Основы расчета нефтезаводских процессов и аппаратов - Эмирджанов Р.Т.
Скачать (прямая ссылка):
Центрифуги можно разбить на три основные группы.
1. Фильтрующие центрифуги имеют вращающийся дырчатый барабан. Часто внутренняя поверхность барабана покрывается фильтрующей перегородкой (например, тканью). Такие центрифуги применяются для разделения суспензий с кристаллической или зернистой твердой фазой путем фильтрации под действием центробежной силы. Они могут применяться также
для удаления жидкости из твердых материалов.
2. Отстойные центрифуги имеют вращающийся барабан со сплошными стенками (без отверстий). Применяются для разделения плохо фильтрующихся суспензий или для осветления суспензий с небольшим .содержанием твердой фазы.
374
3. Сепарирующие центрифуги также имеют барабан со
W
¦ H
,Г
•¦а
сплошными стенками и применяются для разделения эмульсии или для концентрирования суспензий.
Выгрузку осадка из центрифуги производят различными способами: вручную, при помощи ножей, скребков, шнеков, поступательно-возвратно движущихся поршней, под действием I силы тяжести и под действием центробежной силы. < Центрифуги бывают периодического и непрерывного дейст-5 вия. Описание различных конструкций центрифуг можно най-; ти, например, в книге А. Г. Касаткина [6].
Если на жидкость действует Ькакая-либо сила Р, то поверх-неметь- этой жидкости стремиться принять положение, перпендикулярные этой силе. При вращении барабана с жидкостью на последнюю действуют две силы—центробежная сила С и сила тяжести G (фиг. 123). Равнодействующая P этих сил направлена наклонно, поэтому поверхность жидкости располагается также наклонно, но, перпендикулярно к равнодействующей Я. Чем дальше
от оси вращения расположены частицы жидкости,- тем больше центробежная сила С. Поэтому угол между направлением P и горизонталью уменьшается, а поверхность жидкости приближается к вертикальному положению.
В результате, поверхность жидкости принимает форму параболоида вращения. Глубина А, образующейся воронки, т. е. высота подъема жидкости у стенок барабана определяется формулой
Фиг. 123
h
1800
м.
(XII, 75)
t I
1\
щ
-Ч ,Я
1Jf где R— радиус барабана, м;
я—число оборотов барабана, об/мин.
При большом числе оборотов влияние веса жидкости ничтожно и поверхность ее принимает вертикальное положение. Чтобы при этом предотвратить выбрасывание жидкости барабан „в верхней части снабжают закраиной (фиг. 123).
В результате действия центробежных сил жидкость оказывает давление на стенки барабана. При одном и том же давлении жидкости с уменьшением диаметра барабана для обеспечения прочности требуется меньшая толщина стенки послед-
375
ней. Но с уменьшением диаметра и толщины стенки сильно снижается вес барабана и, особенно резко уменьшаются центробежные силы, возникающие в самом материале барабана. Поэтому для достижения большей разделяющей способности центрифуг, при конструировании их, идут по пути уменьшения диаметра барабана при одновременном увеличении числа оборотов.
Важным фактором, характеризующим разделяющую способность центрифуг является отношение ускорения Центроїд"
бежной силы — — к ускорению силы тяжести (g"), называ-
R
емое фактором разделения (/)
г w2, &г R
/=~Б~~^---' (XH, 76)
R-g g
где ^—окружная скорость стенок барабана, м/сек; и)—угловая скорость вращения, рад/сек; R—радиус барабана, м.
По величине фактора разделения центрифуги условно делятся на две группы: нормальные центрифуги, у которых /<ЗЬО0 и сверхцентрифуги—/>3000. В современных сверхцентрифугах с трубчатым барабаном число оборотов доходит до 450U0 в минуту, а значение /—до 50000 и более.
Центрифугирование в отстойных барабанах отличается от процесса естественного отстоя, в основном, тем, что с удале-лением частицы от оси вращения ускорение центробежной силы возрастает, тогда как ускорение силы тяжести практически постоянно. Фильтрование под действием центробежной силы также значительно отличается от обыч> ого фильтрования.
Различные типы центрифуг требуют различного подхода к их расчету. Сложность же самого процесса значительно затрудняет разработку точных методов расчета отдельных видов центрифуг.
Основы научно обоснованного расчета процессов центрифугирования были заложены работами советских ученых В. И. Соколова, Г. И. Бремера, Г. М. Знаменского и др. [6].
Расчет центрифуг, в основном, сводится к определению зависимости между производительностью центрифуги и ее дараметрами (размерами и числом оборотов барабана).
Производительность, в зависимости от типа центрифуги, обычно, выражается либо количеством неоднородной смеси, поступающей на разделение в единицу времени (л/час, мг/сек)у либо весом осадка, получающегося после центрифугирования (кГ/кас, кГ/цикл и т. д.).
Производительность отстойной центрифуги. Для подсчета скорости осаждения (w0) частички, находящейся под действием центробежной силы, В. И. Соколов предложил восполь-
I
Ї
376
{
. ї
зоветься принципом, который был предложен П. В. Лящен-ко для определения скорости отстоя под действием силы тяжести.
Центробежная сила может быть выражена через размеры частицы следующим образом
