Декантерная центрифуга - Decanter centrifuge

А центрифуга это устройство, в котором используется высокий скорость вращения разделить компоненты разных плотности. Это становится актуальным в большинстве промышленных работ, когда твердые вещества, жидкости и газы объединяются в единую смесь и необходимо разделение этих различных фаз. А декантерная центрифуга (также известный как центрифуга с твердой чашей ) непрерывно отделяет твердые материалы от жидкостей в шламе и поэтому играет важную роль в очистки сточных вод, химическая, нефтяная и пищевая промышленность. Есть несколько факторов, которые влияют на производительность декантерной центрифуги, и некоторые из них: эвристика должны соблюдаться, которые зависят от данных приложений.

Принцип работы

Принцип работы декантерной центрифуги основан на разделении через плавучесть. Естественно, компонент с более высокой плотность упадет на дно смеси, а менее плотный компонент будет подвешен над ней. Декантерная центрифуга увеличивает скорость осаждения за счет использования непрерывного вращения, обеспечивая перегрузка эквивалентно от 1000 до 4000 G. Это значительно сокращает время осаждения компонентов, благодаря чему смеси, которым раньше требовалось несколько часов для осаждения, могут быть осажены за считанные секунды с использованием декантерной центрифуги. Эта форма разделения обеспечивает более быстрые и контролируемые результаты.

Как это работает

Исходный продукт через входной патрубок перекачивается в декантерную центрифугу. Корм поступает в горизонтальную чашу, которая вращается. Чаша состоит из цилиндрической части и конической части. Разделение происходит в цилиндрической части чаши. Быстрое вращение порождает центробежные силы до 4000 х г. Под действием этих сил твердые частицы с более высокой плотностью собираются и уплотняются на стенках чаши. Спираль (также винтовой или винтовой конвейер) вращается внутри дежи с немного другой скоростью. Эта разница скоростей называется дифференциальной скоростью. Таким образом, спираль перемещает осевшие частицы по цилиндрической части чаши до конической части чаши. В самом маленьком конце конической части чаши обезвоженные твердые частицы покидают чашу через выпускное отверстие. Осветленная жидкость уходит через напорный диск (внутренний центростремительный насос).^[1]

3-фазное разделение с декантером

С помощью 3-фазной декантерной центрифуги можно отделить 3 фазы друг от друга только за один этап процесса. Например, две жидкости, которые не могут быть смешаны из-за разной плотности (например, масло и вода), отделяются от твердой фазы. Тяжелая жидкость (вода) собирается посередине между слоем масла и твердых частиц. Таким образом, две жидкости, отделенные друг от друга, могут быть удалены из декантера. Твердые частицы транспортируются через спираль к разгрузочным отверстиям, как это происходит также при двухфазном разделении.^[2]

Типичные области применения трехфазного разделения - производство пищевых масел, таких как оливковое масло, нефтешлам обработка, производство биодизель и Т. Д.

Параметры и влияющие факторы разделения

Подача, производительность и время пребывания

Через подачу обрабатываемая разделяющая среда может поступать в центр загрузочной камеры спирали, где она ускоряется. Пропускная способность будет влиять на Время жительства.^[3]

Ускорение

Разделительная среда достигает максимальной скорости в стакане декантера, в результате чего твердые частицы оседают на внутреннем диаметре стакана. Характерной особенностью чаши является ее цилиндрическая / коническая форма.

Дифференциальная скорость

Между барабаном декантера и спиралью существует разница в скорости, которая создается редуктором на промышленных центрифугах декантера. Дифференциальная скорость определяет содержание твердых частиц на выходе.

Заполняемый объем / водосливные диски или переливной водослив

Глубина пруда / водосливные диски

Осветленная жидкость течет к цилиндрическому концу барабана декантерной центрифуги, откуда вытекает через отверстия в крышке стакана. Эти отверстия содержат точно регулируемые водосливные диски / водосливные пластины, с помощью которых можно установить глубину пруда в чаше. Диски перегородки определяют объем наполнения чаши.

Спектр приложений

Основное применение декантерных центрифуг - непрерывное отделение больших количеств твердых частиц от жидкостей. Они также используются для мытья и сушки различных твердых веществ в промышленности, таких как полистирольные шарики, осветления жидкостей и концентрирования твердых веществ. В таблице 1.0 приведены различные примеры использования декантерных центрифуг в различных отраслях промышленности.

Преимущества и ограничения перед конкурентными процессами

Обычно у декантерной центрифуги больше преимуществ, чем недостатков; однако есть некоторые ограничения по сравнению с другими процессами.

Преимущества:

• Декантерные центрифуги имеют чистый внешний вид и практически не имеют запаха.
• Устройство не только легко установить и быстро запускать и выключать, но и требует небольшой площади для работы по сравнению с другими процессами конкурентов.
• Декантерная центрифуга универсальна, так как цилиндрическая секция барабана разной длины и угол конуса можно выбирать для различных применений. Кроме того, в системе можно предварительно запрограммировать различные расчетные кривые для прогнозирования типа шлама, в то время как некоторые конкурирующие процессы, такие как ленточный фильтр-пресс, не могут изменить тип ленты для работы с различными типами шлама.^[4] Его универсальность позволяет машине выполнять различные функции, такие как работа для сгущения или обезвоживание.
• Машина может работать с более высокой пропускная способность емкость, чем у меньших машин.^[5] Это также снижает количество требуемых единиц.
• Устройство легко оптимизировать и работать, поскольку оно имеет несколько основных переменных и надежную информацию обратной связи.^[4]
• Декантерная центрифуга снижает трудозатраты по сравнению с другими процессами, так как требует незначительного непрерывного обслуживания и внимания оператора.
• По сравнению с некоторыми конкурентными процессами, такими как ленточный фильтр декантерная центрифуга обладает большей гибкостью процесса и более высоким уровнем производительности.

Ограничения:

• Декантерная центрифуга не может разделять твердые биологические вещества с очень небольшой разницей в плотности, такие как клетки и вирусы.^[5] Центрифуга с трубчатым барабаном - это конкурентоспособный процесс, который позволяет отделить эти трудно разделяемые твердые частицы.
• Машина может быть очень шумной и вызывать вибрацию.
• Устройство имеет высокое энергопотребление из-за высокого G-силы.
• Декантерная центрифуга требует высоких капитальных затрат на оборудование. Для уменьшения износа и, следовательно, уменьшения износа улитки требуются твердые материалы для наплавки и защиты от истирания.

Доступные дизайны

Основными типами декантерных центрифуг являются вертикальная ориентация, горизонтальная ориентация и конвейерные / спиральные.

В вертикальных декантерных центрифугах вращающийся узел устанавливается вертикально, при этом его вес поддерживается одним подшипником внизу или подвешивается сверху.^[5] Редуктор и чаша подвешены к приводной головке, которая соединена с рамой.^[5] Вертикальный декантер позволяет работать при высокой температуре и / или высоком давлении благодаря ориентации и вращающимся уплотнениям, предусмотренным на одном конце. Однако это делает устройство более дорогим, чем горизонтальная декантерная центрифуга, которая не находится под давлением и открыта.^[6] Преимущество вертикальной машины перед горизонтальной заключается в том, что шум, излучаемый во время производства, намного ниже за счет меньшей вибрации.^[6]

В горизонтальных декантерных центрифугах, как показано на рис. 1, вращающийся узел установлен горизонтально с подшипниками на каждом конце на жесткой раме, которая обеспечивает хорошую уплотнительную поверхность для приложений с высоким давлением.^[5] Подача поступает через один конец подшипников, в то время как редуктор прикреплен к другому концу и работает со скоростью ниже критической.^[5] Производительность варьируется до 40000 фунтов (18000 кг) твердых частиц в час при скорости подачи жидкости до 300 галлонов США (1,1 м3).³) в минуту.^[7] Горизонтальная машина устроена таким образом, что суспензия может подаваться в центр вращающейся горизонтальной цилиндрической чаши.^[7] Спиральный разгрузочный винт выталкивает твердые частицы к одному концу барабана, когда они собираются на стенках. Эта ориентация является наиболее распространенной конструкцией, применяемой в отрасли.

Рисунок 1. Принципиальная схема горизонтальной декантерной центрифуги.

В конвейерных центрифугах с декантером конвейер или спираль помещается во вращающуюся чашу и переносит твердые частицы, осевшие на стенке, толкая их через пляж к нижнему потоку, где они выгружаются. Конвейер позволяет повысить эффективность сепарации и производительность подачи.

Характеристики процесса декантерных центрифуг

Процесс разделения в декантерной центрифуге зависит от нескольких характеристик процесса, таких как центробежная сила или G-сила, скорость осаждения и коэффициент разделения, разность скоростей между конвейером и барабаном и прозрачность слива жидкости.

Для декантерных центрифуг требуется центробежная сила для отделения твердых частиц от жидкости. Эта характеристика зависит от радиуса центрифуги и ее угловой скорости вращения. Декантерная центрифуга прилагает силу, эквивалентную нескольким тысячам G, что сокращает время оседания частиц. Также рекомендуется поддерживать большой G-сила, что приведет к улучшенному разделению.^[8]

Скорость, с которой происходит осаждение, является важной характеристикой декантерной центрифуги. процесс разделения. В осаждение Скорость зависит от размера частиц, формы частиц, разницы в их плотности между твердым и жидким телом и вязкости жидкости. Эту характеристику процесса можно улучшить, используя флокулянты. Скорость седиментации также зависит от коэффициента разделения декантерной центрифуги, который связан с центробежной силой.^[5]

Внешний барабан и спиральный конвейер вращаются с разной высокой скоростью. Эта разница в скорости между ними является причиной осаждения во всем цилиндре декантерной центрифуги. Высокая дифференциальная скорость приводит к меньшему времени пребывания осадка осадка, поэтому необходимо поддерживать минимальную толщину осадка, чтобы избежать ухудшения качества разгрузки. Сведение к минимуму толщины пирога также помогает улучшить его качество. обезвоживание процесс. По этой причине необходимо получить оптимальную дифференциальную скорость, чтобы сбалансировать толщину и качество корки.^[9]

Эта характеристика, прежде всего, влияет на четкость выхода жидкости, которая зависит от объемной скорости на всем протяжении.^[5] где более высокая скорость потока приведет к плохой прозрачности жидкости. Еще одна характеристика, которая влияет на четкость вывода жидкости, - это дифференциальная скорость. Низкая дифференциальная скорость дает лучшую четкость, что способствует процессу разделения. G-Force также играет роль в четкости слива жидкости. Более высокая сила перегрузки приводит к увеличению отделения твердых частиц от жидкости и обеспечивает лучшую прозрачность.^[10]

Эвристика дизайна

Эвристика проектирования - это методы, основанные на опыте, которые служат цели уменьшения необходимости в расчетах в отношении размеров оборудования, рабочих параметров или производительности.

Одна из важных эвристик проектирования, которую следует учитывать при использовании декантерных центрифуг, - это масштаб процесса. Декантерные центрифуги в идеале должны использоваться в крупномасштабных процессах. Это сделано для оптимизации экономической ценности, поскольку процессы меньшего масштаба не обязательно требуют такого дорогостоящего оборудования для получения желаемого продукта.^[11]

Другая эвристика конструкции, которую следует учитывать, - это отношение длины декантерной центрифуги к диаметру. Обычно используется соотношение длины к диаметру 2, 3 и 4. Декантерные центрифуги того же диаметра, но большей длины будут иметь более высокую пропускную способность по транспортировке твердых частиц и получить больший объем суспензии, что улучшит осаждение мелких твердых частиц.^[10]

Угол наклона конической части декантерной центрифуги является эвристическим расчетом, который также необходимо учитывать. Сила проскальзывания, действующая на твердые частицы в направлении бассейна с жидкостью, увеличивается на большую величину, когда твердые частицы выходят из бассейна на пляж. Декантерная центрифуга с небольшим углом конуса может создавать меньшую силу скольжения по сравнению с большим углом конуса. Небольшой угол конуса полезен, когда твердые частицы не уплотняются должным образом и обладают мягкой текстурой. Кроме того, низкие углы конуса приводят к более низкому износу спирали и полезны при использовании с очень компактными твердыми телами, для перемещения которых требуется большой крутящий момент.^[10]

Также необходимо учитывать величину используемой центробежной силы. Центробежная сила способствует обезвоживанию, но препятствует транспортировке кека по сухому пляжу. Следовательно, существует компромисс между транспортировкой кека и обезвоживанием кека. Баланс между ними необходим для настройки пула и G-force для конкретного приложения.^[5] Кроме того, центрифуга большего размера будет производить лучшее разделение, чем центрифуга меньшего размера с той же скоростью вращения барабана, что и большая сила перегрузки.^[10]

В цилиндрической части декантерной центрифуги бассейн в идеале должен быть неглубоким, чтобы максимизировать перегрузку для разделения. В качестве альтернативы более глубокая лужа является предпочтительной, когда слой корки слишком толстый, а более мелкие частицы увлекаются быстрым потоком жидкости, поскольку присутствует более толстый слой буферной жидкости, способствующий осаждению взвешенных твердых частиц. Следует учитывать компромисс между сухостью кека и прозрачностью центрата. Причина этого компромисса заключается в том, что при потере мелких твердых частиц на центрирование кек с более крупными частицами может обезвоживаться более эффективно, что приводит к более сухому кеку. Оптимальный пул для конкретного приложения должен быть определен путем проведения тестов.^[5]

Еще одна важная эвристика - это дифференциальная скорость, которая контролирует транспортировку торта. Высокая дифференциальная скорость приведет к большому расходу твердых частиц. Высокая дифференциальная скорость также сокращает время пребывания кека.^[5]

Системы доочистки

Производство потока отходов невелико по сравнению с общей производительностью процесса; однако все еще может создавать ряд серьезных проблем. Во-первых, объем отходов в процессе уменьшает доступный объем, который будет использоваться в процессе. Непосредственное удаление в окружающую среду, особенно нефтяных отходов, может нанести вред окружающей среде, если не применяется обработка. Система последующей обработки, применяемая к отходам, должна зависеть от конкретного требуемого обрабатываемого продукта.^[12] Цели последующей обработки могут варьироваться от получения продукта, который можно безопасно утилизировать, рециркулировать в процесс рафинирования или для повторного использования в процессе достаточной водной фазы.

Цели доочистки различаются в зависимости от отрасли, где для выполнения эффективного и экономичного процесса; декантерная центрифуга должна быть адаптирована к конкретной задаче. В пищевой промышленности декантерные центрифуги используются в маслоэкстракционных машинах. Маслоэкстракционная машина может обрабатывать до пятнадцати метрических тонн органических отходов в час и может быть обнаружена либо внутри технологического предприятия, либо на открытом воздухе, если она предназначена для климата.^[13] Отходы попадают во входной лоток и размягчаются до шлама, который затем нагревается паром. Затем эта смесь поступает в трехфазную декантерную центрифугу, также известную как трикантерная центрифуга.

Трикантерная центрифуга работает по тому же принципу, что и декантерные центрифуги, но вместо этого разделяет три фазы, состоящие из фазы взвешенных твердых частиц и двух несмешивающихся жидкостей.^[5] Осаждение взвешенных твердых частиц происходит как обычно, когда они накапливаются на стенках барабана и выводятся из центрифуги. Две жидкие фазы разделяются с помощью системы двойного сброса, в которой более легкая жидкая фаза, такая как нефть, отделяется над кольцевой перемычкой под действием силы тяжести, а вода, которая обычно является более тяжелой жидкой фазой, выпускается с помощью стационарного рабочего колеса под давлением. Каждый из трех компонентов, твердое вещество, масло и вода, распределяется по разным резервуарам для хранения.

Многие производители, специализирующиеся на технологиях механического разделения, внедрили эти новые конструкции в стандартное промышленное оборудование. Эта передовая технология позволила декантерным центрифугам работать со скоростью до 250 кубометров в час. ^[14] и разработал множество конструкций, таких как декантер Z8E, известная как самая большая в мире декантерная центрифуга с регулируемым рабочим колесом, обеспечивающая крутящий момент 24 000 ньютон-метров. Другие конструкции могут снизить энергопотребление до тридцати процентов из-за большого сброса шлама и лучше всего используются в промышленности по очистке воды.

Новая разработка

Быстрое развитие декантерной центрифуги в течение 20 века привело к тому, что она расширилась до более чем 100 промышленных применений.^[15] Дальнейшее развитие с тех пор привело к уточнению конструкции машины и методов управления, улучшив ее общую производительность, что позволяет системе быстро реагировать на изменяющиеся условия подачи. Новейшая разработка в технологии декантерных центрифуг направлена ​​на улучшение контроля процесса разделения, происходящего внутри декантера. Производители стремятся решить эту проблему путем использования регулируемых механических устройств во вращающейся части декантерной центрифуги. Для управления процессом разделения рабочие параметры должны передаваться от вращающейся части к стационарной части декантера, при этом постоянно контролируя и обслуживая механическое устройство внутри технологической зоны. Этого можно добиться с помощью гидравлических и электронных систем передачи. Двигатель с гидравлическим приводом легко может получить доступ к вращающейся области декантерной центрифуги.

Рекомендации