Классификация оборудования

Классификация мембранных модулей и аппаратов. Аппараты для обратного осмоса и ультрафильтрации бывают периодического и непрерывного действия.

По способу расположения мембран аппараты делятся на аппараты типа «фильтр-пресс» с плоскокамерными фильтрующими элементами, аппараты с цилиндрическими и рулонными элементами и аппараты с мембранами в виде полых волокон.

Перечисленные аппараты состоят из отдельных секций или модулей, что позволяет собирать аппараты с различной площадью поверхности разделения.

В зависимости от формы мембраны и типа ее укладки мембранные аппараты делят на четыре группы.

1. Аппараты, составленные из модулей типа «фильтр-пресс» с плоскопараллельными фильтрующими элементами (рис. 12.5). Модуль состоит из рам и опорных дренажных плит, через поры которых отводится фильтрат. Ширина канала, по которому движется исходная жидкость, зависит от толщины прокладки (рамки) и обычно составляет 0,8…1,0 мм. Модули устанавливают на общей раме, а разделяемая жидкость может последовательно перетекать из одного модуля в другой или подаваться в каждый модуль независимо. В пределах одного модуля жидкость движется по каналам параллельно.

Аппараты, составленные из модулей типа фильтр-пресс, просты по конструкции, удобны при монтаже и обслуживании. Недостатки аппаратов этого типа – низкая скорость движения жидкости в канале, необходимость ручной сборки и разборки, сравнительно небольшая удельная фильтрующая поверхность.

2. Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами. Изготовляют трубчатые элементы двух типов: мембрану 1 наносят на внутреннюю поверхность пористой несущей трубки 2 (рис. 12.6, а) или на внешнюю поверхность (рис. 12.6, б) и закрывают кожухом 3. Элементы с внутренней мембраной выгодно использовать в бескорпусных аппаратах, когда фильтрат свободно изливается через поверхность трубок и собирается в установленных внизу лотках. При движении исходного раствора по трубкам вдоль мембраны обеспечиваются наилучшие гидродинамические условия процесса.

К трубчатым фильтрующим элементам относятся также цилиндрические патроны, состоящие из цилиндрического пористого каркаса, покрытого мембраной. Патроны снабжены уплотнительными устройствами, позволяющими набирать из них трубы заданной длины.

Трубчатые модули характеризуются сравнительно малой удельной поверхностью фильтрации.

3. Аппараты с рулонными или спиральными модулями. Спиральный модуль устройством напоминает спиральный теплообменник. Спираль модуля состоит из ленты упругого дренажного материала 3, с двух сторон покрытого ленточными мембранами 2. Поверх мембран уложена сетка 1 сепаратора. Такую многослойную ленту сворачивают в рулон (рис. 12.7) и помещают в цилиндрический корпус. Исходный раствор с торца рулона поступает сразу во все каналы спирали, проходит по ним и отводится в виде концентрата с противоположного торца. Фильтрат по дренажному слою перемещается от периферии к центру спирали и выводится из аппарата через центральную трубку.

Известны модули с вспомогательными трубками для отвода фильтрата, установленными в нескольких местах рулона, модули с торцовым отводом фильтрата и целая гамма конструкций, отличающихся способом укладки рулона.

Недостатки аппаратов этого типа – необходимость замены всего модуля при местном повреждении мембраны, а также сложность герметизации при высоком рабочем давлении.

Преимущества модулей рулонного типа – высокая плотность укладки мембран и малая металлоемкость. На преимущества этой конструкции указывает тот факт, что уже сейчас в мире действуют установки с модулями этого типа для опреснения воды производительностью до 10000 м³ в сутки.

4. Модули с мембранами типа полых волокон. Эти модули конструктивно напоминают модули с трубчатыми мембранами. Крепление волокон в торцах модуля осуществляется заливкой концов клеем на основе эпоксидных смол. Полые волокна, достаточно устойчивые по отношению к внешнему и внутреннему давлению, не нуждаются в поддерживающем каркасе, поэтому возможна их плотная укладка в виде прядей внутри модуля. Такие модули характеризуются наибольшей удельной поверхностью фильтрации. Недостатки модулей с фильтрующими волокнами – невозможность обеспечить перемешивание раствора вне волокна, тем более внутри его, а также необходимость предварительной тщательной очистки раствора от посторонних частиц. Модули из полых волокон используют в основном в процессах обратного осмоса.

Мембранные аппараты имеют большую удельную площадь поверхности разделения, просты в сборке и монтаже, надежны в работе. Перепад давления в аппаратах небольшой.

Недостатком аппаратов для обратного осмоса является высокое рабочее давление, что приводит к необходимости использования специальных уплотнений трубопроводов и арматуры, рассчитанных на высокое давление.

Общая классификация центрифуг может быть дана в зависимости от основных характеристик машин (рис. 12.8). В первую очередь центрифуги классифицируются по фактору разделения. В зависимости от этой характеристики различают нормальные, у которых Ф_р< 3000, и сверхцентрифуги, у которых Ф_р > 3000. По осуществлению рабочего процесса центрифуги разделяются на непрерывно и периодически действующие.

В сахарной промышленности применяют нормальные и фильтрующие центрифуги.

По способу удаления осадка из ротора различают центрифуги с ручной, гравитационной, ножевой, пульсирующей, шнековой и инерционной выгрузкой.

По характеру расположения вала, на котором закрепляется ротор, различают центрифуги с вертикальным и горизонтальным расположением вала. Центрифуги с вертикальным валом в зависимости от расположения опоры вала  могут быть подвесные, когда опора расположена выше центра тяжести ротора, а ротор укреплен внизу вала, и центрифуги, ротор которых расположен на верхнем конце вала.

Сепараторы могут быть классифицированы по следующим признакам (рис. 12.9): технологическое назначение сепараторов; тип сепараторов по конструкции барабана; способ выгрузки осадка (шлама); принцип и характер выгрузки осадка; конструкция устройства для выгрузки осадка; способ подвода исходной гетерогенной системы и отвода продуктов сепарирования; область применения (отрасль промышленности); вид привода сепаратора.

По технологическому назначению сепараторы делятся на три основных класса:

– сепараторы-разделители, применяемые для разделения смеси жидкостей, не растворимых одна в другой, и для концентрирования суспензий и эмульсий;

– сепараторы-осветлители, предназначенные для выделения твердых частиц из жидкости;

– комбинированные сепараторы, служащие для выполнения двух или более операций переработки жидкой смеси.

Комбинированные сепараторы называют универсальными, что подчеркивает их многостороннее назначение. К классу комбинированных относят сепараторы, в которых процесс разделения совмещается с каким-либо другим процессом. Так, известны сепараторы-экстракторы, сепараторы-реакторы.

К классу сепараторов-осветлителей можно отнести еще две группы: сепараторы, предназначенные для дальнейшего диспергирования (гомогенизации) дисперсной фазы эмульсий и их очистки от примесей (эти сепараторы получили название кларификаторы, иногда их относят к комбинированным), и сепараторы для удаления из жидкостной системы микроорганизмов, скапливаемых в шламовом пространстве вместе с другими механическими примесями.

Типы сепараторов по конструкции барабана разделяют на две группы: тарельчатые и камерные. Ротор тарельчатых сепараторов укомплектован пакетом конических вставок (тарелок), которые делят поток обрабатываемой жидкости на параллельные тонкие слои; ротор камерных сепараторов имеет реберную вставку (при одной камере) или комплект концентричных цилиндрических вставок, разделяющих его объем на кольцевые камеры, по которым обрабатываемая жидкость протекает последовательно.

Тарельчатые сепараторы независимо от отрасли их применения и назначения можно подразделить на два основных типа. Первый тип сепараторов имеет тарелки, обеспечивающие подачу жидкости в межтарелочные пространства через отверстия, имеющиеся в самих тарелках. Такие сепараторы очень часто называют сепараторами с центральной подачей жидкости на тарелки. К этому типу относятся и сепараторы, в которых жидкость на вершину тарелок поступает из прорезей в тарелкодержателях. Второй тип сепараторов характеризуется тем, что жидкость в межтарелочные пространства поступает с периферии и движется к центру барабана. Тарелки в этих сепараторах в большинстве своем отверстий не имеют.

По способу подвода исходной гетерогенной системы и отвода продуктов сепарирования различают сепараторы трех типов: открытые, полузакрытые и герметические.

В открытых сепараторах подача в ротор жидкой смеси и отвод полученных жидких фракций осуществляются открытым потоком. Процесс сепарирования не изолирован от доступа воздуха.

В полузакрытых сепараторах жидкость подается в ротор открытым или закрытым потоком, а отвод одной или обеих жидких фракций происходит под давлением по закрытым трубопроводам. Процесс сепарирования не изолирован от доступа воздуха.

Роторы полузакрытого типа отличаются от роторов открытого типа наличием устройства для вывода продуктов сепарирования под давлением.

В герметических сепараторах подача в ротор исходной жидкости и отвод жидких фракций происходят под давлением по закрытым трубопроводам, герметически соединенным с выпускными патрубками, процесс сепарирования в них изолирован от доступа воздуха. Роторы герметических сепараторов отличаются от роторов открытых и полузакрытых сепараторов конструкцией подводящих и отводящих устройств.

По виду привода сепараторы подразделяют на три группы: с ручным, комбинированным и электромеханическим приводом.

Фильтры классифицируются в зависимости от признака на следующие типы:

– по виду давления, создаваемого для движения фильтруемой среды, – на вакуум-фильтры и фильтр-прессы;

– по типу фильтрующих перегородок – на рамные, листовые, дисковые, патронные, трубчатые;

– по способу очистки – с ручной, механизированной и с регенеративной очисткой;

– по способу действия – периодического и непрерывного действия.

В пищевой промышленности прессы применяются для отделения жидкой фазы от твердой (например, предварительного или окончательного отжатия пищевого растительного сырья при производстве соков), для брикетирования, гранулирования и т. д.

По конструкции прессы могут быть шнековыми, ленточными, валковыми, поршневыми и т. д.