Отстойники и центрифуги

Отстойники служат для разделения жидких неоднородных сред с разной плотностью их дисперсной и дисперсионной фаз.

В сахарной промышленности для разделения сока I сатурации используются отстойники типа Дорра, Пассоса, Чугунова, системы Гипросахара и др.

В отстойнике получается 75...80 % осветленного сока и 20... 25 % сгущенного осадка к массе нефильтрованного сока I сатурации. Осветленный сок поступает на контрольную фильтрацию, а сгущенная суспензия направляется на вакуум-фильтры.

Отстойники изготовляются производительностью по переработке свеклы 1000.. .2500 т/сут диаметром 4000.. .5500 мм и высотой 4000.. .6500 мм; общая вместимость отстойников составляет 95... 150 м³.

Все отстойники имеют в принципе одинаковую конструкцию и различаются устройствами для подвода нефильтрованного сока I сатурации, отвода осветленного сока и удаления сгущенной суспензии.

Наиболее рациональным способом отвода сгущенной суспензии является отвод ее из каждой секции после сгущения до определенной плотности. Такой отвод позволяет избежать дополнительного перемешивания сгущенной суспензии при переходе ее из одной секции отстойника в другую с соком I сатурации и улучшает процесс отстаивания.

В различных конструкциях отстойников отвод осветленного сока из секций осуществляется с помощью одного периферийного кольца или четырех концентрических колец, расположенных друг от друга на одинаковом расстоянии.

При непрерывном процессе отстаивания при постоянной производительности в каждой секции отстойника устанавливается постоянная поверхность раздела между осветленной жидкостью и сгущенной суспензией. Эта поверхность располагается по высоте секции, где общая скорость потока осветляемой суспензии допускает осаждение частиц твердой фазы. Осветленная жидкость, находящаяся над поверхностью раздела, непрерывно удаляется, а под эту поверхность подводится сок I сатурации. Сгущенная суспензия отводится также из-под этой поверхности. Основным фактором, влияющим на высоту и объем отстойника, является скорость потоков осветляемой суспензии, осветленной жидкости и сгущенной суспензии. Осаждение твердых частиц суспензии независимо от режима потоков возможно в тех случаях, когда вертикальная составляющая скорости вихрей не превышает скорости осаждения твердых частиц суспензии в спокойной среде.

Рассредоточенный отвод жидкости можно осуществить, например, при помощи кольцевых труб. При расположении отверстий на трубах для отвода осветленного сока необходимо живое сечение их принимать таковым, чтобы скорость входа сока в них была одинаковой и не превышала допустимой скорости.

Равномерный подвод неосветленной суспензии от трубовала отстойника к поверхности раздела проще всего осуществлять при помощи конструкции, которая несет скребки для удаления сгущенной суспензии, но при этом необходимо учитывать, что скорость ввода неосветленной суспензии должна быть ниже скорости осаждения твердых частиц суспензии.

Отстойник системы Чугунова (рис.) имеет общую площадь поверхности отстаивания 9,4 м² на 100 т переработки свеклы при высоте всех секций 800 мм.

Рис. Отстойник системы Чугунова

Сок I сатурации поступает в подготовительную секцию 1, имеющую мешалку 5, где от него отделяется пена, затем при помощи специальной лопасти направляется в приемник 3. Далее сок через окна 4 поступает во внутреннюю часть трубовала 2, откуда через насадки 17 попадает в отдельные секции отстойника. Равномерное распределение сока по отдельным секциям достигается при помощи вставок 6. Отвод осветленного сока осуществляется через кольцевые трубы 7, расположенные по периферии в верхней части секций. Корпус 9 отстойника имеет воздушную оттяжку 10 и люки 15.

Сгущенная суспензия с днищ 14 отдельных секций лопастями 16 мешалок 11 направляется в сборники 13, в которых перемешивается лопатками 12. Отвод сгущенной суспензии осуществляется из каждой секции по трубам 8.

И. Г. Чугунов установил, что осветление сока и окончательное уплотнение суспензии можно осуществить в один прием в секциях небольшой высоты. Время пребывания сока в рабочих секциях такого отстойника было доведено до 80 мин.

Производительность отстойников зависит от площади осаждения и скорости осаждения твердых частиц суспензии. Средняя скорость осаждения осадка в таком отстойнике составляет 0,54 м/ч, а продолжительность пребывания сока — около 2,5 ч, что влечет за собой большое нарастание цветности.

Скорость опускания поверхности раздела осветленного сока и сгущенной суспензии при осаждении изменяется. Сначала скорость увеличивается, затем при достижении определенного максимума приобретает постоянную величину, по окончании массового осаждения скорость резко падает.

Одним из недостатков отстойников такого типа является неравномерная загрузка секций осадком. Это связано с двухступенчатым осаждением осадка: осадок уплотняется в рабочем ярусе, а затем сталкивается в нижележащий ярус для окончательного уплотнения. При движении в камеру окончательного уплотнения осадок проходит через слой движущегося сока и несколько теряет достигнутую ранее плотность.

Техническая характеристика отстойника системы Чугунова

Производительность, т/сут.....1 ООО

Площадь осаждения, м²......95

Число ярусов, шт.......5

Полезная вместимость, м³...............140

Габаритные размеры, мм..... ...........5900x5900x6880

Масса, кг..................22 400

Гравитационный отстойник РЗ-ПОС-1,5 (рис.) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 22 диаметром 5,5 м с коническим днищем 2 и крышкой 15.

Рис. Гравитационный отстойник РЗ-ПОС-1,5

 Внутри корпуса установлены вертикальные перегородки 21, разделяющие отстойник на пять изолированных рабочих ярусов 20 высотой 800 мм и вместимостью 18 м³ каждый. Верхний шестой ярус 17 является подготовительным.

По вертикальной оси отстойника проходит трубовал 9, который вращается с помощью привода, состоящего из червячной пары 10, редуктора 11, передачи 12 и электродвигателя 13. К трубовалу приварены питатели 5, через которые нефильтрованный сатурированный сок поступает в каждый из пяти ярусов, а также сгребающие устройства 4, служащие для подачи осадка к центру—в грязевые камеры 1. Трубы 3 служат для отвода осадка из грязевых камер отстойника, а коллекторы 6 с отверстиями в нижней части — для отвода осветленного сока в наружные коллекторы 19.

Отстойник снабжен люками 7 для осмотра и очистки, а также патрубками 18 — для входа сока, 23—для выхода сгущенной суспензии и 27—для выхода декантата.

В верхнем ярусе отстойника расположен паровой барботер 16, представляющий собой кольцевую трубу с отверстиями для прохода пара и предназначенный для гашения образовавшейся пены.

Короб 25 с патрубком 26 предназначен для отвода избытка пены.

Нефильтрованный сок через патрубок 18 и коллектор 24 поступает в верхний подготовительный ярус 17 отстойника. Этот ярус предназначен для отделения газа и воздуха, а также отделения и гашения пены. В верхней части подготовительного яруса вследствие установленной здесь переливной трубы образуется свободный объем для пены. Труба имеет гидравлический затвор, предотвращающий сброс через нее пены. Отделенная пена лопастью 14 сбрасывается в пеноотводящий короб 25 и удаляется из отстойника через патрубок 26.

Нефильтрованный сок из подготовительного яруса поступает через окна 8 внутрь трубовала 9 и, двигаясь вниз, распределяется по ярусам отстойника при помощи питателей 5, затем поступает в нижерасположенный ярус через отверстия в днище грязевой камеры верхнего яруса.

Находясь определенное время в ярусах отстойника, сок отстаивается. Декантат отбирается из верхней части каждого яруса при помощи коллекторов 6 и выводится из отстойника через патрубки 27. В свою очередь, к последним присоединяются стояки, по которым сок поступает в контрольный ящик, а из него — на дальнейшую переработку.

Осевший на конические перегородки 21 осадок плотностью 1120... 1200 кг/м³ сгребается устройствами 4 в грязевые камеры 1, из которых в виде сгущенной суспензии через трубы 3 и патрубки 23 отводится в контрольный ящик сгущенной суспензии, а оттуда — на вакуум-фильтры.

В отстойнике РЗ-ПОС-1,5 с целью более равномерного распределения осадка вал состоит из труб разного сечения: чем выше ярус, тем меньше сечение трубы, направляющей исходный сок из подготовительного яруса в рабочие. Такое устройство распределительного вала позволяет направлять сок из подготовительного яруса по всем рабочим ярусам с одной и той же концентрацией твердых частиц, что обеспечивает одинаковую скорость осаждения во всех ярусах отстойника, а следовательно, и равную производительность всех ярусов.

Осадок из нижних частей всех секций по отдельным трубам отводится в контрольный ящик сгущенной суспензии, а оттуда — на вакуум-фильтры. Таким образом, каждый рабочий ярус отстойника является одновременно и камерой осветления, и камерой уплотнения осадка. Загрузка секций в таком отстойнике одинакова. Благодаря меньшему времени пребывания сока (70.. .80 мин) и меньшему удельному объему этого отстойника нарастание цветности сока в нем меньше, чем в двухступенчатом отстойнике. Осветленный сок (декантат) в этом отстойнике при переработке кондиционной свеклы получается практически без мути, что позволяет исключить контрольное фильтрование. Для хорошей работы отстойников необходимо обеспечить равномерное поступление сока первой сатурации. При наличии нескольких отстойников сок между ними необходимо распределять равномерно. Изменением количества отбираемого осветленного сока регулируют его чистоту. Сгущенную суспензию необходимо отбирать равномерно.

К достоинствам отстойников относятся простота обслуживания и отсутствие необходимости в фильтровальной ткани.

Недостатки гравитационных отстойников: они громоздки и занимают много производственной площади; сок в них пребывает продолжительное время, что обусловливает повышение цветности сока; декантат при переработке порченой свеклы содержит много мути, трудно отфильтровывающейся на контрольных фильтрах.

Техническая характеристика гравитационного отстойника РЗ-ПОС-1,5

Производительность, т/сут .... 1500

Полная вместимость, м³.....130

Рабочая вместимость, м³.....107

Площадь осаждения, м².....118

Число ярусов, шт........5

Установленная мощность, кВт. . . .2,2

Частота вращения трубовала, с^-1 . . 0,001

Габаритные размеры, мм..... 7840x6620x5500

Масса, кг.......... 22 300

Автоматическая центрифуга циклического действия ФПН-1251Л-02 (рис.) состоит из ротора 12, подвешенного на валу 6 в верхней опоре, пятискоростного асинхронного электродвигателя 3, механизма среза 2, устройства для промывки 1, подвесной головки 5, пульта управления 7, распределительного диска 10, кожуха 11, станины 13, трубы для подвода воды 15, патрубка для отвода образовавшихся паров 16, трубы для подвода пара 17 и пневмоцилиндра заслонки лотка 20.

Работает центрифуга следующим образом. При достижении частоты вращения ротора 23 с^-1 открывается шиберная заслонка утфелераспределителя и утфель по лотку 19 поступает в ротор центрифуги. После загрузки ротора до заданного объема датчик 9 загрузки утфеля дает команду на закрытие шиберной заслонки. Затем электродвигатель набирает максимальную частоту вращения 150 с^-1, при которой происходит фуговка утфеля, регулируемая реле времени.

Рис. Подвесная центрифуга

По окончании фуговки включается электромагнитный клапан, и вода поступает в устройство для промывки сахара. Одновременно сегрегатор 18 переключается на отвод белой патоки.

После промывки и пропарки сахара происходит переключение электродвигателя на меньшую скорость, и центрифуга начинает тормозиться. При частоте вращения 5 с-¹ включается механический тормоз 4 и электродвигатель выключается, а затем переключается на обратное вращение ротора.

При достижении ротором частоты вращения 7...10 с^-1 поднимается запорный конус 14 и к слою сахара пневмоцилиндром 8 подводится нож. По вертикали нож перемещается от электродвигателя. По окончании выгрузки механизм среза занимает первоначальное положение, запорный конус опускается, сита промываются водой и начинается следующий цикл работы.

Техническая характеристика автоматической центрифуги ФПН-1251Л-02

Максимальная загрузка, кг.......660

Внутренний диаметр ротора, мм .... 1250

Внутренняя высота ротора, мм.....800

Максимальная вместимость ротора, м³. . . 445*10-³

Рабочая частота вращения, с-¹.....105; 157

Минимальный цикл работы, мин .... 3

Наибольший фактор разделения .... 1560

Габаритные размеры, мм..............2250x2060x4800

Масса без электродвигателя, кг..........3650