2.1 Расчет отстойных центрифуг

Расчет отстойных центрифуг непрерывного действия. При расчете центрифуги можно рассматривать как отстойники, в которых ско­рость осаждения частиц в К_р раз больше, чем при гравитационном осаждении (под действием силы тяжести).

Исходя из этого, можно записать выражение для поверхности осаждения:

(2.5)

где w_CT скорость стесненного гравитационного осаждения, ρ- плотность очищенной жидкости, G_см- массовый расход исходной смеси, х- соответственно концентрация дисперсной фазы в очищенной сплошной фазе и в осадке.

Если пренебречь толщиной слоя осадка, то для центрифуг с цилиндрическим барабаном

F=πD_срl (2.6)

К_р=2π²n²D_ср/g (2.7)

где D_ср- средний диаметр потока жидкости в барабане, D_ср = (Dв + D₀)/2; D_в- внутренний диаметр слоя суспензии в барабане; D₀ - внутренний диаметр кольцевого слоя суспензии в барабане; l-длина барабана; К_р- средний фактор разделения цен­трифуги.

Входящий в выражение (2.4) коэффициент ξ называют коэф­фициентом эффективности разделения. Он учитывает снижение эффективности вследствие скольжения жидкости относительно сте­нок барабана, образования вихревых потоков, перемешивающего действия шнека и других факторов. Его значение находят по эмпирическим формулам; обычно для центрифуг непрерывного действия ξ = 0,20 -0,25.

Подставим (2.6) и (2.7) в (2.5) и проведем преобразования, вынеся G_см в левую часть:

(2.8)

С помощью выражения (2.8) можно рассчитать производи­тельность данной центрифуги по суспензии или же подобрать центрифугу, обеспечивающую требуемую производительность.

В отдельных случаях производительность центрифуги по суспен­зии может лимитироваться ее пропускной способностью по осадку. Максимальная пропускная способность по твердой фазе обычно приведена в технической характеристике центрифуги. Рабочая про­изводительность по твердой фазе должна составлять 50-80% от максимальной. Если производительность по осадку G_ос окажется больше рабочей производительности по твердой фазе, необходимо соответственно уменьшить G_см.

3. Фильтрование

Фильтрование применяют в промышленности для тонкого разделе­ния жидких или газовых гетерогенных систем. С его помощью можно добиться значительно более полной, чем в процессах осаж­дения, очистки жидкости или газа от взвешенных частиц и, соот­ветственно, более высокого выхода продукта (если им является твердая фаза суспензии).

В процессе фильтрования твердые частицы либо задерживаются на поверхности фильтровальной перегородки, образуя осадок, либо проникают в ее глубину, задерживаясь в порах. В соответствии с этим различают фильтрование с образованием осадка и фильтро­вание с закупориванием пор. Иногда их совмещают (применяя фильтрование с образованием осадка и закупориванием пор).

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений до и после фильтра. Если эта разность создается с по­мощью насоса, компрессора или вакуум-насоса, происходит фильт­рование под действием перепада давления, если с помощью центробежных сил - центробежное фильтрование (центрифугирование).

Процесс фильтрования сопровождается осаждением твердых частиц, что усложняет процесс и влияет на его закономерности. Это влияние зависит от взаимного направления действия сил тяжести и движения фильтрата. Если суспензия находится над фильтровальной перегородкой, осаждение твердых частиц приводит к более быстрому образованию осадка. Если же суспензия находится под фильтровальной перегородкой, осаждение препятствует образова­нию осадка, что вызывает необходимость перемешивания суспензии для поддержания ее однородности.

Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке, подразде­ляют на сжимаемые и несжимаемые - в зависимости от того, умень­шается пористость осадка при увеличении разности давлений или остается практически постоянной. Уменьшение пористости сжимае­мых осадков приводит к росту гидравлического сопротивления потоку жидкой фазы. Поэтому фильтрование в случае образования сжимаемых осадков проводят обычно под вакуумом или при небольшом избыточном давлении (∆р≤10⁵ Па).

Обычно процесс фильтрования не завершается разделением суспензии на фильтрат и осадок. Перед удалением осадка с фильт­ровальной перегородки его, как правило, подвергают промывке другими жидкостями для удаления остатков фильтрата и продувке холодными или нагретыми газами - для уменьшения влажности.