Центрифуга с твердой чашей - Solid bowl centrifuge

А центрифуга с твердой чашей это тип центрифуга который использует принцип осаждение. Центрифуга используется для разделения смеси, состоящей из двух веществ с разными плотности используя центробежная сила в результате непрерывного вращения. Обычно он используется для разделения смесей твердое-жидкое, жидкое-жидкое и твердое-твердое. Центрифуги с твердым барабаном широко используются в различных промышленное применение, такие как Сточные Воды лечение, уголь производство и полимер изготовление. Одним из преимуществ центрифуг с твердым корпусом для промышленного использования является простота установки по сравнению с другими типами центрифуг. Центрифуги с твердым корпусом бывают трех типов: коническая, цилиндрическая и конико-цилиндрическая.

Диапазон применения

Обработка осадка сточных вод[1]

Во время промышленного процесса очистки сточных вод образуется огромное количество осадка. Осадок необходимо утилизировать или подвергнуть дальнейшей обработке. Один из доступных методов обработки - сгущение ила с помощью центрифуг с твердой чашей. В то время как предыдущий ил имел концентрацию около 0,5-1% сухого твердого вещества, после процесса сгущения он будет содержать до 5-6% сухого твердого вещества. Этот процесс снижает объем отходов активного ила более чем на 80%, а также сводит к минимуму количество ила для сбраживания на 30-40%. Кроме того, уменьшение количества осадка при утилизации также снижает стоимость полимера и улучшает характеристики обезвоживания.

Шлам нижнего слива для обработки угля[2]

Угольная суспензия, которая содержит около 6% твердых веществ по весу и около 60% материала толщиной 10 мм, сгущается с помощью центрифуг с твердой чашей. При использовании этого метода центрифугирования концентрация конечного продукта может достигать 55-60% твердых веществ без добавления дополнительных химикатов. Кроме того, центрифуги с твердым барабаном также используются в процессе удаления воды из шлама, полученного на очистных сооружениях угля.

Производство полимеров[3]

Центрифуга с твердым барабаном используется в производстве полимера для извлечения ацетатов из суспензии полимера. Конический пляж используется для внутренней промывки с целью улучшения восстановления ацетата. Раньше центрифуга состояла только из одинарного конвейера, а затем была усовершенствована с использованием двойного конвейера с целью увеличения производительности. Кроме того, для повышения выхода ацетата используется дополнительный двойной конвейер с минимальным шагом.

Преимущества недостатки

Преимущества[4]

  • Быстрый запуск и остановка.
  • Относительно простой монтаж.
  • Компактная конструкция.
  • Работает автоматически с минимальным количеством блоков контроля и управления.
  • Гибкое использование как для процессов сгущения, так и для обезвоживания.
  • Требуется относительно низкое количество полимера по сравнению с другими типами, за исключением корзиночных центрифуг.
  • Большой объем жидкости и способность справляться с более концентрированным навозом.[1]
  • Производит больше сухих веществ и лучше удерживает твердые частицы.[1] в зависимости от размера чаши и скорости вращения

Недостатки[4]

  • Меньшая площадь поверхности для осветления по сравнению со стопкой дисков.
  • Может выделять тепло, которое может повредить термочувствительные изделия.
  • Высокий уровень обслуживания, особенно изнашиваемой спиральной детали. Рекомендуется иметь твердую поверхность и защиту от истирания.
  • Издает нежелательный шум, особенно для центрифуг с высоким G.
  • Иногда вызывает вибрацию, которая мешает электронному управлению и структурным компонентам.
  • Высокая потребляемая мощность.
  • Требуется предварительное тестирование для выбора оптимальных настроек машины перед запуском обычного обслуживания.

Доступные дизайны

Конструкции центрифуг с твердой чашей делятся на три различных типа в зависимости от формы цельной чаши: конические, цилиндрические и цилиндро-конические. Выбор конструкции центрифуги в конкретной отрасли определяется характеристиками суспензии и твердых частиц.[5]

Центрифуга с твердой чашей 3
Рисунок 1: Часть центрифуги с твердой чашей [5]

Центрифуга с твердой чашей на основе дизайна форм

Центрифуга с конической сплошной чашей

Из трех конструкций изначально коническая чаша была наиболее предпочтительной из-за ее максимального отвода воды и превосходной способности к классификации. Однако такая конструкция менее эффективна для достижения высокого качества центрирования, что делает ее плохим осветлителем.

Цилиндрическая центрифуга с твердой чашей

В отличие от конической чаши, цилиндрическая конструкция чаши не позволяет максимально удалить воду, поэтому в основном получаются влажные лепешки. Кроме того, это также менее эффективный классификатор. Однако конструкция цилиндрической чаши более эффективна в достижении высокого качества концентрата по сравнению с конструкцией конической чаши, что делает ее лучшим устройством для обезвоживания по сравнению с конструкцией конической чаши.

Конико-цилиндрическая центрифуга с твердой чашей

Конструкция чаши коническо-цилиндрической формы разработана на основе конструкции чаши конической и цилиндрической. Этот дизайн в основном представляет собой комбинацию лучших индивидуальных характеристик двух предыдущих дизайнов и, следовательно, является более совершенным дизайном. Эта особая конструкция обеспечивает эффективное обезвоживание, эффективное осветление и довольно хорошую классификацию в пределах одного устройства. Он имеет возможность изменять и контролировать баланс между удалением воды и качеством центрата путем регулировки длины бассейна в зависимости от требуемого продукта. Таким образом, конструкция чаши конической и цилиндрической формы сегодня наиболее широко используется в промышленности.

Типичная конструкция центрифуги с коническим цилиндром и сплошным барабаном содержит блок вращающегося барабана, соединенный с конвейером с зубчатой ​​передачей. Система зубчатых колес позволяет вращающейся чаше и конвейеру вращаться с разной скоростью, но в одном направлении. Обычно конвейер работает со скоростью от 1900 до 2400 оборотов в минуту, в то время как блок барабана работает на 100 оборотов в минуту выше.[6]

Характеристики центрифуг данной формы можно увидеть в таблице следующим образом:

Таблица 1: Тип центрифуги [5]

Таблица 1 Тип центрифуги

Центрифуга с твердой чашей на основе конструкции выходного потока

В зависимости от выходящего потока твердого осадка и жидкого центрифуги существует два типа конструкций центрифуг с твердым барабаном:[6]

Параллельный дизайн

Для этой конструкции твердый осадок и жидкий центрифугирование выходят из стакана центрифуги с одного конца.

Противоточный дизайн

Такая конструкция позволяет твердому осадку и центрифуге выходить из стакана центрифуги на противоположных концах. Для этой конструкции конвейер толкает ил к конечным потокам, и надосадочная жидкость может выходить через водосливы.

Характеристики процесса

Описание процесса [7][8]

С помощью винтового винтового конвейера центрифуги со сплошным барабаном разделяют два вещества разной плотности за счет центробежной силы, образующейся при быстром вращении. Кормовая суспензия поступает на конвейер и через разгрузочные отверстия подается во вращающуюся чашу. Существует небольшая разница в скорости вращения конвейера и барабана, в результате чего твердые частицы перемещаются из стационарной зоны, где сточные воды попадают в стенку барабана. Под действием центробежной силы собранные твердые частицы перемещаются вдоль стенки чаши, из бассейна и вверх по берегу обезвоживания, расположенному на сужающемся конце чаши. Наконец, отделенные твердые частицы поступают на разгрузку твердых веществ, а жидкости - в разгрузку жидкости. Осветленная жидкость течет по конвейеру в обратном направлении через регулируемые переливные части.

Основные характеристики процесса [9][10]

  • Диапазон скорости подачи составляет 1,5-12 л / с (25-200 галлонов / мин).
  • Скорость вращения находится в пределах 1000-6000 об / мин.
  • Диапазон расхода составляет от 3,5 до 15 м3 / (сутки кВт) (0,5–2 галлона / (мин л.с.)).
  • Фактор G (отношение центробежной силы к силе тяжести) находится в диапазоне 2000–3000.
  • Примеры распространенных передаточных чисел коробки передач: 20, 40, 116, 130 и 140: 1.
  • Обезвоживание ила более эффективно обрабатывают центрифугами с большим объемом бассейнов.
  • Глубина бассейна (радиальная высота жидкости) может быть изменена в большинстве центрифуг.
  • Диапазон концентрации твердого вещества в кеке составляет от 4 до 6% при операциях сгущения и от 10 до 35% при обезвоживании.
  • Отношение длины к диаметру находится в диапазоне от 2,5: 1 до 4: 1.
  • Производительность центрифуги с твердым барабаном определяется качеством твердых частиц в сточных водах и сухостью кека. Однако эффективность центрифуги обычно измеряется процентом извлечения твердого вещества по формуле:[11]

В приведенной ниже таблице показан процент отделения твердых веществ, который был достигнут в различных твердых частицах и образовавшейся твердой лепешке с учетом эффекта добавления полимера:[12]

Таблица 2: Характеристики обезвоживания[11]
Таблица 2 Эффективность обезвоживания

.

Оценка характеристик

  • Длина обезвоживающего берега и разница скоростей между барабаном и конвейером могут повлиять на твердое содержание отделенных твердых частиц.[8] Оптимальное время пребывания твердых частиц в центрифуге и содержание воды в отделенных твердых частицах могут быть достигнуты путем регулирования дифференциальной скорости. Высокая дифференциальная скорость имеет тенденцию к увеличению влажности твердой корки и уменьшению количества твердых частиц в сточных водах, поскольку время пребывания меньше. Однако в некоторых случаях также возможно, что содержание твердых веществ в стоках увеличивается из-за эффектов перемешивания.[10]
  • Шлам с более высокой долей мелких и водных частиц, скорее всего, будет сопротивляться перемещению до точки выгрузки твердых частиц. Предпочтительны более тяжелые частицы, поэтому сгущение под действием силы тяжести первоначально используется для обработки большинства шламов вместе с добавлением органических полиэлектролитов.[8]
  • Когда скорость вращения в барабане выше, происходит более сильное отделение твердых частиц, поскольку скорость осаждения твердых частиц увеличивается пропорционально квадрату скорости вращения. Однако стоимость технического обслуживания увеличивается пропорционально увеличению скорости вращения.[1] Скорость центрифуги с приводным двигателем с регулируемой скоростью можно регулировать во время работы машины. В противном случае скорость фиксируется в зависимости от конструкции двигателя и размеров шкива.[10]
  • Увеличение скорости потока уменьшает время пребывания суспензии в барабане, вызывая увеличение количества твердых частиц в сточной фазе. Таким образом, в результате снизится эффективность разделения. Более того, одновременно увеличивается глубина бассейна из-за того, что напор выходит за пределы водосливных пластин.[10]
  • Глубина бассейна контролируется перегородками на жидкостной стороне центрифуги. Объем бассейна и время пребывания суспензии в чаше пропорциональны глубине бассейна. Уменьшение глубины бассейна снижает эффективность центрифуги, снижает фактор g и в то же время увеличивает количество твердых частиц в сточной фазе. Кроме того, на обезвоживающем пляже есть большая площадь, которая не покрыта бассейном, что приводит к снижению влажности твердого осадка.[10]

Эвристика

  • Тестируемый материал считается идеальным материалом для центрифуги с твердым корпусом, если объем твердых частиц и объем уплотнения объединяются в течение 90–120 секунд с прозрачным стоком.[13]
  • Для прядения сложного материала может потребоваться более высокая сила G, т. Е. 2500 x G.[13]
  • Если осевшие твердые частицы не выводятся из бассейна с достаточной скоростью, чаша заполняется твердыми частицами, и разделения не происходит.[13]
  • Более длительное время удерживания обеспечивает более высокое извлечение твердого вещества. Этого можно достичь, используя чашу большего диаметра, при этом замедляя вращение машины, поддерживая центробежную силу и увеличивая высоту жидкого кольцевого пространства в центрифуге (глубина ванны).[13]
  • Центрифуги следует нагреть в течение четырех-пяти часов и поддерживать при постоянном давлении, а затем охладить перед началом производства.[13]
  • 15-20% твердого вещества будет присутствовать в обезвоженном первичном иле, если все настройки соответствуют всем характеристикам центрифуги.[13]
  • Как правило, полное извлечение твердого вещества без добавления полимера составляет от 74 до 84%.[13]
  • Влияние переменных процесса можно увидеть в таблице ниже:[5]
Таблица 3: Влияние переменных процесса
Таблица 3 Влияние переменных процесса
  • Чтобы улучшить извлечение твердых частиц, параметры машины можно контролировать следующим образом:[5]
Таблица 4: Управление параметрами машины для улучшения твердого восстановления
Таблица 4 Управление параметрами машины для улучшения твердого восстановления

Производство потока отходов

Последующая обработка потока отходов, производимых центрифугой с твердым барабаном, разнообразна в зависимости от промышленного применения. Поскольку в разных отраслях промышленности используется разное сырье для центрифужной системы, поток отходов также будет отличаться, и, следовательно, потребуется разная последующая обработка. Ниже приведены некоторые примеры производства потоков отходов и их необходимой последующей обработки в различных отраслях промышленности.

Обработка осадка сточных вод[14]

При очистке воды желательным продуктом является чистая вода, а отходами - отстой, содержащий растворенные органические и неорганические материалы, волокнистые вещества и внеклеточный полимер (ECP). Шлам обычно сбрасывается в канализацию или на свалку. Иногда осадок используется в производстве кирпича и бетона, в сельском хозяйстве в качестве добавки к почве или для мелиорации земель. В этом случае центрифуга с твердым барабаном используется в качестве заключительного этапа обработки ила водоподготовки перед утилизацией, чтобы снизить расходы на захоронение отходов и транспортные расходы.

Шлам нижнего слива для обработки угля[2]

Центрифуга с твердым корпусом используется для обезвоживания суспензии угольных отходов вместе с пластинчатым фильтр-прессом при производстве угля для обезвоживания суспензии перед утилизацией. Подача суспензии осуществлялась из нижнего слива действующего сгустителя для очистки битуминозного угля. Что касается потока отходов, его обычно сбрасывают в камеры для навозной жижи или заброшенные подземные рудники, если таковые имеются, или, чаще, в водохранилища для навозной жижи.

Производство полимеров[3]

В этой промышленности ацетат восстанавливается при производстве полимеров. В этом случае желаемым продуктом на самом деле является полимер; однако ацетат также не является отходом, поскольку он восстанавливается. В то время как твердые частицы полимера выгружаются через выходное отверстие для твердых частиц и далее обрабатываются, ацетат, который извлекается через выходное отверстие для жидкости и далее отделяется от промывочной жидкости для извлечения чистого ацетата.

Новая разработка

Существуют различные аспекты, которые можно улучшить по сравнению с нынешними центрифугами с твердым корпусом, чтобы повысить их производительность и надежность. Для обеспечения большего контроля и упрощения эксплуатации были разработаны и добавлены вспомогательные системы, такие как оборудование для подачи, установка для дозирования химикатов и улучшенные перекачивающие насосы. Кроме того, можно регулировать рабочие параметры для оптимизации процесса обезвоживания осадка. Он основан на силе вращения, которая выбрасывает твердые частицы и прилипает ко всем внешним поверхностям. Также может быть добавлено использование металлической сетки или подходящего фильтрующего материала для достижения лучшей сухости твердых частиц.[15]

внешние ссылки

  • Декантерная центрифуга Flottweg - Параметры и влияющие факторы декантера, обеспечивающие наилучший возможный результат разделения, включая видео с декантерной центрифугой

использованная литература

  1. ^ а б c d Рэттер, Э.А., Щип, Р. (1994). Центрифуги с твердым корпусом для очистки осадка сточных вод. Наука о фильтрации и разделении, Том 31, Выпуск 4, стр. 387–390, 386.
  2. ^ а б Петерс, Б., Вейс, С. (2004). Взаимосвязь между глубиной бассейна и внутренней мойкой на пляже декантерной центрифуги с твердой чашей. Наука о фильтрации и разделении, Том 41, Выпуск 6, стр. 36-400
  3. ^ а б Клима, М.С., Коффман, Р. (2011). Базовые испытания фильтр-пресса и центрифуги с твердой чашей для обезвоживания шлама нижнего продукта угольного загустителя. Международный журнал подготовки и использования угля, том 31, стр. 258–272
  4. ^ а б Toprak Waterwaste Engineering (2006 г.), Удаление осадка и примеры проектирования. (по состоянию на 12 октября 2013 г.)
  5. ^ а б c d е Оррис Э. А., Юджин Э. Г. (1969). Центрифугирование шламов. Журнал Федерации по контролю за загрязнением воды, Том 41, Выпуск 4, стр. 607-628
  6. ^ а б Система водоотведения (2009 г.). Центрифуга с твердой чашей для обезвоживания осадка. http://www.wastewatersystem.net/2009/11/solid-bowl-centrifuge-for-sludge.html (Проверено 12 октября 2013 г.)
  7. ^ Бродбент Т. (2001). Центрифуги: выбор. Наука о фильтрации и разделении, Том 38, выпуск 3, стр. 30–33
  8. ^ а б c FSA Environment (2002). Практический пример 10 Центрифуга-декантер, системы разделения твердых веществ для свиноводства. http://www.fsaconsulting.net/pdfs/Case%20Study%2010%20-%20Centrifuge.pdf (по состоянию на 10 октября 2013 г.)
  9. ^ Арменанте П.М., (2011). Центрифуга, Технологический институт Нью-Джерси. Конспект 10 «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2003-07-10. Получено 2013-10-15.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт) (по состоянию на 11 октября 2013 г.)
  10. ^ а б c d е Смидс, Ф.Л. (2010). Декантерная центрифуга с твердой чашей. Цементные технологии и корпоративные вопросы. http://www.flsmidth.com/enUS/Products/Product+Index/All+Products/Classification/Cen trifuges / SolidbowlCentrifuge / Solidbowl + Centrifuge (по состоянию на 11 октября 2013 г.)
  11. ^ а б Porteous G.C. (2009). Обезвоживание осадка сточных вод с помощью центрифуги. Главное управление гидротехнических исследований и разработок. http://dwi.defra.gov.uk/research/completed-research/reports/dwi0183.pdf (по состоянию на 10 октября 2013 г.)
  12. ^ Федерация водной среды (2005 г.). Системы сгущения и обезвоживания твердых веществ, Национальное руководство по надлежащей практике для твердых биологических веществ http://www.wef.org/Biosolids/page.aspx?id=7767
  13. ^ а б c d е ж г NCD Separation Solutions Ltd (2005 г.). В центре внимания центрифуги: оценка, тестирование и оптимизация. Наука о фильтрации и разделении, Том 42, Выпуск 6, стр. 22-24
  14. ^ Stickland, A.D. (2005). Разделение твердой и жидкой фаз в системах водоснабжения и водоотведения. Мельбурнский университет, Австралия
  15. ^ Система очистки промышленных сточных вод (2009 г.). Проектирование и процесс по новейшей технологии очистки сточных вод. http://www.wastewatersystem.net/2009/11/solid-bowl-centrifuge-for-sludge.html (по состоянию на 12 октября 2013 г.)