ГЛАВА 6. РАЗДЕЛЕНИЕ ЖИДКИХ И ГАЗОВЫХ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ

Неоднородные системы и методы их разделения

Неоднородными или гетерогенными называют системы, состоя­
щие из двух или нескольких фаз. В химической промышленности
неоднородные системы разделяют на отдельные фазы с целью очи­
стки газовой или жидкой фазы от загрязняющих частиц или для
выделения ценных продуктов, взвешенных в газовой или жидкой
фазе.   '      .        . -

S3

Гетерогенная система представляет собой сплошную среду, в которой распределены мелкие частицы дисперсной (раздроблен­ной) фазы. В зависимости от физического состояния фаз различа­ют суспензии, эмульсии, пены, дымы и туманы.

Суспензия — система, состоящая из сплошной жидкой фазы, в которой взвешены твердые частицы. Эмульсия — система, состоя­щая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой. Пена — система, состоящая из жид­кости и распределенных в ней пузырьков rasa. Дымы — системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого мате­риала. Туман — система, состоящая из газа и. распределенных в нем капель жидкости, образовавшихся в результате конденсации пара.

Методы разделения гетерогенных" систем классифицируются в зависимости от размеров взвешенных частиц дисперсной фазы, разности плотности дисперсной и сплошной фаз, а также вязкости сплошной фазы. Применяют следующие основные методы разделе­ния: осаждение, фильтрование, центрифугирование, мокрое разде­ление, электроочистку.

Осаждение представляет собой процесс разделения, при кото­ром взвешенные в жидкбсти или газе твердые или жидкие частицы дисперсной фазы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежной или электростатической силы. Осаж­дение под действием силы тяжести называется отстаиванием.

Фильтрование — процесс разделения с помощью пористой пере­городки, способной пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные в среде твердые частицы. Фильтрование осуществля­ется под действием сил давления и применяется для более тонкого, чем при осаждении, разделения суспензий и пылей.

Центрифугирование — процесс разделения суспензий и эмуль­сий под действием центробежной силы.

Мокрое разделение — процесс улавливания взвешенных в газе частиц с помощью какой-либо жидкости.

Электроочистка — очистка газов под воздействием электриче­ских сил.

Несмотря на то что методы разделения жидких и газовых не­однородных систем основаны на одинаковых принципах, применя­емое для этих целей оборудование имеет ряд особенностей. Поэто­му процессы разделения жидких- и газовых систем рассматривают­ся отдельно.

Материальный баланс процесса разделения

Рассмотрим неоднородную систему, состоящую из сплошной фазы А и взвешенных частиц вещества В (дисперсной фазы). Сплошная фаза Л может быть жидкостью или газом, а фаза В пред­ставляет собой частицы твердого вещества или жидкости. Обозна­чим количество исходной смеси, подлежащей раздедению, G_CM>а концентрацию фазы В в смеси Х_си. Разделение исходной смеси

64

позволяет получить фазу А в количестве G \ и фазу В в количе­стве G₂. При неполном-разделении фаза В образует в G \ концент--рацию X] и в G₂концентрацию Х₂-

Поскольку потери вещества при разделении отсутствуют, урав­нение материального баланса процесса разделения имеет вид

Gc ^ d + Ga .                                   (6.1)

Общее количество вещества В в процессе разделения также не изменяется, поэтому можно записать уравнение баланса по дис­персной фазе:

0^X^=0, X . + G . X ,.                            (6.2)

Совместное решение двух уравнений дает формулы для расче­
та количеств Gi и G₂в зависимости от концентраций Х_ги Х₂ве­
щества В:                                       .                  .

G ^ G ^^ p ^,                                         (6.3)

G₂=G_CM^X ™- ^X ' .   • • .               (6.4)

л.₂—л₁

Уравнения материального баланса, а также формулы для рас­чета G[ и G₂справедливы для любых двухфазных неоднородных систем..

Разделение жидких систем

Отстаивание

Отстаивание — наиболее дешевый процесс разделения неодно­родных систем. Оно не обеспечивает извлечения самых мелких частиц из жидкости и характеризуется небольшой скоростью осаж­дения, поэтому используется в основном для частичного разделе­ния неоднородных систем. Преимуществом процесса отстаивания являются простое аппаратурное оформление и малые энергетиче­ские затраты.

Аппараты, в которых проводится отстаивание, называются от­стойниками. Различают отстойники периодического и непрерывно­го действия, причем аппараты непрерывного действия могут быть одноярусные и многоярусные.

Отстойники периодического действия (рис. 39) представляют собой низкие бассейны без перемешивающих устройств. Отстойник заполняется суспензией, которая остается в состоянии покоя в те­чение времени, необходимого для оседания твердых частиц на дно аппарата. После этого слой осветленной жидкости сливают через сифонную трубку или шланг. Осадок представляет собой шлам, содержащий значительное количество жидкости. Шлам выгружа­ют из аппарата вручную, что представляет значительное неудоб­ство.

3-т2063

65

Размеры аппарата периодического действия зависят от „кон­центрации диспергированной фазы и размеров частиц. Чем круп­нее частицы и чем больше их плотность, тем быстрее происходит отстаивание и тем меньшие размеры может иметь'аппарат. Ско­рость отстаивания зависит также от температуры. С увеличением температуры вязкость жидкости уменьшается, вследствие чего уве­личивается скорость осаждения.

В отстойниках непрерывного действия осветленная жидкость и образующийся осадок удаляются непрерывно. Одной из характе-

2 J / j _\ 1сВетленнвя жидкость

— t » t —•—|

Рис. 39. Отстойник перио­дического действия

Рис. 40. Отстойник непре­рывного действия:

/ — гребки, 2 — цилиндрический

резервуар, 3 — кольцевой желоб.

I—мешалка

ристик отстойников непрерывного действия является время пребы­вания суспензии в аппарате, которое рассчитывается как результат деления рабочего объема-камеры отстойника V_v(м³) на объемный расход исходной смеси Q_HCX(м³/с):

t=K_p/Q_HCX.           -                     (6.5)

При отстаивании суспензии в отстойнике непрерывного дейст­вия необходимо выполнение, основного требования — время пребы­вания исходной смеси в аппарате должно быть больше или равно времени осаждения частиц. Несоблюдение этого условия приводит к тому, что частицы не успевают оседать на дно аппарата.

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой (рис. 40) представляет собой цилиндрический резервуар 2 с-кони-ческим днищем и кольцевым желобом 3, расположенным в верхней части аппарата. В аппарате имеется мешалка 4 с гребками 1, рас-т положенными таким образом, что при вращении мешалки по часо­вой стрелке скапливающийся осадок перемещается к центрально­му штуцеру в дне сосуда. Мешалка вращается очень медленно, совершая 0,015—0,5 об/мин и не нарушая процесса осаждения. Исходная суспензия подается в верхнюю центральную часть аппа­рата, осветленная жидкость удаляется из' верхнего желоба, а оса-. док, содержащий большое количество жидкости и достаточно под-

66

вижныйшлам, откачивается шламовым насосом через нижний штуцер днища.

Отстойники непрерывного действия с мешалками не треоуют ручного труда для выгрузки осадка, обладают большой произво­дительностью, могут быть легко автоматизированы, но не допуска­ют значительного обезвоживания осадка. Размеры отстойников {диаметры аппаратов) колеблются в широких пределах —от 1,8 до 120 м. При таких больших размерах мешалка изготавливается

 

 

Рис. 41. Двухъярусный отстойник:

/ — емкость исходной сус­пензии, 2 — патрубок подачи суспензии, 3 — отвод освет­ленной жидкости, 4, 5 — от­вод шлама

Рис. 42. Отстойник для разде­ления эмульсий:

/— штуцер поступления эмульсии,

2 — перфорированная перегородка,

3 — штуцер отвода легкой фазы,
4 — штуцер отвода тяжелой фазы

Рис. 43. Схема процесса   филь­трования:

/ — сосуд для фильт­рования, 2 — осадок, 3 — фильтровальная перегородка, 4.—лож­ное (перфорирован­ное) днище

в виде мостовой фермы ( пролет 1=60 м), один конец которой опи­рается на кольцевой рельсовый путь, уложенный на внутренней стенке аппарата, а второй — на, центральную опору, вокруг кото­рой мешалка вращается. • ■

Для уменьшения площади, занимаемой отстойниками, приме­няются, многоярусные аппаратыгПростейший двухъярусный от­стойник (рис. 41) представляет собой два аппарата, поставленных друг на друга и имеющих общий вал для мешалок. В местах про­хода вала сквозь днище верхнего отстойника установлены уплот-. няющие сальники. Таким образом, слив осветленной жидкости и выгрузка осадка осуществляются раздельно для каждого яруса от­стойника.

Непрерывно действующий отстойник для разделения эмульсий показан на рис. 42. Он представляет собой горизонтальный резер­вуар, внутри которого против входного штуцера 1 установлена отбойная перегородка 2 с отверстиями. Перегородка, необходима для предотвращения перемешивания отстаиваемой жидкости стру­ей поступающей эмульсии. Движение жидкости внутри аппарата должно быть ламинарным. Легкая жидкая фаза - удаляется из аппарата по трубопроводу 3, тяжелая—по трубопроводу 4, выпол­ненному в виде сифона.

3*

67

Фильтрование'

Процесс разделения суспензий с использованием пористых пе­регородок, которые задерживают твердую фазу суспензии и про­пускают ее жидкую фазу, называется фильтрованием. Этот процесс в простейшем случае осуществляется на фильтре (рис. 43), состоя­щем из. сосуда .1, в котором имеется ложное (перфорированное) днище 4. На ложное днище уложена фильтровальная перегородка 3. Под действием разности давлений по обе стороны фильтрующей перегородки жидкость, называемая фильтратом, прбходит через ее 'поры, а твердые частицы суспензии задерживаются на' ней, обра­зуя слой осадка 2.

Необходимую разность давлений по обе стороны фильтроваль­ной перегородки создают с помощью вакуума под перегородкой или избыточного давления над перегородкой.

По мере накопления осадка на фильтровальной перегородке возникает дополнительное сопротивление прохождению жидкости. Если перепад давления по обе стороны перегородки поддержива­ется постоянным, то количество фильтрата уменьшается и скорость фильтрования падает. Скорость фильтрования можно поддержи­вать постоянной, если по мере накопления слоя осадка увеличи­вать перепад давления. Практически, во избежание излишнего уплотнения осадка и увеличения его сопротивления, предпочитают работать при постоянном перепаде давления, создавая для этой цели под фильтровальной перегородкой вакуум.

Фильтровальные перегородки — основной элемент фильтра. От выбора фильтровальной перегородки зависят производительность . фильтра и чистота фильтрата. Правильно выбранная фильтро­вальная перегородка должна иметь поры по возможности больше­го размера для уменьшения ее гидравлического сопротивления. В то же время.размер пор должен обеспечивать высокую чистоту фильтрата. Фильтровальные перегородки изготавливаются из раз­личных материалов в зависимости от свойств суспензии.

Наибольшее распространение получили . гибкие неметалличе­ские перегородки, изготавливаемые из тканей. Используются асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные и шерстяные ткани, а также ткани из синтетических волокон. Выбор типа ткани обуслов­ливается ее способностью. противостоять действию агрессивных веществ. Для сильно кислых жидкостей используют перегородки из пористой керамики. В некоторых случаях применяют тканые металлические сетки.

. Процесс фильтрования в промышленных условиях проводится на фильтрах периодического и непрерывного действия. Фильтры периодического действия позволяют проводить фильтрование в лю­бом режиме. Непрерывно действующие фильтры работают только при постоянной разности давлений, обеспечивая непрерывное уда­ление осадка, -что является их существенным преимуществом.

По способу создания разности давления различают фильтры, работающие под вакуумом, и фильтры, работающие под давлени-

68

ем. Давление над фильтрующей перегородкой вызывает уплот­нение осадка, в результате чего создается добавочное сопротивле­ние, снижающее скорость фильтрования. Кроме того, создание гер­метичной конструкции над фильтрующей перегородкой серьезно осложняет процесс выгрузки осадка. Поэтому в большинстве кон­струкций для создания перепада давления используют вакуум под фильтрующей перегородкой.

3-

Рис. 44. Нутч-фильтр, работающий под вакуумом:

J — резервуар. *2 — фильтрующая перего­родка, 3 — ложное дннще. 4 — емкость

Рис. 45. Нутч-фильтр, работа­ющий под давлением:

/ — корпус аппарата, 2 — съемная верхняя часть, 3—штуцер для за­грузки, 4 — фильтрующая перегород­ка, 5 — ложное днище, 6 — штуцер¹ для отвода фильтрата

По расположению слоя осадка относительно фильтрующей пе­регородки различают перегородки с верхним расположением осад­ка, с вертикальным расположением и-с расположением осадка под фильтрующей перегородкой. Конструкции фильтровального обору­дования весьма разнообразны, и мы рассмотрим лишь наиболее распространенные из них.

Фильтры периодического действия. Нутч-фильтр представляет собой наиболее^простой фильтр периодического, действия, работа­ющий под вакуумом или под давлением.

Нутч-фильтр., работающий под вакуумом (рис. 44), изготавли­вается в виде открытого круглого или прямоугольного резервуара /. На некотором расстоянии от дна резервуара находится ложное днище 3, на которое уложена .фильтрующая перегородка 2. Сус­пензия заливается на нутч-фильтр сверху, после чего под фильтру­ющей перегородкой создается вакуум. Жидкая фаза в виде филь­трата через нижний штуцер Отсасывается в емкость 4, а твердая фаза в виде осадка накапливается на перегородке и периодически вручную выгружается. Фильтр обладает простой конструкцией, однако трудоемкая операция ручной выгрузки ограничивает при­менение фильтров этого типа.

Нутч-фильтр, работающий под давлением (рис. 45), состоит из корпуса /, съемной крышки 2 и фильтрующей перегородки 4, ле­жащей на ложном днище 5. Для подачи суспензии и сжатого газа

69-

служит штуцер 3; фильтрат удаляется через штуцер 6. Цикл рабо­ты состоит из следующих операций: наполнения нутч-фильтра сус­пензией, фильтрования суспензии под давлением газа* .удаления осадка с фильтровальной перегородки, съема и промывки фильтру­ющей перегородки.

„Недостатками; всех нутч-фильтров являются большая занимав-' мая площадь и сложность обслуживания. _В настоящее время нутч-фильтры используют в основном для разделения суспензий в мало­тоннажных производствах.

Ш\

и

2 3 4

Фильтрат

Рис. 46. Схема рамного фильтр-пресса:

t

Осадок

7- 6

5)

а — общий вид, б — рана, в— таблнца-плнта; / — станина, 2 — опоры, 3 — раны, 4 — таблицы-плиты, 5 — винтовой зажим, 6 — противень для осадка, 7 — желоб, 8 — тка­невая перегородка

Фильтр-пресс (рис. 46, а) является фильтром периодического действия.Он состоит из станины / и двух круглых опор 2, на кото­рые помещают в чередующемся порядке рамы 3 и таблицы-плиты 4. Рама (рис. 46, б) представляет собой полую деталь, из чугуна или дерева. В верхней части рамы имеется отверстие для прохода жидкости, которое сообщается с внутренней полостью. '

Таблицы-плиты (рис. 46, в) также изготавливаются из чугуна или дерева и имеют в верхней части сверление — канал для прохо­да суспензии. В качестве фильтрующей перегородки 8 используют самые разнообразные ткани, надеваемые на плиты, как показано на рис. 46, в, и имекшщё на плитах и рамах совпадающие отвер­стия. Рамы и плиты поочередно собирают на круглых опорах-стяжках, а затем герметизируют, завертывая винтовой зажим 5.

Суспензия под напором поступает в головную плиту й далее в канал, образованный совпадающими отверстиями в рамах и пли­тах. Отверстия рам соединяются с внутренними пространствами "(рис. 46, б). Суспензия, попадая в объем, ограниченный рамой и фильтрующей тканью, зажатой между¹ рамами и плитами, филь­труется через ткань. Фильтрат стекает по желобкам- плит и через нижнее отверстие собирается в желоб пресса 7. После заполнения

70

всего объема рам осадком подачу суспензии прекращают; для луч­шего обезвоживания осадка иногда делают продувку сжатым воз­духом; зажим освобождают, рамы раздвигают и вручную сбрасы­вают накопившийся осадок в противень 6, установленный под фильтр.ом.

Промышленность выпускает фильтр-прессы, различные по раз­мерам фильтрующей поверхности, способу уплотнения рам и плит (ручной, электромеханический или гидравлический зажим), темпе­ратурам фильтрования (фильтры с подогревом), способу промыв­ки осадка и др.

Рис. 47. Барабанный фильтр:

о —общий вид, б —торцовый сальник (вращающаяся часть), в —торцовый сальник (неподвижная часть);./ — барабан, 2 — фильтрующая ткаиь, 3 — рас­пределительная головка, 4 — отвод промывных вод, 5 — подвод сжатого возду­ха, 6 — отвод основного фильтрата, 7 — мешалка, 8 — корыто, 9 — подвод про­мывного раствора, 10 — нож для съема осадка

фильтр-прессы широко распространены, благодаря тому, что они имеют значительную поверхность фильтрования в единице объема, а корпус и фильтрующие перегородки могут изготавли­ваться из различных коррозионно-стойких материалов. Выгрузка осадка и регенерация ткани требуют большого количества ручного труда, поэтому фильтр-прессы непригодны для работы с ядовиты-им, взрывоопасными и канцерогенными веществами. Поверхность единичного фильтра-пресса составляет 80 м² и более.

. В последнее время находят распространение камерные автома­тические прессы. В этой конструкции фильтрующие плиты распо­ложены горизонтально, фильтрующая ткань выполнена в виде бес­конечной ленты. Процессы сжатия плит, фильтрации, съема осадка и регенерации ткани механизированы. Прессы этого типа имеют значительно большую производительность, и ручная работа на них почти исключена, однако регулировка работы всех элементов весь-: ма осложнена.

Непрерывно действующие фильтры. Наиболее .распространен­ной конструкцией этого типа является барабанный фильтр (рис. 47). Он состоит" из барабана 1, вращающегося в цапфах. Внутрен­няя часть барабана разделена на отдельные секции, соединенные каналами с распределительной головкой 3, представляющей собой торцовый сальник с вращающейся (б) и неподвижной (в) частями.

71

Боковая поверхность цилиндра перфорирована, и на нее натянута фильтрующая ткань 2. В верхней части барабана имеется подвод воды 9 для промывки. Сжатый воздух подводится в неподвижную часть распределительной головки 5. В нижней части расположено корыто 8, снабженное мешалкой 7. Для съема осадка' имеется нож 10. Промывные воды и фильтрат отводятся через "штуцер 4 и 6, расположенные на неподвижной части распределительной головки. Фильтр работает следующим образом. В корыто 8 поступает суспензия, перемешиваемая мешалкой 7. Штуцер 6 неподвижнок

Рис. 48. Ленточный фильтр:

/ — резиновая леита; 2 — приводной ба рабан, 3 — вакуум-камеры,- 4 — патяж ной барабан

части распределительной головки подсоединяется к емкости, в ко­торой создается вакуум. Поскольку нижние и боковые (левые) полости соединяются каналами со штуцером 6, в них создается разрежение и начинается процесс фильтрования. Барабан медлен­но вращается, осадок скапливается на образующей поверхности и постепенно выходит из зоны фильтрации. В верхней части бара­бана на осадок из распределителя 9 поступает промывная врда, которая затем удаляется через штуцер 4. При последующем пово­роте в секции через штуцер 5 вдувается воздух, осадок-подсушива­ется, несколько отжимается от фильтрующей поверхности и срезает­ся ножом 10. Таким образом, при одном обороте барабана в каждой ячейке фильтра осуществляются фильтрация, промывка и отдувка осадка. В целом фильтр работает непрерывно. '

Барабанные фильтры с наружной поверхностью фильтрации изготавливают различных модификаций — с диаметром барабана до 3,0 м и поверхностями фильтрации до 40 м². Применяются так­же видоизмененные конструкции барабанных фильтров с внутрен­ними поверхностями фильтрации.

Дисковые фильтры по конструкции и принципу работы 'анало­гичны барабанным, за исключением поверхности фильтрования. В. дисковых фильтрах вместо барабана имеются полые диски, так­же разделенные на отдельные секции-полости. Фильтрующая ткань располагается по обе стороны дисков, и получающийся оса­док снимается с каждой поверхности диска радиально располо­женным ножом. По конструкции такой фильтр более компактен, а поверхность фильтрования может быть увеличена до 100 м².

Ленточные фильтры (рис. 48) состоят из бесконечной резино­вой ленты /, имеющей отверстия. Лента натянута на двух барат бапах — приводном 2 и натяжном 4. Верхняя ветвь ленты при дви­жении скользит по горизонтальному столу, по всей длине которого присоединены вакуум-камеры 3. Благодаря боковым направлию-

72

щим борта ленты отгибаются и лента принимает форму желоба. Фильтрующая ткань закладывается в пазы ленты.

Суспензию залийают на верхнюю ветвь ленты, лента медленно
движется, и фильтрат под действием вакуума отсасывается в. ка­
меры 3. Отдельные секции вакуум-камер могут принимать про­
мывные воды. Отфильтрованный осадок ссыпается при огибании
лентой барабана 2. В нижней ветви ленты фильтровальная ткань
регенерируется (промывается) водой.       . -

Ленточные фильтры применяются для фильтрования суспензий с неоднородной крупностью осадка при необходимости его про­мывки.

Центрифугирование

Центрифугированием называется процесс разделения неодно­родных'систем (эмульсий и суспензий) в поле центробежных.сил. Разделение суспензий производится в фильтрующих центрифугах, стенки которых имеют отверстия. На внутренней поверхности стенок цент­рифуги уложена фильтровальная перегородка, которая пропускает фильтрат, движущийся под действи­ем, центробежной .силы, и задержи­вает осадок. Отстойные центрифуги имеют сплошные стенки, и разделе­ние суспензий"и эмульсий происхо­дит по принципу отстаивания, при­чем действие силы тяжести заменя­ется центробежной силой. Фаза с большей плотностью располагается ближе к стешеам ротора, а фаза меньшей плотности; представляю­щая собой осветленную жидкость — фугат, располагается ближе к оси.

Рис. 49. Подвесная фильтрующая центрифуга: / — ротор-корзина, 2 — кожух, 3 — вал, 4 — электродвигатель. 5 — конструкция, 6 — конус

Разделение эмульсий в отстой­ных- центрифугах обычно называют сепарацией, а аппараты, в которых проводится процесс, — сепаратора­ми.

В зависимости от организации процесса центрифу'ги делятся на пе­риодические непрерывно действую­щие. Выгрузка осадка может про­изводиться вручную или автоматически. По расположению вала различают горизонтальные и вертикальные центрифуги. Центрифу­ги почти всех типов обеспечивают.хорошее удаление жидкости из осадка.

Подвесные центрифуги относятся к числу центрифуг периоди­ческого действия. На рис. 49 изображена подвесная фильтрующая

73

центрифуга с вертикальным валом. Она состоит из "ротора-корзины
1 с перфорированными боковыми стенками, имеющими в верхней
части закраины, а в нижней — отверстие для выгрузки осадка, ко­
торое при работе и в момент загрузки закрывается конусом 6. Ро­
тор / скреплен с валом 3, верхний конец которого присоединен к
электродвигателю 4. Ротор центрифуги заключен в кожух 2. Креп­
ление центрифуги и электродвигателя осуществляется в конструк­
ции 5.                                            •

Рис.. 50. Полуавтоматическая центрифуга:

/ — желоб для выгрузки осадка, 2 — патрубок для подачи суспензии, 3 — гидравличе­ский привод, 4 — ножевое устройство, 5 — кожух центрифуга, 6 — рабочий вал, 7 •— клиноременная передача, 8 — барабан-ротор

Центрифуга работает "следующим образом. Внутренняя поверх­ность стенок ротора .покрывается слоем фильтрующей ткани, и нижнее отверстие закрывается конусом 6. Центрифугу пускают в ход вначале на малых оборотах и начинают загрузку суспензии. За счет центробежное силы суспензия отбрасывается к стенка'м и начинается процесс фильтрования. Осадок накапливается на внутренней поверхности ротора, а фильтрат отводится через ниж­ний патрубок кожуха. По накоплении Достаточно большого слоя осадка ротор останавливают, приподнимают конус и вручную вы­гружают осадок через нижнее отверстие. Если необходимо, филь­трующую ткань промывают.

Центрифуги полуавтоматические фильтрующие и осади-тельные. На рис. 50 представлена фильтрующая центрифуга пе­риодического действия с механизированной выгрузкой осадка. На горизонтальном валу 6 укреплен барабан-ротор 8, боковая поверх­ность которого перфорирована. Ротор заключен в коЖух 5, в ниж­ней части,которого имеется штуцер для отвода фильтрата. Подача суспензии в ретвр осуществляется патрубком 2, а выгрузка . осад­ка — ножевым устройством 4, имеющим гидравлический привод 3.

74

Привод осуществляется электродвигателем через клиноременную передачу 7.

■ Работа центрифуги осуществляется следующим- образом. На внутреннюю цилиндрическую поверхность ротора помещают филь­трующую ткань и центрифугу, пускают в ход. Через патрубок 2 начинают подавать суспензию, которая центробежной силой отжи­мается к внутренней поверхности ротора, образуя вращающееся кольцо. Жидкость проходит через фильтрующую перегородку,

Рис. 51. Непрерывно действующая центрифуга:

/ — штуцер для выгрузки осадка, 2 — окна для" выгрузки осадка, 3 —окна для загруз­ки суспензии, 4 — барабан, 5 — кожух, 6 — конический- шнек, 7 — ввод суспензии, 8 — окна для выгрузки фильтрата, 9 — штуцер ~ для выгрузки фильтрата -

а осадок постепенно накапливается на внутренней поверхности барабана. Если необходимо, подают .промывную жидкость, дают центрифуге некоторое время поработать для удаления влаги и с помощью гидропривода поднимают ножевое устройство. Образо­вавшийся осадок срезают и удаляют из центрифуги через желоб 1. Работа агрегата может быть автоматизирована.

Фильтрующие центрифуги обеспечивают промывку осадка и высокую степень его обезвоживания. Центрифуги этого типа пред­назначаются для фильтрования суспензий с частицами средней крупности.

На рис. 51 представлена непрерывно действующая, центрифуга с механизированной выгрузкой осадка. В этой центрифуге имеются конический вращающийся барабан 4 и конический разгрузочный шнек 6, помещенный внутри барабана. Суспензия' вводится по тру­бе 7 внутрь шнека и под действием центробежной силы выбрасы­вается через окна # во внутреннюю полость барабана 4. В бараба­не происходит отстаивание суспензии. Осветленная жидкость под действием центробежной силы перемещается к окнам 8, перетекает в кожух 5 и удаляется^- через штуцер 9. Осадок непрерывно переме­щается в-барабане справа— налево с помощью шнека, который вращается с частотой, несколько меньшей частоты вращения б=фа бана. Через окна 2 осадок выбрасывается в кожух и выводится из центрифуги через штуцер 1.

Кроме рассмотренных типов имеется ряд конструкций трубча­тых центрифуг с большим числом оборотов, вибрационных центри­фуг и др.

75

Сепараторы, как 'было сказано, выше, служат для разделения двух несмешивающихся жидкостей различной плотности. Схема однокамерного сепаратора представлена на рис. 52, а. Эмульсия, подлежащая разделению, вводится в корпус барабана 5 по цент­ральной трубе 3, проходит под нижней конической перегородкой 6 и поступает во внутреннюю полость барабана. Здесь под действи­ем центробежной силы происходит расслаивание эмульсии. Тяже­лая жидкость отбрасывается к периферии, попадает в канал меж-

 

Рис. 52. Сепаратор для разделения несмешивающихся жидко

стей:

а — схема сепаратора, б — конические перегородки: / — вывод тя^келой жидкости, 2 — вывод легкой жидкости, 3 — труба поступления эмуль­сии, 4 — верхняя коническая перегородка, 5 — корпус барабана, 6 — нижняя коническая перегородка

ду корпусом 5 и перегородкой 4 и удаляется через отверстие /. Легкая жидкость скапливается в центральной части барабана, поднимается вверх и отводится через отверстие 2.

Для более полного и быстрого разделения жидкостей в тарель­чатых сепараторах устанавливают ряд конических перегородок (рис. 52, б).

Центробежные жидкостные сепараторы широко применяются в пищевой промышленности, в частности для сепарации' молока. • Применение центробежной силы для процессов разделения сус-пензий-и эмульсий значительно интенсифицирует процесс, однако полного разделения достичь практически не удается и в некоторых случаях необходимо проводить дополнительную обработку (отжим, сушку пасты, обезвоживание и др.).

Разделение газовых систем

В промышленных условиях пыль образуется в результате ме­ханического, измельчения твердых тел (при дроблении, размалыва­нии, транспортировке) и при горении топлива. Туманы образуются в результате конденсации паров. Промышленная очистка газов от взвешенных в нем твердых или жидких частиц производится для уменьшения загрязненности воздуха или улавливания из газа цен-

76

ных продуктов. Очистка отходящих газов является одной из важ­ных задач большинства химических производств.

Гравитационная очистка газов. Отстаивание твердых частиц в газовой среде подчиняется тем же закономерностям, что насажде­ние под действием сил тяжести в капельной жидкости. Скорость отстаивания пропорциональна разности плотности частиц р_тв и га­за р_г. Обычно р_г во много раз меньше плотности твердых частиц Ртв. Несмотря на это, очистка га­зов отстаиванием малоэффектив-« на, так как силы, под действием-которых происходит осаждение, невелики по сравнению с'другими силами, действующими на час­тицы.

Рис. 53. Отстойный газоход: — перегородки, 2 — сборники пыли

Простейшим   устройствам,

предназначенным для очистки га­зов от пыли, является отстойный газоход (рис. 53). На пути за-

Запылен-

0чшцен-^—Щ%^1 2■ К 1

ный газ

ныи газ

Рис. 54. Пылеосаднтельная камера: / — клапаны, 2— горизонтальные полки, 3—дверцы для выгрузки пыли

пыленного газа устанавливают камеру с перегородками 1, изменяю­щими направление, и сборниками пыли 2. За счет увеличения сече­ния скорость потока падает, частицы пыли, сохраняя прямолиней­ное движение за счет инерции, ударяются о перегородки 1 и соби­раются в сборнике 2. Эти устройства применяются для предвари­тельной грубой очистки газов.

Более качественная очистка газов достигается в пылеосади-тельных камерах (рис. 54). Устройство пылеосадительной камеры •основано на принципе развития максимальной площади осаждения в целях повышения производительности. Аппарат с горизонталь­ными полками 2 делится на ряд каналов малой высоты. Поступле­ние запыленного газа регулируется клапанами 1. Осажденная пыль периодически выгружается при отключенном аппарате через дверцы 3.

77

Очистка газов фильтрованием. При очистке фильтрование»* газы, содержащие взвешенные твердые частицы, проходят порис­тые перегородки, пропускающие газ и задерживающие на поверх­ности твердые частицы. Пористые фильтровальные перегородки делятся на гибкие, жесткие и с зернистым слоем. Гибкие перепь родки изготавливаются из тканевых материалов, нетканых (вой­лок, шлаковата) и пористых (губчатая резина, пенополиуретан). Для изготовления жестких перегородок применяются зернистые материалы: пористые пластмассы, слои кокса, гравия или кварце-

Очищенный газ

 

 

Рис. 55. Рукавный фильтр:

/ — вход газа, 2 — распределительная камера, 3 — рукава, 4 — распредели­тельная решетка, 5 — встряхивающее устройство', 6 — выход очищенного га за, 7 — выход пыли

Рис. 56. Металлокерамический фильтр:

/ —'поступление запыленного газа, 2-— вдоход очищенного газа, 3 — коллектор для продувки, 4— решетка, 5 — метал-локерамнческне гнльзы, 6 — корпус, 7 — бункер для пыли

вого песка, пористая керамика. Выбор пористой перегородки зави­сит от химических свойств фильтруемого газа, его температуры и размеров взвешенных в газе частиц.

Среди фильтров с гибкими пористыми перегородками наиболь­шее распространение получили рукавные фильтры (рис. 55). Запы­ленный газ нагнетается вентиляторами ..через входной газоход / в камеру 2 фильтра. Далее газ проходит через рукава 3, нижние-концы которых закреплены на патрубках, распределительной ре­шетки 4. Пыль осаждается в порах ткани, а очищенный газ череэ трубу 6 удаляется из аппарата. Пыль удаляется через патрубок 7..

Периодически фильтр отключают для очистки ткани от нако­пившейся пыли. Для этого рукава продувают очищенным газом в направлении, обратном движению запыленного газа". Одновремен­но с продувкой производится механическое встряхивание рукавов», для чего специальный механизм 5 приподнимает и опускает раму* к которой подвешены верхние концы рукавов. Пыль падает в рас­пределительную камеру 2 и выгружается через затвор.

78

В рукавных фильтрах достигается высокая (98—99%) степень очистки газа от тонкодисперсной пыли. Недостатками этих филь­тров являются быстрый износ ткани и закупорка пор в ней.

Для изготовления рукавов применяют натуральные и синтети­ческие ткани, а также_ткани из неорганических волокон. Ткани из натуральных материалов выдерживают температуру 80—100° С, из синтетических —до 150° С. Очистка газов при более высоких тем­пературах, осуществляется с помощью фильтровальных перегоро­док, изготовленных из стекловолокна и асбеста.

Для тонкой очистки фильтрованием, которое требуется в неко­торых химических производствах, применяют фильтры с жесткими перегородками из керамических, металлокерамических и пласт­массовых пористых материалов. Высокая степень очистки газов в них достигается вследствие малого размера и извилистости пор в фильтрующем материале.

. На рис. 56 показано устройство металлокер'амтеского фильтра. В корпусе 6 фильтра находится ряд открытых сверху металлокера­мических гильз 5, герметично закрепленных в общей решетке 4. Запыленный газ поступает в аппарат через входной штуцер 1 и проходит сквозь стенки гильз, очищаясь от пыли. Очищенный газ отводится через штуцер 2. Фильтрующие элементы очищают от осевшей на них пыли путем периодического продувания сжатым воздухом, поступающим через распределитель 3. Пыль собирается в бункер 7 и удаляется из фильтра.

Гильзы металлокерамических фильтров изготавливаются из гранул, порошка или стружки металла путем прессования и спе­кания. Они, отличаются высокой механической прочностью и хими­ческой стойкостью, а также хорошо противостоят резким колеба­ниям температуры. Поэтому металлокерамические фильтры при­меняют для очистки химически агрессивных горячих газов.

Очистка газов под действием центробежных сил производится в специальных аппаратах — циклонах (рис. 57). Циклон состоит «з вертикального цилиндрического корпуса 4 с коническим дни­щем 5 и крышкой 3. Запыленный газ поступает через входной шту­цер 1, который расположен по касательной к корпусу циклона в верхней его части. В корпусе циклона поток запыленного воздуха «ачинает вращаться вокруг центральной выводной трубы 2 вдоль внутренней поверхности стенок циклона. При таком вращательном движении частицы пыли под действием центробежных сил отбра-- сываются к периферии, оседают на внутренней поверхности кор­пуса 4 и опускаются в коническое днище 5. Очищенный газ выво­дится из циклона через центрадьную трубу 2.

Степень очистки газа в циклонах зависит от размеров частиц ^:и радиуса вращения потока газа в -циклоне. При увеличении раз­меров аппарата центробежная сила, действующая на частицы, уменьшается, поэтому невыгодно увеличивать^-" их геометрические 'размеры.

При необходимости проводить очистку больших количеств газа применяют батарейные циклоны, или мультициклоны (рис. 58),

79

Батарейный циклон состоит из корпуса 1, входного патрубка 2,-газораспределительной камеры 3, решеток 5, циклонных элементов* 6, выходного патрубка 4 и нижнего бункера 7. Запыленный газ через патрубок 2 и распределительную камеру 3 поступает в цик­лонные элементы, имеющие спиральные вставки, как показано на рис. 58, б. Под действием спиральных вставок газ приобретает

4  ") - 0чиш.1нпьй газ 5          ill 3 ur , ti ,~ t ' n -

Пыль

ичи<ценныи

Рис. 57. Циклон:

/ — штуцер для входа Газа, 2 — цент­ральная труба для выхода очищенного газа, 3— крышка, 4 — корпус, 5 — кони­ческое днище, 6 — штуцер для удале­ния пылн

Рис. 58. Батарейный циклон;

а — общий вид, б — циклонный элемент; / — корпус, 2 — входной патрубок, 3 — га­зораспределительная камера, 4— выходной штуцер, 5 — решетка,. 6 — циклонные эле­менты, 7— бункер для пыли

вращательное движение, пыль опускается по стенкам элементов и падает в нижний бункер 7. Очищенный газ отводится через шту­цер 4.

Мокрая очистка газов применяется для тонкой очистки от пыли, но нри этом происходит их увлажнение, не всегда допустимое. Мокрая очистка газов проводится в аппаратах различных конст­рукций— скрубберах, башнях орошения, барботажных пылеуло­вителях, трубах Вентури. На рис. 59 представлен барботажный пылеуловитель, состоящий из корпуса 4, внутри которого располо­жено перфорированное днище 6. Запыленный газ поступает -под днище через штуцер / и соприкасается с жидкостью, подаваемой на днище, образуя пенный барботажный слой. Жидкость захваты­вает твердые частицы и удаляется через штуцер 5, а некоторая ее часть, прошедшая через решетку, уходит через штуцер 7 в днище аппарата. Очищенный газ удаляется из аппарата через штуцер 3.

Электрическая очистка газов основана на ионизации молекул газа и сообщении частицам пыли электрического заряда. Эйектри-

8Q

чески'заряженные частицы под действием электрического поля осаждаются на противоположно заряженном электроде, теряют свой заряд и удаляются из газового потока. Ионизация газа возни­кает в газе, помещенном между электродами, соединенными с ис­точником постоянного тока высокого напряжения. Для электриче­ской очистки газов используется коронный разряд, возникающий в неоднородном электрическом поле, обеспечивающем прохожде-

дчиицен'ный газ

"/

S)   v

Рис. 59. Барботажный пылеуловитель:

/ — штуцер поступления запыленного газа, 2 — вход жид­кости, 3 — выход очищенного газа, 4 — корпус аппарата, 5 — штуцер отвода жидкости, 6 — перфорированное дни­ще, 7 — штуцер отвода жидкости

Рис. 60. Расположение силовых линий в электри­ческом поле: я — трубчатый фильтр, б — пластинчатый фильтр

ние тока между электродами, но не вызывающем между ними дугового электрического разряда — пробоя. Он представляет собой начальную стадию электрического разряда в резко неоднородном поле, сопровождаемую свечением.

Применяются две системы расположения электродов — трубча­тая и пластинчатая. В трубчатом устройстве (рис. 60, а) отрица­тельно заряженный коронирующий электрод (проволока) распо­ложен по центру трубчатого электрода, заряженного положитель­но. В пластинчатом устройстве коронирующие электроды располо­жены между двумя пластинами (рис. 60, б). В том и в другом случаях возникают неоднородные электрические поля, обеспечива­ющие возникновение коронных разрядов и проведение электроочи­стки газов.

Высокое напряжение постоянного тока, необходимое для пита­ния электрофильтров, получают на специальных установках — преобразовательных подстанциях. Промышленный переменный ток 220—380 В подается на повышающий трансформатор с регулято­ром, где напряжение повышается в пределе до 100 кВ. Далее пере-

81

эденный ток преобразуется в постоянный в ламповых (кенотронных или газотронных), полупроводниковых или механических выпря­мителях и подается на электрофильтр.

приемного 1 элементов 2,

Промышленный трубчатый электрофильтр (рис. 61) состоит из
и выходного 7 газоходов, осадительных трубчатых
соединяющих эти газоходы. Внутри каждого трубча­
того элемента точно по центру подве­
шивается выполненный из коррозион­
но-стойкого материала коронирующий
электрод 3, укрепленный на конструк­
ции 4 и изоляторах 6. Для удаления
пыли и очистки коронирующего элек­
трода 3 имеется встряхивающее уст­
ройство 5. Запыленный газ поступаете
нижнюю часть фильтра и затем подает­
ся в трубчатые'элементы, где происхо^
дит ионизация. Частицы пыли получа­
ют электрический заряд и направляют­
ся к осадительному трубчатому эле-
V y ^ F ~7                 менту. На заземленном трубчатом эле-

\£ \1                   менте частицы теряют заряд и оседают,

\ ■ + Пыль Рис 61. Трубчатый электро­фильтр: / _ штуцер для входа запылен­ного газа, 2 — осадительные трубчатые элементы, 3 — коро-вирующие электроды. 4 — рама для подвешивания электрода, т5 — встряхивающее устройство, € — высоковольтные изоляторы, 7 — штуцер для выхода очищен­ного газа

а затем ссыпаются в нижний бункер аппарата и удаляются из него через ■ пылевые затворы.

В электрофильтрах очистку' можно проводить при повышенных темпера­турах и во влажных средах. Поэтому они находят широкое применение в са­мых различных производствах.

Следует отметить, что применение высоких' напряжений (20—100 кВ) представляет смертельную опасность для обслуживающего персонала и требует строгого соблюдения тех­нических правил монтажа и эксплуатации установок.

Вопросы Для повторения. 1. Какие неоднородные системы вам известны и чем ©ни различаются? 2. Какие методы применяются для разделения неоднород­ных систем?"3. Как устроен и как работает.отстойник с мешалкой? 4. Что явля­ется движущей силой в процессе фильтрования и какие фильтрующие перего­родки применяются для этой цели? 5. Как устроен и как работает рамиый фильтр-пресс? 6. Как устроен и .как работает барабанный фильтр? 7. На какие два типа подразделяются центрифуги? 8. Как устроена и как работает подвесная центрифуга? 9. В чем заключаются преимущества непрерывно действующих центрифуг? 10. Что такое сепаратор и как ои устроен? 11. Как устроены рукав­ные фильтры и в чем их основное преимущество? 12. В каких аппаратах произ­водится мокрая очистка газов? 13. Как проводится электрическая очистка газов и какие типы аппаратов .применяют для этой цели?

---

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 2462; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!