Сетчатая / спиральная центрифуга - это фильтрующая или сетчатая центрифуга, также известная как центрифуга с червячным ситом или центрифуга с конвейерной разгрузкой. Эта центрифуга была впервые представлена в середине 19 века. После разработки новых технологий на протяжении десятилетий, теперь это один из широко используемых процессов во многих отраслях промышленности для отделения кристаллических, гранулированных или волокнистых материалов от твердо-жидкой смеси. Также считается, что этот процесс сушит твердый материал. Этот процесс был одним из наиболее часто встречающихся, особенно в угледобывающей промышленности . Кроме того, его можно найти в других отраслях, таких как химическая, экологическая, пищевая и другие горнодобывающие отрасли.
Базовые основы
Центрифуга со спиральным экраном - это фильтрующая центрифуга, которая отделяет твердые частицы и жидкость от смеси твердого и жидкого. Этот тип центрифуги обычно используется в непрерывном процессе, в котором суспензия, содержащая как твердое, так и жидкое вещество, непрерывно подается в центрифугу и непрерывно выгружается из нее. В типичной центрифуге со спиральным экраном основной принцип состоит в том, что поступающий корм разделяется на жидкость и твердые частицы как два продукта. Корм перемещается от конца корзины в форме усеченного конуса к большому диаметру за счет наклона корзины сита и немного другой скорости червяка скребка. [1] Твердый материал, удерживаемый на сите, перемещается по конусу через внутренний винтовой конвейер, в то время как выход жидкости, полученный за счет центробежной силы, заставляет загружаемую суспензию проходить через отверстия сита. [2] Кроме того, центрифуга со спиральным экраном может вращаться в горизонтальном или вертикальном положении.
Спектр приложений
Центрифуги со спиральным экраном используются во многих технологических процессах . Одно из наиболее заметных применений - в угледобывающей промышленности . В дополнение к этому, эта центрифуга также используется для обезвоживания поташа, гильсонита , в солевых процессах и для обезвоживания различных песков. [3] Кроме того, он также разработан для использования в пищевой промышленности, для быстрого приготовления, производства молочных продуктов, а также эквивалентов какао-масла и других кондитерских жиров. [4]
Доступные дизайны
Центрифуги со спиральным ситом, также известные как шнековый сито или разгрузочный конвейер, побуждают твердые частицы перемещаться по конусу через внутренний винтовой конвейер. Конвейер в центрифуге вращается со скоростью дифференциальной скорости до конического экрана и центробежных сил , приблизительно 1800 г - 2600 г облегчить разумные пропускные способности . [2] [5] Некоторые центрифуги с экранной прокруткой доступны с четырьмя отдельными ступенями для повышения производительности. Первая стадия используется для удаления щелока из сырья, за которой следует стадия промывки, а последняя стадия используется для сушки. В усовершенствованной центрифуге со спиральным ситом с четырьмя ступенями используются две отдельные промывки для разделения промывных жидкостей. [5]
Два наиболее распространенных типа центрифуг с экраном / прокруткой, используемых во многих промышленных приложениях, - это центрифуги с вертикальным экраном / прокруткой и центрифуги с горизонтальным экраном / прокруткой.
Центрифуга с вертикальным скроллером
Вертикальная прокрутка экрана состоит из основных компонентов экрана, прокрутки, корзины, корпуса и винтового винта. Сырье, содержащее жидкие и твердые материалы, вводится в центрифугу с вертикальным ситом сверху. Это ускоряется центробежным ускорением, создаваемым соприкасающимися вращающимися частями. Таким образом, центробежная сила проталкивает жидкости через отверстия, в то время как твердые частицы удерживаются на поверхности сита, поскольку они не могут пройти сквозь них из-за гранулированных частиц, размер которых превышает размер пор сита, или из-за агломерации. Движение твердых тел по поверхности экрана управляется полетами. Жидкости, прошедшие через сито, собираются и выпускаются через выпускное отверстие для сточных вод со стороны машины, в то время как твердые частицы, собранные с сита, падают под действием силы тяжести через нижнее выпускное отверстие машины. [3]
Некоторые из доступных спиральных центрифуг с вертикальным экраном - модель EBR CMI и модель EBW CMI, которые производятся Centrifugal & Mechanical Industries (CMI). Первый может обезвоживать более крупные частицы размером от 1,5 до 28 меш, тогда как второй может обезвоживать более мелкие частицы размером от 1 мм до 150 меш. [3]
Центрифуга с горизонтальной прокруткой экрана
Подобно центрифуге с вертикальным экраном и прокруткой, центрифуга с горизонтальным экраном состоит из нескольких основных частей: экрана, спирали, корзины, корпуса и винтового винта. Экран и корзина с геометрией усеченного конуса собраны в корпус по горизонтальной оси. Внутри конструкции в форме усеченного конуса находится трубчатая стенка. Внутри трубчатой стенки находится цилиндр винтового винта, виток которого проходит по спирали. Трубчатая стенка будет иметь угловую скорость, немного отличающуюся от винтовой. [6]
Смесь твердого вещества и жидкости подается в закрытую заднюю часть спирали. Вращение спирали, экрана и корзины позволяет жидкости проходить через отверстия на экране (за счет центробежной силы). Твердые остатки будут разделяться по размеру из-за разницы угловой скорости винтового винта и корзины. Спиральный винт толкает твердый материал, который должен быть выгружен, к переднему концу спирали. Время обработки зависит от шага винтовой спирали и разницы угловых скоростей. На это также может повлиять конструкция отверстия для подачи спирали. Выходящие твердые частицы обычно собираются конвейером в сборочном узле. [6]
Основные характеристики процесса и их оценка
На производительность и выходную эффективность центрифуги со спиральным ситом может влиять несколько факторов, таких как размер частиц и концентрация сырья, скорость потока сырья и размер ячеек сита центрифуги.
Размер частиц и твердые частицы в сырье
Размер частиц в сырье является одним из наиболее важных параметров, которые необходимо учитывать, поскольку выбор щели и размера отверстий в фильтре для центрифуги со спиральным экраном или для различных типов процесса зависит от содержимого сырья. Неоднородный размер частиц в сырье может вызвать частичную блокировку сита из-за того, что твердые частицы небольшого размера блокируют отверстия, помимо обычных и более крупных частиц. Таким образом, жидкость течет по экрану, а не проходит через него. По существу, для получения хороших и разумных результатов требуется более высокое содержание твердых веществ в сырье - обычно от более 15% до 60% мас. / Мас. [5] Тем не менее, скорость потока сырья можно контролировать, чтобы преодолеть это снижение. Другой возможный метод заключается в проведении предварительной обработки сырья, которое будет использоваться для центрифуги со спиральным экраном, например, с помощью процесса фильтрации. После этого можно проанализировать размер частиц и определить выбор конкретного размера сита. Однако это увеличивает общие эксплуатационные расходы.
Типичный рабочий диапазон размера частиц и концентрации сырья для центрифуг со спиральным экраном составляет 100–20 000 мкм и 3–90% массы твердых частиц в сырье. [7] Как правило, размер щелей и отверстий в сетке составляет от 40 до 200 мкм с открытыми площадями от 5 до 15%. [5] Тем не менее, утверждается, что последние продукты способны обрабатывать частицы размером всего 50 мкм. [3] Экраны, как правило, представляют собой металлическую фольгу или клиновидную проволоку, а в последнее время - металлические и композитные экраны, перфорированные с помощью гидроабразивной резки.
Скорость подачи
Как упоминалось в предыдущем разделе, скорость подачи сырья является одним из важнейших параметров, которые необходимо контролировать для достижения высокоэффективного выхода. Производительность центрифуги зависит от скорости потока корма. Несмотря на то, что увеличение скорости потока подаваемого материала может предотвратить засорение сеток, следует отметить, что достигается более влажное твердое вещество. [8] Это происходит из-за увеличения гидравлической нагрузки на центрифугу, когда применяется более высокая скорость подачи, в то время как разница в скорости вращения между конусом и спиралью и время удерживания в зоне обезвоживания корзины фиксированы. Кроме того, более высокая скорость подачи приводит к увеличению эффективной толщины слоя, так как он затягивается спиралью.
Геометрия корзины и ее материал
Варианты материалов для изготовления и конструкции основных компонентов центрифуги, таких как экранная пластина, винтовой винт и корзина, могут действительно продлить срок службы машины. Еще одним важным фактором является размер конической корзины и ее угол в центрифуге. Различные размеры корзины и угол между корзиной и спиральным винтом могут изменять угловую скорость; в результате ухудшается качество продукта. Кроме того, форма винтового шнека также важна, поскольку она оптимизирует транспортировку жмыха. [3] Выбор типичных центрифуг со спиральным экраном и корзинами различных размеров, представленных на рынке, представлен в следующей таблице 1. Секции спиральной спирали и конической корзины обычно изготавливаются под углом 10 °, 15 ° и 20 °. [5]
Таблица 1 Выбор размеров центрифуг со спиральным экраном
Диаметр корзины, мм | 250 | 400 | 550 | 800 | 1000 |
Максимальные обороты | 3800 | 3000 | 2000 г. | 1500 | 1200 |
Максимальный центробежный G на выступе корзины | 2000 г. | 2000 г. | 1500 | 1000 | 800 |
Максимальная пропускная способность th −1 | 3.5 | 10 | 25 | 50 | 70 |
Преимущества и ограничения перед конкурентными процессами
Центрифуга со спиральным экраном имеет преимущество наличия винтового конвейера с приводом, который обеспечивает небольшую разность скоростей по сравнению с конической корзиной. Спиральный конвейер установлен в центрифуге для управления транспортировкой входящего корма, что позволяет увеличить время пребывания твердых частиц в корзине, обеспечивая улучшенную производительность процесса. [5] Кроме того, секции винтового конвейера и конической корзины спроектированы под определенным углом 10 °, 15 ° и 20 °, которые являются общими, так что твердые частицы увлекаются конвейером по конусу к месту разгрузки. В результате не образуется ровный слой твердых частиц, а образуются груды треугольного сечения перед лопастями конвейера. Время пребывания в центрифуге со спиральным экраном обычно составляет от 4 до 15 секунд, что больше, чем в обычной центрифуге с простой конической корзиной. Это обеспечивает достаточное время взаимодействия между промывочными жидкостями и кеками. Однако наличие конвейера вызывает разрушение кристаллов и проблему истирания, а также образование неравномерного слоя твердых частиц, что может привести к плохой стирке. Этим можно управлять с помощью скорости конвейера. [5]
Инженеры TEMA, специализирующиеся на центрифугах, заявляют, что центрифуга со спиральным горизонтальным ситом может обеспечить более высокое общее извлечение мелких фракций до 99%, в сочетании с очень низкой влажностью продукта. Кроме того, для достижения наилучших результатов рекомендуется работать с сырьем, содержащим более 40% твердых частиц с минимальным размером 100 мкм. [9] Использование центрифуги со спиральным экраном в горизонтальной ориентации более экономично, поскольку ее вместимость на 40% больше, чем при вертикальной ориентации того же размера при тех же затратах энергии. Кроме того, обслуживание центрифуги со спиральным горизонтальным экраном может быть легко выполнено, поскольку не требуется полная разборка. [10] В настоящее время центрифуги со спиральным экраном оснащены системой CIP-очистки с целью самоочистки внутри центрифуги.
С другой стороны, у него есть обратная сторона - возможное засорение сита из-за подаваемой суспензии, содержащей мелкие кристаллы, помимо крупных и обычных кристаллов твердых частиц. Следовательно, это приводит к тому, что сетка становится менее проницаемой, поэтому жидкости протекают через экран, а не проходят через сетку экрана. Однако эту проблему можно решить, уменьшив скорость подачи корма. [5]
Возможные эвристики для использования при разработке процесса
Корзина, спиральный винт, сетчатый фильтр и другие детали разработаны с учетом входных параметров процесса и определенных характеристик. Большинство деталей изготовлено из металла, чтобы обеспечить возможность разделения. Чем больше чаша, тем больше входных материалов может быть увеличено, но в то же время увеличиваются продолжительность процесса и время пребывания. Спиральный винт предназначен для удержания и перемещения частиц, чтобы иметь возможность контролировать движение кека. Сетчатый фильтр предназначен для фильтрации частиц и воды. Процесс очистки для этого типа машины может быть трудным по сравнению с другими моделями сепарации. Конструкция в основном оптимизирована с минимальными затратами на техническое обслуживание и снабжена хорошей герметизацией для предотвращения утечки и разрушения конструкции. [3] [8]
Необходимые системы доочистки
После удаления жидкостей из суспензии для образования лепешки твердых частиц в центрифуге требуется дополнительная или постобработка для полного высушивания твердых частиц. Сушка - наиболее распространенный процесс, используемый в промышленности. Еще одна система последующей обработки - это обработка продуктов с помощью еще одного этапа процесса обезвоживания. [11]
Новая разработка
Современная центрифуга с экраном / прокруткой была несколько изменена по сравнению с оригинальной конструкцией:
- Добавление пакета деталей с длительным сроком службы, который снижает трение при скольжении в зоне подачи, благодаря наличию конической крышки для отклонения подачи материала сверху. Механика процесса также была оптимизирована для получения более качественных продуктов. [12]
- Появились новые сита, перфорированные с помощью процесса микрогидроструйной обработки. Эти грохоты обеспечивают значительно больший выход продукта в сочетании с производительностью сушилки. Этот производственный процесс также позволяет изготавливать экраны из материалов с высокой износостойкостью, таких как композиты с карбидом вольфрама, для применений с очень высоким износом, таких как уголь. [13]
- Модификация качества сверхтонкого грохочения позволяет до 50 мкм. Модификация производится через сетчатый фильтр, который может обеспечить более высокое извлечение твердых частиц. [14] Среди других усовершенствований центрифуги со спиральным экраном - герметичное уплотнение, возможность работать в непрерывном режиме, минимальное энергопотребление, редуктор с низким коэффициентом трения и меньшая потребность в техническом обслуживании. Все эти модификации сделаны для обеспечения безопасности процесса с меньшим энергопотреблением и упрощения обслуживания.
Рекомендации
- ^ Б.Дж. Андерсон и Д.С. Аранд, «Двухпоточная обработка сока для извлечения твердых частиц сока из материала сердцевины экстрактора». Патент США EP0414964, 14 июля 1993 г.
- ^ a b С. Тарлтон и Р. Уэйкман, Фильтрация: выбор оборудования, моделирование и симуляция процессов, 1-е изд., Elsevier, 1999.
- ^ a b c d e f «CMI Screen Scroll Centrifuges», Elgin Equipment Group, 2010. [Online]. Доступно: http://www.elginindustries.com/equipment_group/centrifugal_and_mechanical_industries/products.aspx . [Проверено в октябре 2013 г.].
- ^ FD Gunstone, JL Harwood и AJ Dijkstra, Справочник по липидам, 3-е изд., Taylor & Francis Group LLC, 2007.
- ^ a b c d e f g h С. Тарлтон и Р. Уэйкман, Разделение твердой и жидкой фаз: масштабирование промышленного оборудования, 1-е изд., Elsevier, 2005.
- ^ a b М. Т. Маллинз и Дж. Р. Родебуш, «Центрифуга с горизонтальным скроллером». Патент США US6736968 B2, 18 мая 2004 г.
- ^ Закупки DB, «Технология разделения твердой и жидкой фаз», Uplands Press, Croydon, 1981.
- ^ a b М. Томас, К. Вел и Дж. Смитхэм, «Новая конструкция корзины для центрифуг с мелким углем», Журнал Южноафриканского института горного дела и металлургии, стр. 47-52, 2001.
- ^ «Siebtechnik Центрифуги,» 2002. [Online]. Доступно: http://www.lochtec.dk/produkter/centrifuger/centrifuger.html#Conturbex Centrifuge. [Проверено в октябре 2013 г.].
- ^ «Tema Engineers», Tema Engineers, агент Siebtechnik, специалист по центрифугам, 2008 г. [Online]. Доступно: http://www.tema.com.au/CENTRIFUGES.html . [Проверено в октябре 2013 г.].
- ^ Г.Г. Чейз, «Разделение твердой и жидкой фаз», Университет Акрона.
- ^ C. &. M. Industries, «Резкое сокращение операционных затрат за счет инновационных разработок», [онлайн]. Доступно: http://www.elginindustries.com/~/media/Images/Equipment/Brochures/LLPP%20Brochure.ashx . [Проверено в октябре 2013 г.].
- ^ "Экраны центрифуг Waterjet для центрифуг Screen Scroll / Conturbex" . Проверено 23 декабря 2013 года .
- Перейти ↑ Scroll Screen Centrifuges, Broadbent, 2009. [Online]. Доступно: http://www.broadbent.co.uk/en/ipd-products-scrollscreencentrifuges . [Проверено в октябре 2013 г.].