Теоретическая часть

Сепараторы могут быть классифицированы по следующим признакам: технологическое назначение; конструкция барабана; способ выгрузки осадка (шлама); принцип и характер выгрузки осадка; конструкция устройства для выгрузки осадка; способ под­вода исходной гетерогенной системы и отвода продуктов сепари­ро­вания; область применения (отрасль промышленности); вид приво­да сепаратора (рис. 7.2).

По технологическому назначению сепараторы делятся на три основных класса:

1) сепараторы-разделители для разделения смеси жидко­стей, не растворимых одна в другой, и для концентрирования суспен­зий и эмульсий;

2) сепараторы-осветлители для выделения твердых частиц из жидкости;

3) комбинированные сепараторы для выполнения двух или
более операций переработки жидкой смеси.

Комбинированные сепараторы называют универсальными, что подчеркивает их многостороннее назначение. К ним относят сепараторы, в которых процесс разделения совмещается с каким-либо другим процессом, например сепараторы-экстракторы, се­параторы-реакторы.

К классу сепараторов-осветлителей можно отнести сепара­торы - кларификаторы для дальнейшего диспергирования (гомо­генизации) дисперсной фазы эмульсий и их очистки от примесей (их относят к комбинированным) и сепараторы для удаления из жидкостной системы микроорганизмов, скапливаемых в шламо­вом пространстве вместе с другими механическими примесями [].

По конструкции сепараторы разделяют на тарельчатые и камерные. Ротор тарельчатых сепараторов укомплектован паке­том конических вставок (тарелок), которые делят поток обраба­тываемой жидкости на параллельно тонкие слои; ротор камерных сепараторов имеет реберную вставку (при одной камере) или комплект концентричных цилиндрических вставок, разделяющих его объем на кольцевые камеры, по которым обрабатываемая жидкость протекает последовательно.

Рис. 7.2. Классификация сепараторов

 

Тарельчатые сепараторы, независимо от отрасли их приме­нения и назначения, можно подразделить на два основных типа.

Пер­вый тип сепараторов имеет тарелки, обеспечивающие подачу жид­кости в межтарелочные пространства через отверстия, имеющиеся в самих тарелках. Такие сепараторы часто называют сепараторами с центральной подачей жидкости на тарелки. К этому типу относятся и сепараторы, в которых жидкость на вер­шину тарелок поступает из прорезей в тарелкодержателях. Вто­рой тип сепараторов характе­ризуется тем, что жидкость в межта­релочные пространства посту­пает с периферии и движется к цен­тру барабана. Тарелки в этих се­параторах в большинстве своем отверстий не имеют.

По способу подвода исходной гетерогенной системы и от­вода продуктов сепарирования различают сепараторы трех типов: от­крытые, полузакрытые и герметические.

В открытых сепараторах подача в ротор жидкой смеси, и от­вод полученных жидких фракций осуществляются открытым по­то­ком. Процесс сепарирования не изолирован от доступа воздуха.

В полузакрытых сепараторах жидкость подается в ротор от­крытым или закрытым потоком, а отвод одной или обеих жидких фракций происходит под давлением по закрытым трубопроводам. Процесс сепарирования не изолирован от доступа воздуха. Ро­торы полузакрытого типа отличаются от роторов открытого типа нали­чием устройства для вывода продуктов сепарирования под давлени­ем.

В герметических сепараторах подача в ротор исходной жид­кости и отвод жидких фракций происходят под давлением по за­крытым трубопроводам, герметически соединенным с выпуск­ными патрубками, процесс сепарирования в них изолирован от доступа воздуха. Роторы герметических сепараторов отличаются от роторов открытых и полузакрытых сепараторов конструкцией подводящих и отводящих устройств.

По виду привода сепараторы подразделяют на три группы: с ручным, комбинированным и электромеханическим приводом.

Основные элементы сепараторов: барабан, приводной меха­низм, станина, коммуникация для подвода и отвода продуктов сепарирования. Рабочим органом сепаратора. В котором проис­ходит процесс разделения, является барабан (рис. 7.3).

Принцип действия сепаратора-разделителя (рис. 7.3, а) за­клю­чается в следующем.

Рис. 7.3 Схема барабанов тарельчатых сепараторов:

а- сепаратора разделителя; б – сепаратора - осветлителя

 

Исходная гетерогенная система по цен­тральной трубке поступает в тарелкодержатель, откуда по кана­лам, образованным отверстиями в тарелках, поднимается вверх и растекается между тарелками. Под действием центробежной силы легкая фрак­ция оседает на верхнюю поверхность нижеле­жащей тарелки. По этой поверхности легкая фракция движется к центру барабана, да­лее по зазору между кромкой тарелки и та­релкодержателем подни­мается вверх барабана и отводится из се­паратора [].

Тяжелая фракция в межтарелочном пространстве оттесня­ется к нижней поверхности тарелки, фракция движется по этой поверх­ности к периферии тарелки, и далее по зазору между раз­делитель­ной тарелкой и крышкой барабана поднимается вверх барабана и отводится из сепаратора.

Сущность процесса осветления (рис. 7.3, б) заключается в следующем. Продукт, подвергаемый очистке, по центральной трубке поступает в тарелкодержатель, из которого направляется в шламовое пространство между кромками пакета тарелок и крыш­кой. Жидкая фаза поступает в межтарелочные пространства. По межтарелочным зазорам она поднимается вверх и через прорезь выходит из барабана.

Саморазгружающиеся сепараторы разделяются на две основ­ные группы: с непрерывным и пульсирующим отводом осадка. В сепараторах с непрерывным отводом осадка последний удаляется вместе с частью жидкой фазы через сопла в виде кон­центрирован­ной тяжелой фракции.

В сепараторах с пульсирующим отводом осадка последний выбрасывается из барабана при перемещении подвижного эле­мен­та, открывающего разгрузочные щели на периферии бара­бана. При полной разгрузке периодически прекращается поступ­ле­ние продукта на сепарирование, разгрузочные щели барабана от­крываются, и все его содержимое, то есть выделенный осадок и жидкая фаза, выбрасывается в приемник.

Основные конструктивные факторы, которые оказывают су­щественное влияние на эффективность процесса сепарирова­ния: частота вращения барабана, размеры барабана и тарелок, расстоя­ния между тарелками.

Сепаратор-сливкоотделитель (рис. 7.4) состоит из станины 17 с приводным механизмом, приемно-отводящего устройства 12, гид­роузла, чаши станины с приемником осадка 7 и глушителя, а также из пульта управления.

Молоко подается по трубопроводу и центральной трубке при­емно-отводящего устройства во вращающееся сепарирующее уст­ройство. В это время поршень сепарирующего устройства за­крыт. В полости под поршнем находится вода. При работе сепа­ратора про­исходит незначительное ее вытекание из сепарирую­щего устройст­ва и патрубка станины при подпитке.

Для гермети­зации системы поршень поджимается к прокладке силой гидро­статического давле­ния. Молоко подается в сепарирующее уст­ройство, проходит через отверстия в тарелкодержателе и верти­кальные каналы пакета, рас­пределяется в межтарелочных про­странствах, разделяясь на сливки, оттесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняемое к периферии сепарирующего устройства. Сливки и обезжиренное молоко выводятся через ка­меры напорных дисков.

Твердые частицы и тяжелые примеси, выделяющиеся из мо­лока, поступают в периферийный объем сепарирующего устройст­ва, где происходит их накопление и уп­лотнение. Во избежание по­терь молока применяют только час­тичную выгрузку осадка при от­крытии каналов.

Рис. 7.4. Сепаратор-сливкоотделитель с пульсирующей выгрузкой

осадка:

1 - пробка спуска масла; 2 - указатель уровня масла; 3 - горизонталь­ный вал; 4 - тахо­метр; 5 - пробка залива масла; 6 -трубка подвода воды в сепари­рующее устройст­во; 7 - приемник осадка; 8 - зажим; 9 - гайка;

10 - се­парирующее уст­ройство; 11 крышка; 12 - приемно-отводящее устройство; 13, 14 - напорные диски; 15 - центральная трубка;

16 - шту­цер подвода воды; 17 - станина; 18 -вертикальный вал

 

 

Разгрузку сепараторов осуществляют в один или два этапа. При одноэтапной разгрузке осадок выгружается без перекрытия устройства для подачи исходного продукта. Однако во избежание потерь продукта в период раскрытия сепарирующего устройства выгружается не весь осадок, а лишь его часть. При двухэтапной разгрузке сначала перекрывается устройство для подачи исход­ного продукта и удаляется жидкость из межтарелочного про­странства, а затем уже открываются щели для выгрузки, в резуль­тате чего осадок выбрасывается из сепарирующего устройства в приемник под действием центробежной силы.

 

Расчетная часть

 

Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса сепарирования; знакомство с классификацией сепараторов, их кон­струкциями и принципом работы; выполнение расчета сепаратора.

З а д а н и е: выполнить расчет сепаратора если заданы: ω - угловая скорость вращения барабана, рад/с; R_б и R_м - внешний и внутренний радиусы тарелок, м; R_d - максимальный диаметр диска, м; V - объем шламового пространства, м³; m_б - масса барабана, кг; с - расстояние от верхнего подшипника до центра тяжести, м; l -расстояние между верхним и нижним подшипником, м; G - масса вращающихся частей сепаратора с сепарируемой жидкостью, кг.

 

Методика расчета

 

Производительность сепаратора П, м³/ч,

(7.1)

где β -коэффициент, учитывающий разницу между теоре­тическим и реальным процессом (β = 0,5...0,7); n – частота вращения барабана, с^-1; z =(130... 150) шт - число тарелок; а -угол наклона образующей конуса тарелки (а =45...60 °); d - эквивалентный диаметр частицы легкой фракции (размер жировых шариков), м; ρ₀ и ρ - плотность сливок и молока, кг/м³, ρ₀ =960...1000 кг/м³; (ρ =1000...1030 кг/м³); µ - динамическая вяз-кость продукта, Па∙с; µ_слив =(1,5...5,6)∙10^-3 Па∙с; µ_пах =l,7∙10^-3 Па∙с; µ_мол = (0,7...1,3)∙10^-3 Па∙с.

Размер жировых шариков d, мм,

d=(т/ 0,04) + 0,5, (7.2)

где т - массовая доля жира в обезжиренном молоке, % (т = 0,01 %).

Давление жидкости, выходящей из сепаратора р, Па,

р = (gn ² r_пах/ 50000) (R_d² - r_k²), (7.3)

где r_пах -плотность обезжиренного молока, кг/м³, (r_пах =1030 кг/м³); r_k - внутренний радиус кольца жидкости, м (r_k = 0,015 м).

Время непрерывной работы сепаратора между разгрузками τ, ч,

(7.4)

где а - объемная концентрация взвешенных частиц в сепари-руемом продукте, % (а = 0,3 %).

Критическая частота вращения вала ω_кр, т.е. скорость, при которой происходит разрушение вала, с^-1,

(7.5)

где К - сила, вызывающая прогиб вала на 1 м, Н/м, для сепаратора с жестко зацепленным (без амортизатора) верхним радиальным под­шипником;

(7.6)

где Е - модуль упругости материала вала, Н/м² (Е = 2∙10¹¹ Н/м² для сталей); I - момент инерции сечения вертикального вала, м⁴,

I= 0,05d_в⁴, (7.7)

здесь d_в - диаметр вала, м (d_в = 0,040...0,045 м).

Мощность электродвигателя сепаратора N, работающего в установившемся режиме, кВт,

, (7.8)

где - КПД привода ( = 0,92...0,95); - мощность, затрачиваемая для сообщения выбрасываемой из сепаратора жидкости избыточного давления, кВт,

, (7.9)

здесь р - давление жидкости на выходе, Па; р = (2,0...2,5)·10⁵ Па; - КПД напорного диска ( 0,3); N₂ - мощность, необходимая для преодоления сил трения барабана о воздух, кВт,

, (7.10)

здесь ρ_в - плотность воздуха, кг/м³ (ρ_в =1,23 кг/м³); F - общая площадь поверхности трения барабана, м²,

, (7.11)

здесь v_б - окружная скорость барабана, м/с,

, (7.12)

где N₃ - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в под­шипниках, кВт,

, (7.13)

здесь μ - коэффициент трения (μ = 0,03 для шарикоподшипников); - линейная скорость вращения вала, м/с,

, (7.14)

где d_в - диаметр вала, м.

---

Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 66; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!