выгружаю­щимся осадком и водой. Такой способ оттеснения нефти к центру снижает возможность эмульгирования, требует меньшего количества воды и сохраняет качество отводимой нефти в период разгрузки.

После того как ротор подготовлен к разгрузке, по каналу 12 кратковременным им­пульсом подается буферная вода в камеру над вспомогательным поршнем 9. Гидростатиче­ское давление преодолевает силу пружин 10, и вспомогательный поршень, опускаясь, откры­вает сливные каналы 13. Под действием гидростатического давления в роторе подвижное дни­ще перемещается вниз, открывая разгрузочные щели для выгрузки осадка и воды.

Во время разгрузки подача нефтешлама не прекращается. Разгрузочные щели открыва­ются лишь на 0,1 с, и за это время выбрасывается точно определенный объем осадка и воды. После разгрузки вспомогательный поршень под воздействием пружин перемещается вверх, закрывая сливные каналы 13, вода по каналу 11 подается под подвижное днище, и оно воз­вращается в верхнее положение, перекрывая разгрузочные щели 2. Прекращается подача промывной воды по каналу 8 и продолжается обычный процесс сепарирования.

Сепаратор комплектуется программным регулятором. Все операции цикла выполняют­ся в заданной последовательности с помощью электронных датчиков. Сигнальная система обеспечивает наблюдение за давлением нефти на выходе, исправностью системы разгрузки, напряжением сети, температурой сепарирования, вибрацией.

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1534; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!