Конструкции центрифуг

Рассмотрим конструкции центрифуг с использованием вышеперечисленных методов выгрузки осадка, а также область их применения, достоинства и недостатки.

Маятниковые центрифуги

Подвесные центрифуги с верхним приводом

Горизонтальные центрифуги с ножевой выгрузкой осадка

Фильтрующие центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка

Фильтрующие центрифуги непрерывного действия с инерционной выгрузкой осадка

Маятниковые центрифуги.

1 - колонны; 2 - корпус привода; 3 - ротор; 4 - вал; 5 - электродвигатель; 6 - фундаментная плита; 7 - тормоз.

Рисунок 56 - Маятниковая центрифуга типа ФМБ (Б- через борт) с верхней выгрузкой осадка.

Эти центрифуги изготовляют в двух основных конструктивных исполнениях: ФМБ- с верхней (через борт ротора) выгрузкой осадка и ФМД- с нижней (через днище ротора) выгрузкой осадка.

Фильтрующие центрифуги ФМБ, ФМД являются универсальными машинами. В химических производствах они применяются для разделения суспензий со средне- и малозернистой (размер частиц более 10 мкм) твердой фазой и широким диапазоном концентраций. Наиболее эффективно применение этих машин в специализированных малотоннажных производствах, а также для разделения труднофильтруемых суспензий, когда требуется получение осадка с минимальной влажностью и весьма высокой эффективностью его промывки. Центрифуги успешно используют для разделения суспензий как с растворимой, так и нерастворимой твердой фазой (в том числе с твердой фазой, имеющей повышенную абразивность), особенно, когда недопустимо ее измельчение.

Осадительные центрифуги ОМБ и ОМД предназначены для разделения суспензий с высокодисперсной твердой фазой и объемной концентрацией более 1 %, когда применение осадительных центрифуг непрерывного действия или центрифуг с механизированной выгрузкой осадка невозможно или экономически неэффективно. К таким случаям относятся: а) образование тиксотропных осадков, не транспортируемых шнеком; б) необходимость выделения из суспензии частиц менее 5 мкм (в этом случае центрифуги ОМБ и ОМД работают с порционной выгрузкой суспензии без перелива фугата через борт ротора); в) разделение суспензии с высокоабразивной твердой фазой; г) необходимость переработки небольших порций суспензии.

К достоинствам маятниковых центрифуг следует отнести простоту конструкции, малую массу и низкую стоимость машины.

Существенным недостатком центрифуг этого типа является применение ручного труда для выгрузки осадка и периодические остановки центрифуги для осуществления этой операции.

Общим конструктивным признаком маятниковых центрифуг с ручной выгрузкой осадка является вертикальное расположение оси ротора 3, вал 4 которого вращается в подшипниках качения, расположенных в корпусе привода 2. Станина подвешена на трех тягах с шаровыми шарнирами в колонках 1, установленных на фундаментной плите 6, что позволяет валу ротора самоустанавливаться и уменьшает динамическую нагрузку на подшипники при возникновении дисбаланса. Привод центрифуги - от электродвигателя 5 через клиноременную передачу. Тормоз 7 центрифуги сблокирован с электродвигателем. Описанная конструкция получила наибольшее распространение и считается стандартной для маятниковых центрифуг с ручной выгрузкой осадка.

При работе центрифуги суспензия подается в ротор обычно на ходу машины через питатель или отверстие в крышке кожуха. Суспензия высокой концентрации, а также суспензия с абразивной твердой фазой загружаются в неподвижный ротор до пуска центрифуги. Фильтрат и промывной фильтрат выводятся из кожуха через сливной штуцер, расположенный в станине. Осадок выгружается вручную через борт или днище ротора. В химических производствах центрифуги с верхней выгрузкой применяются преимущественно с диаметром ротора 400 - 1250 мм, а с нижней выгрузкой - с диаметром ротора 800 - 1600 мм.

Подвесные центрифуги с верхним приводом

Область применения этих машин практически та же что и маятниковых центрифуг. (рисунок 57).

Общий конструктивный признак подвесных центрифуг -верти-кальное расположение оси перфорированного ротора 1 и вала- веретена 3. Вал верхним концом подвешен в шаровой опоре, расположенной значительно выше центра тяжести вращающейся системы. Шаровая опора-головка привода центрифуги- представляет собой систему подшипников качения, размещенных в стакане, свободно опирающемся своей сферической поверхностью на корпус головки привода. Отклонения вала ограничиваются резиновым амортизатором, в результате чего уменьшается динамическая нагрузка на 1 - ротор; 2 - стойки; 3 - вал; 4 - привод; 5 - опора привода; 6 - кожух. Рисунок 57 - Конструктивная схема подвесных центрифуг.

подшипники при возникновении дисбаланса. Такое шарнирное расположение опоры и нижнее крепление с резиновым амортизатором обеспечивают самоцентрирование вращающейся системы и ее устойчивость при работе.

При работе фильтрующих центрифуг суспензия подается сверху при пониженной частоте вращения ротора. Затем частоту вращения ротора доводят до максимальной, при которой осадок отжимают, промывают и повторно отжимают. В осадительных центрифугах суспензия подается при рабочей частоте вращения ротора.

Подвесные центрифуги изготовляют с ручной и механизированной выгрузкой осадка. У механизированных центрифуг выгрузка осадка производится при пониженной частоте вращения ротора, у центрифуг с ручной выгрузкой - при остановленном роторе.

Подвесная центрифуга с нижней механизированной выгрузкой осадка представлена нарисунке 58.

а) б)

а) загрузка; б) выгрузка

Рисунок 58 - Конструктивная схема подвесной центрифуги с поршневой выгрузкой осадка.

Центрифуга имеет кольцевую выгрузку осадка, которая обеспечивается продольным движением поршня на всю длину ротора. К поршню прикреплен запорный конус, закрывающий нижнее отверстие ротора во время операций загрузки, центрифугирования и промывки. При выгрузке осадка запорный конус опускается, отрывая проход для выталкиваемого кольцевым поршнем осадка. Центрифуга снабжена пятискоростным электродвигателем, что позволяет выполнить все операции цикла при оптимальной частоте вращения ротора.

Горизонтальные центрифуги с ножевой выгрузкой осадка

Фильтрующие центрифуги(ФГН) (рисунок 59) применяются для разделения суспензий со средне- и мелкозернистой (размер частиц более 30 мкм), преимущественно растворимой твердой фазой, когда допускается дробление частиц осадка.

Работа центрифуг наиболее эффективна при объемном содержании суспензии более 10 %. В их конструкциях предусмотрена возможность хорошего отжима и эффективной промывки осадка Конструктивные модификации центрифуги с осадительным ротором предназначены для разделения малокон- 1 - разгрузочный бункер; 2 - питающая труба; 3 - механизм среза осадка; 4 - кожух; 5 - ротор; 6 - опоры вала; 7 - вал; 8 - станина; 9 - привод. Рисунок 59 - Конструктивная схема центрифуг типа ФГН с консольным ротором.

центрированных плохо фильтрующихся суспензий с нерастворимой твердой фазой (размер частиц 5 - 40 мкм).Осадок в этих центрифугах не промывается.

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

Общий конструктивный признак центрифуг (рисунок 59)-горизонтальное расположение оси ротора 5, вал 7 которого вращается в подшипниках качения, установленных в станине 8. Привод центрифуги от электродвигателя через клиноременную передачу. В передней крышке центрифуги смонтирован механизм среза осадка 3, разгрузочный бункер 1, питающая труба 2, трубапромывки и регенерации (для фильтрующих центрифуг), регулятор уровня слоя загрузки и переключатель хода ножа. Повоpoтная крышка подвешена на петлях, уплотнена резиновой прокладкой. Описанная конструкция является наиболее распространенной для центрифугс консольным расположением ротора.

В отличие от фильтрующих, у осадительных центрифуг имеется механизм отвода фугата из ротора, состоящий из черпающей трубки с силовым гидроцилиндром , снабженным дросселем для регулирования скорости ввода трубки в ротор. У осадительных центрифуг нет клапанов промывки и регенерации а также разделительных клапанов.

Приработе фильтрующей центрифуги суспензия через регулируемый загрузочный клапан и питающую трубу поступает во вращающийся с полной скоростью ротор и равномерно распределяется по поверхности сит.

Фильтрат, промывной фильтрат и жидкость после регенерации сит отводятся раздельно. При достижении заданной толщины слоя осадка в роторе подача суспензии автоматически прекращается, после чего происходит отжим и промывка осадка. Отжатый после промывкиосадок срезается ножом (или скребком) и выгружается из центрифуги.

Типовой цикл работы фильтрующих центрифуг состоит из операции фильтрования суспензии с образованием осадка, его промывки, центробежного отжима осадка после промывки, выгрузки осадка и регенерации фильтрующей перегородки. Последняя операция в зависимости от проницаемости слоя, остающегося после среза осадка, может производится в каждом цикле или через несколько циклов.

Фильтрующие центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка предназначены главным образом для разделения суспензий с крупнозернистой твердой фазой, в которой преобладают частицы размером свыше 0,15 мм. Возможна также обработка суспензий с крупнозернистой твердой фазой. Наиболее эффективна работа центрифуг при объемном содержании суспензии выше 40%.

Конструктивные особенности фильтрующих шнековых центрифуг (рисунок 60) таковы, что не позволяют получать фильтрат с малым содержанием твердой фазы. Их применяют обычно в таких процессах, где фильтрат возвращается в производственный цикл или же дополнительно осветляется.

Достоинства: высокаяпроизводительность, хорошая степень обезвоживания осадков, низкие затраты энергии и малая масса являются отличительными особенностями фильтрующих центрифуг со шнековой выгрузкой осадка. К недостаткам этих машин относятся: возможность обработки только крупнозернистой неабразивной твердой фазы, значительный унос твердой фазы с фильтратом, недостаточно высокая эффективность промывки осадка и существенное измельчение твердой фазы. 1 - предохранительное устройство; 2 - редуктор; 3 - камера для фильтрата; 4 - шнек; 5 - питающая труба; 6 - ротор; 7 - сито; 8 - кожух-станина; 9 - камера для осадка; 10 - электродвигатель. Рисунок 60 - Конструктивная схема вертикальных центрифуг типа ФВШ.

По сравнению с фильтрующими центрифугами с пульсирующей выгрузкой осадка фильтрующие шнековые центрифуги имеют значительно меньший удельный расход энергии и металла на единицу производительности, а благодаря высокому значению фактора разделения и проведению процесса в тонком слое могут обеспечить получение осадка более низкой влажности. Вместе с тем на центрифугах с пульсирующей выгрузкой осадка достигаются более качественная промывка осадка, меньшее измельчение твердой фазы и унос ее с фильтратом.

Фильтрующие центрифуги со шнековой выгрузкой осадка можно разделить на две группы: быстроходные малой и средней производительности и сравнительно тихоходные крупнотоннажные.

Фильтрующие центрифуги непрерывного действия с инерционной выгрузкой осадка

Отличительной особенностью и несомненным преимуществом этих центрифуг является отсутствие у них каких-либо выгружающих устройств, перемещающих осадок вдоль ротора. Эти центрифуги подразделяют на два типа: центрифуги с центробежной выгрузкой, разгружающиеся при действии на осадок центробежных сил инерции,превосходящих по величине силы трения осадка о ситаили направляющие устройства; центрифуги вибрационные, из которых осадок выгружается действием на него, кроме центробежных сил, также сил инерции, возникающих благодаря вибрации ротора.

Центрифуги с террасным коническим ротором (рисунок 61) предназначены для обезвоживания гранул полимеров крупностью 2 ¸ 3 мм, которое проводится непосредственно после грануляции и охлаждения гранул водой.

                                  А                                

1 - вал с опорами; 2 - сито предварительного обезвоживания; 3 - ротор; 4 - кожух; 5 - электродвигатель; А - загрузка; Б - выход осадка.

Рисунок 61 - Схема центрифуги с коническим террасным ротором.

Центрифуга состоит из вертикально расположенного ротора, вала с опорами, кожуха и привода (рисунок 61). Ротор имеет несколько последовательно расположенных конических обечаек (колец) и приемную ситчатую корзину. Угол наклона образующих обечаек к оси ротора больше угла трения осадка о стенки ротора.

Отличительной особенностью конструкции ротора (рисунок 62) является наличие на верхнем крае каждого кольца торового участка, к периферийной поверхности которого с определенным зазором прилегает кромка нижнего края следующего кольца.

Упомянутые горизонтальные щелевые зазоры служат для выхода из ротора жидкости, отделяемой от гранул полимера. Расположенные по окружности ротора лопасти создают вентиляционный эффект, в результате которого влажный воздух засасывается в сборник фильтрата, а свежий воздух поступает по штуцерам в крышке кожуха. Продувка воздухом внутренних полостей ротора способствует снижению остаточной влажности гранул. Принцип действия центрифуги заключается в следующем. Суспензия непрерывно подается в ротор через загрузочную воронку. 1 - ротор; 2 - пленка жидкости; 3 - обезвоживаемая частица. Рисунок 62 - Принципиальная схема конического террасного ротора.

Попадая в приемную корзину ротора, суспензия освобождается от воды, вследствие чего на первое отражательное кольцо выбрасываются уже отдельные влажные гранулы. При ударе о поверхность кольца гранулы теряют часть поверхностной влаги, под действием составляющей центробежной силы перемещаются к широкому краю и выбрасываются на следующее кольцо. Отдельная влага образует на поверхности кольца тонкую пленку, которая под действием составляющей центробежной силы движется также к широкому краю кольца, но в результате действия сил адгезии пленка не срывается с верхнего края торовой поверхности, a продолжает двигаться по этой поверхности дальше, проходят зазор между кольцами и срывается лишь с кромки, которой оканчивается торовая поверхность. Из рисунка 62видно, что гранулы перескакивают через щель. Алогичный процесс отделения влаги повторяется на всех кольцах ротора. В центрифуге этой конструкции для обезвоживания гранул используются как центробежные силы инерции, так и силы адгезии.