1. Загальна частина.

1.1. Техніко – економічне обґрунтування конструкції центрифуги.

У різних галузях промисловості для розділення неоднорідних систем застосовується метод центрифугування. Він заснований на дії відцентрового силового поля на неоднорідну систему, що складається з двох або більше фаз -суспензію (рідина - тверда речовина), емульсію (рідина - рідина), аерозолі (газ - тверда речовина або газ - рідина). Також центрифугування застосовують для розділення розчинів і газових сумішей.

Машини, в яких здійснюється розділення неоднорідних систем у відцентровому полі, називаються центрифугами.

У спрощеному вигляді центрифуга являє собою швидко обертовий навколо осі порожнистий ротор. Суспензія (або емульсія) завантажується в ротор періодично або безперервно.

У практиці центрифугування застосовуються два способи розділення рідких неоднорідних систем: відцентрове фільтрування і відцентрове осадження. У першому випадку центрифуги виготовляються з перфорованим ротором, на внутрішній стінці (обичайці) якого покладена фільтрувальна перегородка - фільтруючі центрифуги, у другому - з відстійним ротором, що мають суцільну обичайку - відстійні центрифуги. Виготовляються також відстійно - фільтруючі центрифуги, в яких поєднуються обидва принципи розділення.

При поділі суспензій у фільтруючих центрифугах в роторі під дією відцентрової сили відбувається фільтрація рідини через фільтрувальну тканину або металеву сітку з одночасним відкладенням на останній часток твердої фази; рідина проходить через сита і потім через отвори в роторі викидається в кожух центрифуги, а осад вивантажується або під час обертання ротора, або після повної його зупинки.

При поділі суспензій в відстійних центрифугах тверді частинки, які мають, як правило, більшу питому вагу, ніж рідкий компонент, осідають під дією відцентрової сили на обичайці ротора у вигляді кільцевого шару; рідкий компонент також утворює кільцевої шар, але ближче до осі обертання. Рідина відводиться з обертового ротора шляхом переливу через борт або за допомогою відсмоктуючої труби. Осад вивантажується на ходу або після зупинки машини.

Розділення емульсій відбувається аналогічно: у стінок ротора утворюється шар важкої рідини, а ближче до осі обертання - шар легкої рідини. Центрифуги, призначені для розділення емульсій, називаються розділяючими центрифугами. Завантаження емульсії і відведення важкої і лег-кої рідин з ротора таких центрифуг здійснюються безперервно.

Виготовляється велика кількість центрифуг різних конструкцій. Всі вони можуть бути класифіковані за такими характерними ознаками, як технологічне призначення, спосіб вивантаження осаду, конструкція опор і розташування осі ротора.

В залежності від технологічного призначення, або принципу поділу, розрізняють такі типи центрифуг:

1) фільтруючі - для поділу порівняно грубо дисперсних суспензій з кристалічною або аморфною твердою фазою, а також для відділення вологи від штучних матеріалів; застосування таких центрифуг забезпечує найменший вміст рідкої фази в осаді і його ефективне промивання;

2) відстійні і освітлюючі - для поділу суспензій,які погано фільтруються, освітлення суспензій невеликих концентрацій, а також класифікації суспензій по крупності і щільності твердих частинок;

3) розділяючі (сепаруючі) - для поділу емульсій;

4) комбіновані, в яких поєднуються два принципи поділу - осадження з наступною фільтрацією або фільтрація з наступним осадженням в відцентро-вому полі.

За основною конструктивною ознакою центрифуги бувають [6. 67]:

- з горизонтальним валом, що мають жорсткі або пружні опори; ротор може бути між опорами або на консолі (горизонтальні центрифуги);

- з вертикальним валом, що мають жорсткі опори (вертикальні центрифуги);

- з похилим валом, що мають жорсткі опори (похилі центрифуги);

- з вертикальним валом, що мають пружну верхню опору і жорстку шарнірну нижню опору; ротор закріплюється на верхньому кінці валу (вертикальні з підпертим валом і пружною верхньою опорою);

- з вертикальним валом, підвішеним на верхній шарнірній пружній опорі; ротор закріплюється на нижньому кінці валу (підвісні центрифуги з верхнім приводом);

- з вертикальним валом, опори якого поміщені в загальний жорсткий корпус, підвішений на трьох колонках; ротор закріплений на верхньому кінці валу (маятникові центрифуги);

- з вертикально підвішеним довгим трубчастим ротором (вертикальні трубчасті центрифуги).

За способом вивантаження осаду центрифуги підрозділяються на нас-тупні типи:

- з ручним вивантаженням через верхній борт; осад вивантажують без застосу-вання спеціальних механізмів після повної зупинки ротора;

- з ручним вивантаженням через днище - без застосування спеціальних меха-нізмів після повної зупинки ротора;

- з ручним вивантаженням і розбиранням ротора; осад вивантажується без застосування спеціальних механізмів після повної зупинки ротора;

- з контейнерним, або касетним, вивантаженням - за допомогою спеціальних знімальних контейнерів, м'яких або жорстких касет і т.п.;

- з ножовим вивантаженням; осад вивантажується ножем або скребком спеціального механізму на ходу при повному чи зменшеному числі оборотів ротора;

- з гравітаційним вивантаженням (само розвантажуються); осад вивантажуєть-ся під дією власної ваги під час зупинки ротора;

- з шнековим вивантаженням - за допомогою шнека, що обертається відносно ротора, безперервно при безперервній роботі машини;

- з поршневий вивантаженням осаду штовхачем, що здійснює зворотно­посту-пальний (пульсуючий) рух вздовж осі ротора при безперервній роботі маши-ни;

- з відцентровим (інерційним) вивантаженням; осад вивантажується під дією від-центрових сил безперервно при безперервній роботі машини;

- з вібраційним вивантаженням; осад вивантажується безперервно під дією коли-вань обертового ротора;

- з вібраційно-поршневим вивантаженням; осад вивантажується безпере-рвно під дією коливань обертового ротора і штовхання осаду поршнем;

- з гідравлічним вивантаженням; вологий осад і рідка фаза виванта-жуються через сопла або отвори ротора при робочій швидкості останнього.

Залежно від ступеня герметизації, вибухозахищеності та дотримання спеціальних вимог (модифікації) розрізняють наступні виконання центрифуг:

- негерметизовані - без спеціальних ущільнювальних пристроїв, ізолюючих робочі порожнини машини від зовнішнього середовища, з електрообладнан-ням звичайного виконання. Застосовується для обробки нетоксичних, нелет-ких, вогне - та вибухобезпечних продуктів у вибухобезпечних вироб-ництвах;

- негерметизовані з вибухозахищених електроустаткуванням - без спеціаль-них ущільнювальних пристроїв, ізолюючих робочі порожнини машини від зовнішнього середовища, з електрообладнанням у вибухозахищеному виконанні. Застосовується нелетких, вогне- та вибухобезпечних продуктів у вибухонебезпечних виробництвах;

- герметизоване вибухозахищене - з ізоляцією робочих порожнин машини від зовнішнього середовища, електрообладнанням у вибухозахищеному вико-нанні і піддуванням інертного газу під надлишковим тиском від 0,01 до 0,1 МПа в порожнину кожуха. Застосовується на вогне- та вибухонебез-печних виробництвах;

- герметизоване - з ізоляцією внутрішніх робочих порожнин кожуха від зов-нішнього середовища і електрообладнанням у вибухозахищеному вико-нанні. Застосовується для роботи під надлишковим тиском більше 0,1 МПа;

- з обігрівом або охолодженням - зі спеціальними пристроями для підігріву (охолодження) кожуха або ротора машини і з електрообладнанням у звичайно-му виконанні;

- з обігрівом або охолодженням - зі спеціальними пристроями для підігріву чи охолодження кожуха або ротора машини і з електрообладнанням у вибухоза-хищеному виконанні;

- капсульованих - вся машина, за винятком приводу, поміщена в герметичну оболонку;

- спеціальне - для роботи в спеціальних умовах.

Центрифуги автоматичні горизонтальні. В даний час виготовляється ряд автоматичних центрифуг типів ФГН - фільтруючі горизонтальні безпере-рвнодіючі і ОГН - відстійні горизонтальні безперервнодіючі. Автоматичні центрифуги представляють собою горизонтальні машини періодичної дії з но-жовим зніманням осаду і автоматичним управлінням всіма операціями.

Найбільшого поширення набули центрифуги, призначені для розділення суспензій, тверда фаза яких має кристалічну або зернисту структуру з розміром зерен ЗО - 150 мкм. Центрифуги ФГН і ОГН з діаметром ротора до 1600 мм включно виконуються з консольним розташуванням ротора, при більшому діаметрі ротор розташовується між двома опорами; при цьому він може бути одинарним або здвоєним. При консольному розташуванні ротора, як правило,застосовуються поворотні кришки.

Центрифуги фільтруючі горизонтальні безперервно діючі з пульсую-чим вивантаженням осаду. Дані центрифуги призначені головним чином для розділення добре фільтруючихся концентрованих суспензій, об'ємною концентрацією понад 20% крупно - і середньокристалічною, пере-важно розчинною твердою фазою, з переважанням частинок розміром більше 100 мкм. Оптимальна концентрація твердої фази в суспензії, що надходить в центрифугу, 40 - 50%. У зв'язку з підвищеним вмістом в фільтраті твердої фази його доцільно повертати в технологічний процес або додатково освітлю-вати.

Центрифуги з пульсуючим вивантаженням застосовують також для розділення суспензій з середньо абразивною твердою фазою, що складається в основному з кристалічних продуктів (сульфату амонію, мідного купоросу, кухонної солі, нітрату натрію, карбаміду, поташу та ін.), коротковолокнистих матеріалів (ацетил - і етилцелюлоза, нітроцелюлоза) і аморфних продуктів. Ці центрифуги не можуть використовуватися для обробки продуктів, тверда фаза яких складається з кристалів пластинчастої форми, оскільки в таких випадках не можлива передача осьового тиску поршнем.

Центрифуги безперервно діючі відстійні горизонтальні шнекові. Загальною конструктивною ознакою центрифуг типу ОГШ (НОГШ) є го-ризонтальне розташування осі неперфорованого конічного або циліндричного ротора з співвісним, розташованим всередині нього шнеком. Ротор і шнек обертаються в одному напрямку, але з різними швидкостями, так що осад, який утворюється, переміщується шнеком уздовж ротора. Ротор розташований на двох опорах і приводиться в обертання від електродвигуна через клинопасову передачу. Шнек приводиться в обертання від ротора центрифуги через планетарний редуктор. Ротор закритий кожухом, який має внизу штуцер для відводу осаду і фугату.

Центрифуги ОГШ призначені для розділення суспензій з концентрацією твердої фази від 1 до 40 об'ємних%, розміром частинок понад 5 мкм і різницею щільності твердої та рідкої фаз більше 0,2 кг/м³, а також для гідравлічної класифікації суспензій по крупності твердих частинок. Впорядкувати важкі матеріали (різниця щільності більше 2 кг/м³) можна по лімітному розміру часток, рівному 2 мкм.

Центрифуги безперервно діючі фільтруючі зі шнековим виван-таженням осаду. Центрифуги фільтруючі з шнековим вивантаженням осаду виготовляються з вертикальним розташуванням ротора (ФВШ) і горизонталь-ним (ФГШ).

Ротор має конічну форму. Осад переміщується уздовж стінок стрічковим шнеком в напрямку від вузького перетину ротора до широкого, внаслідок чого зменшується витрата енергії на транспортування осаду. Центрифуги даного типу призначені для поділу концентрованих суспензій з крупнокристалічною, переважно розчинною, твердою фазою об'ємною концентрацією не нижче 30%, з переважаючим розміром твердих часток більш 150 мкм, що зумовлено шири-ною щілин сита.

Центрифуги підвісні з верхнім приводом і нижнім вивантаженням осаду. Особливістю центрифуг підвісних з верхнім приводом і нижнім виван-таженням осаду є шарнірна підвіска вертикального валу з ротором, що допус-кає відхилення системи від вертикальної осі і самоцентрування обертових мас. В наслідок цього центрифуги малочутливі до нерівномірного завантаження ротора і мають велику динамічну стійкість під час роботи.

Центрифуги маятникові. Центрифуги маятникові ФМ (ТБ) і ОМ (ОТВ) загального призначення є вертикальними підвісними самовстановлюючимися машинами періодичної дії з нижнім приводом і ручним вивантаженням осаду.

Особливості центрифуг цього типу - трьоколонна кульова підвіска і ни-жнє розташування приводу, укомплектованого одношвидкісним електродви-гуном. Кульова підвіска забезпечує можливість самовстановлення відхиляю-чихся від вертикальної осі мас, завдяки чому ці машини малочутливі до нерівномірного розподілу завантаження в роторі і, отже, мають високу динамічну стійкість. Нижнє розташування приводу створить зручність обслуговування і зменшує габаритний розмір центрифуг по висоті.

Маятникові центрифуги відрізняються простотою і компактністю і широко використовуються при обробці дрібно- та середньодисперсних суспензій, емульсій, матеріалів, схильних до нерівномірного розподілу у рото-рі при завантаженні, а також штучних та інших продуктів,що вимагають тривалих циклів центрифугування в малотоннажному виробництві.

Центрифуги трубчасті. Центрифуги трубчасті (понадцентрифуги) є високо-швидкісними машинами, призначеними для освітлення суспензій, що містять не більше 1% тонкодисперсної твердої фази (лаки, емалі, вакцини, масла, стічні води у виробництві кіноплівки та ін.) і для розділення стійких емульсій (відділення води від трансформаторного масла або від різних жирів та ін.) з відношенням питомої ваги компонентів більше 1,06. У першому випадку застосовуються центрифуги з освітлюючим ротором (ОРТ), в друго-му - з сепаруючим (РТР). При поділі емульсій центрифуги працюють без-перервно, при поділі суспензій - періодично, тому що необхідно час від час вручну вивантажувати накопичений осад.

Загальною конструктивною ознакою трубчастих центрифуг є наявність трубчастого ротора, підвішеного на валу (веретені) на гнучкій опорі з верти-кальною віссю обертання і плаваючою нижньою опорою ковзання .

Висновок: із проведеного аналізу можливо установити, що для фільтру-вання розділення суспензій з середньо абразивного твердою фазою що скла-даеться в основному з кристалічних продуктів, яким є сульфат-амонія, найбі-льш доцільно застосовувати фільтруючі центрифугу з пульсуючим виванта-женням осаду.