Отстойники, центрифуги и сепараторы

Отстойники служат для разделения жидких неоднородных сред с разной плотностью их дисперсной и дисперсионной фаз.

В сахарной промышленности для разделения сока I сатурации используются отстойники типа Дорра, Пассоса, Чугунова, системы Гипросахара и др.

В отстойнике получается 75…80 % осветленного сока и 20… 25 % сгущенного осадка к массе нефильтрованного сока I сатурации. Осветленный сок поступает на контрольную фильтрацию, а сгущенная суспензия направляется на вакуум-фильтры.

Отстойники изготовляются диаметром 4000…5500 мм и высотой 4000…6500 мм. Их производительность по переработке свеклы составляет 1000…2500 т/сут; общая вместимость — 95…150 м³.

Все отстойники имеют в принципе одинаковую конструкцию и различаются устройствами для подвода нефильтрованного сока I сатурации, отвода осветленного сока и удаления сгущенной суспензии.

Наиболее рациональным способом отвода сгущенной суспензии является отвод ее из каждой секции после сгущения до определенной плотности. Такой отвод позволяет избежать дополнительного перемешивания сгущенной суспензии при переходе ее из одной секции отстойника в другую с соком I сатурации и улучшает процесс отстаивания.

В различных конструкциях отстойников отвод осветленного сока из секций осуществляется с помощью одного периферийного кольца или четырех концентрических колец, расположенных друг от друга на одинаковом расстоянии.

При непрерывном процессе отстаивания при постоянной производительности в каждой секции отстойника устанавливается постоянная поверхность раздела между осветленной жидкостью и сгущенной суспензией. Эта поверхность располагается по высоте секции, где общая скорость потока осветляемой суспензии допускает осаждение частиц твердой фазы. Осветленная жидкость, находящаяся над поверхностью раздела, непрерывно удаляется, а под эту поверхность подводится сок I сатурации. Сгущенная суспензия отводится также из-под этой поверхности. Основным фактором, влияющим на высоту и объем отстойника, является скорость потоков осветляемой суспензии, осветленной жидкости и сгущенной суспензии. Осаждение твердых частиц суспензии независимо от режима потоков возможно в тех случаях, когда вертикальная составляющая скорости вихрей не превышает скорости осаждения твердых частиц суспензии в спокойной среде.

Рассредоточенный отвод жидкости можно осуществить, например, при помощи кольцевых труб. При расположении отверстий на трубах для отвода осветленного сока необходимо живое сечение их принимать таковым, чтобы скорость входа сока в них была одинаковой и не превышала допустимой скорости.

Равномерный подвод неосветленной суспензии от трубовала отстойника к поверхности раздела проще всего осуществлять при помощи конструкции, которая несет скребки для удаления сгущенной суспензии, но при этом необходимо учитывать, что скорость ввода неосветленной суспензии должна быть ниже скорости осаждения твердых частиц суспензии.

Отстойник системы Чугунова (рис. 12.10) имеет общую площадь поверхности отстаивания 9,4 м² на 100 т переработки свеклы при высоте всех секций 800 мм.

Сок I сатурации поступает в подготовительную секцию 1, имеющую мешалку 5, где от него отделяется пена, затем при помощи специальной лопасти направляется в приемник 3. Далее сок через окна 4 поступает во внутреннюю часть трубовала 2, откуда через насадки 17 попадает в отдельные секции отстойника. Равномерное распределение сока по отдельным секциям достигается при помощи вставок 6. Отвод осветленного сока осуществляется через кольцевые трубы 7, расположенные по периферии в верхней части секций. Корпус 9 отстойника имеет воздушную оттяжку 10 и люки 15.

Сгущенная суспензия с днищ 14 отдельных секций лопастями 16 мешалок 11 направляется в сборники 13, в которых перемешивается лопатками 12. Отвод сгущенной суспензии осуществляется из каждой секции по трубам 8.

Чугунов И.Г. установил, что осветление сока и окончательное уплотнение суспензии можно осуществить в один прием в секциях небольшой высоты. Время пребывания сока в рабочих секциях такого отстойника было доведено до 80 мин.

Производительность отстойников зависит от площади осаждения и скорости осаждения твердых частиц суспензии. Средняя скорость осаждения осадка в таком отстойнике составляет 0,54 м/ч, а продолжительность пребывания сока – около 2,5 ч, что влечет за собой большое нарастание цветности.

Скорость опускания поверхности раздела осветленного сока и сгущенной суспензии при осаждении изменяется. Сначала скорость увеличивается, затем при достижении определенного максимума приобретает постоянную величину, по окончании массового осаждения скорость резко падает.

Одним из недостатков отстойников такого типа является неравномерная загрузка секций осадком. Это связано с двухступенчатым осаждением осадка: осадок уплотняется в рабочем ярусе, а затем сталкивается в нижележащий ярус для окончательного уплотнения. При движении в камеру окончательного уплотнения осадок проходит через слой движущегося сока и несколько теряет достигнутую ранее плотность.

Техническая характеристика отстойника системы Чугунова

Производительность, т/сут……………………………………. 1000

Площадь осаждения, м²………………………………………… 95

Число ярусов, шт…………………………………………………. 5

Полезная вместимость, м³……………………………………… 140

Габаритные размеры, мм……………………………………….. 5900´5900´6880

Масса, кг……………………………………………………………… 22 400

Гравитационный отстойник РЗ-ПОС-1,5 (рис. 12.11) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 22 диаметром 5,5 м с коническим днищем 2 и крышкой 15. Внутри корпуса установлены вертикальные перегородки 21, разделяющие отстойник на пять изолированных рабочих ярусов 20 высотой 800 мм и вместимостью 18 м³ каждый. Верхний шестой ярус 17 является подготовительным.

По вертикальной оси отстойника проходит трубовал 9, который вращается с помощью привода, состоящего из червячной пары 10, редуктора 11, передачи 12 и электродвигателя 13. К трубовалу приварены питатели 5, через которые нефильтрованный сатурированный сок поступает в каждый из пяти ярусов, а также сгребающие устройства 4, служащие для подачи осадка к центру – в грязевые камеры 1. Трубы 3 служат для отвода осадка из грязевых камер отстойника, а коллекторы 6 с отверстиями в нижней части – для отвода осветленного сока в наружные коллекторы 19. Отстойник снабжен люками 7 для осмотра и очистки, а также патрубками 18 – для входа сока, 23 – для выхода сгущенной суспензии и 27 – для выхода декантата. В верхнем ярусе отстойника расположен паровой барботер 16, представляющий собой кольцевую трубу с отверстиями для прохода пара и предназначенный для гашения образовавшейся пены. Короб 25 с патрубком 26 предназначен для отвода избытка пены.

Нефильтрованный сок через патрубок 18 и коллектор 24 поступает в верхний подготовительный ярус 17 отстойника. Этот ярус предназначен для отделения газа и воздуха, а также отделения и гашения пены. В верхней части подготовительного яруса вследствие установленной здесь переливной трубы образуется свободный объем для пены. Труба имеет гидравлический затвор, предотвращающий сброс через нее пены.

Отделенная пена лопастью 14 сбрасывается в пеноотводящий короб 25 и удаляется из отстойника через патрубок 26. Нефильтрованный сок из подготовительного яруса поступает через окна 8 внутрь трубовала 9 и, двигаясь вниз, распределяется по ярусам отстойника при помощи питателей 5, затем поступает в нижерасположенный ярус через отверстия в днище грязевой камеры верхнего яруса.

Находясь определенное время в ярусах отстойника, сок отстаивается. Декантат отбирается из верхней части каждого яруса при помощи коллекторов 6 и выводится из отстойника через патрубки 27. В свою очередь, к последним присоединяются стояки, по которым сок поступает в контрольный ящик, а из него – на дальнейшую переработку.

Осевший на конические перегородки 21 осадок плотностью 1120…1200 кг/м³ сгребается устройствами 4 в грязевые камеры 1, из которых в виде сгущенной суспензии через трубы 3 и патрубки 23 отводится в контрольный ящик сгущенной суспензии, а оттуда – на вакуум-фильтры.

В отстойнике РЗ-ПОС-1,5 с целью более равномерного распределения осадка вал состоит из труб разного сечения: чем выше ярус, тем меньше сечение трубы, направляющей исходный сок из подготовительного яруса в рабочие. Такое устройство распределительного вала позволяет направлять сок из подготовительного яруса по всем рабочим ярусам с одной и той же концентрацией твердых частиц, что обеспечивает одинаковую скорость осаждения во всех ярусах отстойника, а следовательно, и равную производительность всех ярусов.

Осадок из нижних частей всех секций по отдельным трубам отводится в контрольный ящик сгущенной суспензии, а оттуда – на вакуум-фильтры. Таким образом, каждый рабочий ярус отстойника является одновременно и камерой осветления, и камерой уплотнения осадка. Загрузка секций в таком отстойнике одинакова. Благодаря меньшему времени пребывания сока (70…80 мин) и меньшему удельному объему этого отстойника нарастание цветности сока в нем меньше, чем в двухступенчатом отстойнике. Осветленный сок (декантат) в этом отстойнике при переработке кондиционной свеклы получается практически без мути, что позволяет исключить контрольное фильтрование. Для хорошей работы отстойников необходимо обеспечить равномерное поступление сока первой сатурации. При наличии нескольких отстойников сок между ними необходимо распределять равномерно. Изменением количества отбираемого осветленного сока регулируют его чистоту. Сгущенную суспензию необходимо отбирать равномерно.

К достоинствам отстойников относятся простота обслуживания и отсутствие необходимости в фильтровальной ткани.

Недостатки гравитационных отстойников: они громоздки и занимают много производственной площади; сок в них пребывает продолжительное время, что обусловливает повышение цветности сока; декантат при переработке порченой свеклы содержит много мути, трудно отфильтровывающейся на контрольных фильтрах.

Техническая характеристика гравитационного отстойника РЗ-ПОС-1,5

Производительность, т/сут……………………………………….. 1500

Полная вместимость, м³……………………………………………. 130

Рабочая вместимость, м³…………………………………………… 107

Площадь осаждения, м²……………………………………………. 118

Число ярусов, шт…………………………………………………….. 5

Установленная мощность, кВт…………………………………… 2,2

Частота вращения трубовала, с^–1……………………………….. 0,001

Габаритные размеры, мм…………………………………………… 7840´6620´5500

Масса, кг…………………………………………………………………. 22 300

Автоматическая центрифуга циклического действия ФПН-1251Л-02 (рис. 12.12) состоит из ротора 12, подвешенного на валу 6 в верхней опоре, пятискоростного асинхронного электродвигателя 3, механизма среза 2, устройства для промывки 1, подвесной головки 5, пульта управления 7, распределительного диска 10, кожуха 11, станины 13, трубы для подвода воды 15, патрубка для отвода образовавшихся паров 16, трубы для подвода пара 17 и пневмоцилиндра заслонки лотка 20.

Работает центрифуга следующим образом. При достижении частоты вращения ротора 23 с^–1 открывается шиберная заслонка утфелераспределителя и утфель по лотку 19 поступает в ротор центрифуги. После загрузки ротора до заданного объема датчик 9 загрузки утфеля дает команду на закрытие шиберной заслонки. Затем электродвигатель набирает максимальную частоту вращения 150 с^–1, при которой происходит фуговка утфеля, регулируемая реле времени.

По окончании фуговки включается электромагнитный клапан, и вода поступает в устройство для промывки сахара. Одновременно сегрегатор 18 переключается на отвод белой патоки.

После промывки и пропарки сахара происходит переключение электродвигателя на меньшую скорость, и центрифуга начинает тормозиться. При частоте вращения 5 с^–1 включается механический тормоз 4 и электродвигатель выключается, а затем переключается на обратное вращение ротора.

При достижении ротором частоты вращения 7…10 с^–1 поднимается запорный конус 14 и к слою сахара пневмоцилиндром 8 подводится нож. По вертикали нож перемещается от электродвигателя. По окончании выгрузки механизм среза занимает первоначальное положение, запорный конус опускается, сита промываются водой и начинается следующий цикл работы.

Техническая характеристика автоматической центрифуги ФПН-1251Л-02

Максимальная загрузка, кг………………………………….. 660

Внутренний диаметр ротора, мм…………………………. 1250

Внутренняя высота ротора, мм……………………………. 800

Максимальная вместимость ротора, м³…………………. 445×10^-3

Рабочая частота вращения, с^–1…………………………….. 105; 157

Минимальный цикл работы, мин…………………………. 3

Наибольший фактор разделения………………………….. 1560

Габаритные размеры, мм…………………………………….. 2250´2060´4800

Масса без электродвигателя, кг…………………………… 3650

 

Сепаратор Г9-КОВ (рис. 12.13) предназначен для очистки плодоовощных соков. Он относится к сепараторам тарельчатого типа в полузакрытом исполнении с периодической выгрузкой осадка.

Сепаратор Г9-КОВ состоит из литой чугунной станины 1, горизонтального вала 2, тахометра 3, гидроузла 4, приемника шлама 5, приемно-отводящего устройства 7, барабана 6, крышки 8 и подъемника. Внутри станины размещены горизонтальный вал 2, вертикальный вал 10 и тахометр 3. Станина имеет люк для осмотра зубчатой пары и закрывается крышкой, на которой монтируется тахометр для контроля числа оборотов горизонтального вала. Горизонтальный вал соединен с валом электродвигателя центробежной фрикционной муфтой. В его средней части имеются две шестерни. Одна нарезана на валу и входит в зацепление с шестерней вала тахометра. Вторая крепится с помощью шпонки и входит в зацепление с винтовой шестерней на вертикальном валу 10. На валу 10 крепится барабан 6, который является основным рабочим узлом сепаратора. В нем происходит очистка плодоовощных соков от примесей под действием центробежных сил. Барабан сепаратора состоит из основания, крышки, тарелкодержателя с пакетом тарелок, большого затяжного кольца, крышки напорной камеры, малого затяжного кольца и клапанов слива и разгрузки.

Центробежная фрикционная муфта состоит из диска, размещенного на валу электродвигателя, и закрепленных шарнирно на диске колодок, опорные поверхности которых, откидываясь при вращении электродвигателя, прижимаются к внутренней поверхности бандажа и постепенно увлекают его за собой.

Вертикальный вал устанавливается в верхней и нижней опорах. Верхняя опора имеет шесть пружин, радиально расположенных вокруг подшипника, чем обеспечивается упругость, необходимая для осуществления плавного перехода через критическую частоту вращения и для компенсации дисбаланса. Под радиально-упорным подшипником нижней опоры находится винтовая пружина.

К станине крепится приемник шлама, имеющий сборники шлама и буферной воды. Приемник шлама 5 предназначен для отвода осадка, выбрасываемого из барабана 6, а также для размещения в ванне 9 слива межтарелочной жидкости и отвода буферной воды. В чаше приемника шлама расположен гидроузел, служащий для регулирования подачи буферной воды в соответствующую полость барабана 6, а на наружном фланце приемника находится подъемник, необходимый при монтаже тяжелых частей сепаратора. Для ускорения остановки сепаратора предусмотрен тормоз. В основании по окружности барабана равномерно размещены отверстия для выброса осадка из грязевого пространства барабана. При работе барабана эти отверстия перекрываются кольцевой кромкой поршня, плотно прижимающегося к уплотнительному кольцу под действием гидростатического давления жидкости под поршнем. Осветленный сок поступает через отверстия в верхней части крышки барабана в полость напорной камеры, а затем напорным диском выводится из сепаратора.

Техническая характеристика сепаратора приведена в табл. 12.1.

Сепаратор-кларификатор ВСМ (рис. 12.14) предназначен для тонкого осветления различных пищевых суспензий: соков, морсов, мелассы.

Сепаратор состоит из станины 5, приводного механизма, барабана 4, приемно-выводного устройства 2 и тахометра.

В верхней части станины 5 крепится барабан 4, на котором смонтированы тормозные устройства 3. Внутренняя часть станины является масляной ванной зубчатых передач приводного механизма.

Приводной механизм состоит из электродвигателя 1, упругой и фрикционно-центробежной муфт, горизонтального и вертикального валов.

Барабан является основным рабочим органом сепаратора, в котором под действием центробежной силы происходит осветление суспензии.

Приемно-выводное устройство служит для подачи сепарируемого продукта в барабан и отвода осветленной жидкости из барабана.

Сепаратор-кларификатор ВСМ работает следующим образом.

Для промывки, подогрева и проверки герметичности барабана в приемно-выводное устройство перед началом сепарирования через барабан пропускают воду, подогретую до температуры 40…60 °С. После этого по подводящему трубопроводу во вращающийся барабан подают продукт, подлежащий осветлению. Под действием центробежной силы взвешенные частицы отбрасываются к внутренним поверхностям вставок барабана и осаждаются на них.

Осветленная жидкость под давлением выводится из барабана по отводящему трубопроводу.

Техническая характеристика сепаратора приведена в табл. 12.1.

Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С (рис. 12.15) состоит из станины 17 с приводным механизмом, приемно-отводящего устройства 12, гидроузла, чаши станины с приемником осадка 7, глушителя, пробки спуска масла 1,  указателя уровня масла 2, горизонтального вала 3, тахометра 4, пробки залива масла 5, трубки подвода воды в сепарирующее устройство 6, зажима 8, гайки 9, крышки 11, штуцера подвода воды 16, вертикального вала 18, а также из пульта управления.

Молоко подается по трубопроводу и центральной трубке 15 приемно-отводящего устройства во вращающееся сепарирующее устройство 10. В это время поршень сепарирующего устройства закрыт. В полости под поршнем находится вода. При работе сепаратора происходит незначительное ее вытекание из сепарирующего устройства и патрубка станины при подпитке. Для герметизации системы поршень поджимается к прокладке силой гидростатического давления. Молоко подается в сепарирующее устройство, проходит через отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы пакета, распределяется в межтарелочных пространствах, разделяясь на сливки, оттесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняемое к периферии сепарирующего устройства. Сливки и обезжиренное молоко выводятся через камеры напорных дисков 13 и 14.

Твердые частицы и тяжелые примеси, выделяющиеся из молока, поступают в периферийный объем сепарирующего устройства, где происходит их накопление и уплотнение. Во избежание потерь молока применяют только частичную выгрузку осадка при открытии каналов.

Разгрузку сепараторов осуществляют в один или два этапа. При одноэтапной разгрузке осадок выгружается без перекрытия устройства для подачи исходного продукта. Однако во избежание потерь продукта в период раскрытия сепарирующего устройства выгружается не весь осадок, а лишь его часть. При двухэтапной разгрузке сначала перекрывается устройство для подачи исходного продукта и удаляется жидкость из межтарелочного пространства, а затем уже открываются щели для выгрузки, в результате чего осадок выбрасывается из сепарирующего устройства в приемник под действием центробежной силы.

Техническая характеристика сепаратора приведена в табл. 12.1.

Таблица 12.1. Техническая характеристика сепараторов

Показатель	Г9-КОВ	ВСМ	ОСН-С
Производительность, л/ч	8500	2000…2500	10000
Давление продукта на выходе, МПа	0,2	0,35…0,40	0,25
Частота вращения барабана, с–1	523,3	436,5	500
Температура сепарирования, К	283…298	283…288	35…40
Максимальный диаметр барабана, мм	600	640	616
Межтарелочный зазор, мм	0,5	0,3…0,4	0,50
Электродвигатель:
мощность, кВт	13	10	15,0
частота вращения, с–1	157	157	157
Габаритные размеры, мм:
длина	1500	1150	1390
ширина	1132	780	1000
высота	1650	1350	1785
Масса, кг:
барабана	500	302	240
сепаратора	1800	905	1512