Центрифуги

Основной характеристикой центрифуг является фактор разделения (критерий Фруда):

(10.2.1)

где R − характерный размер ротора центрифуги, −угловая скорость вращения ротора. По значениям фактора разделения центрифуги подразделяют на нормальные центрифуги (Fr<4000) и суперцентрифуги (Fr>4000). К настоящему времени максимальное значение фактора разделения промышленных центрифуг достигло значения 15000, а небольших−9000.

Еще одной из основных характеристик центрифуги является индекс производительности −площадь поверхности осаждения такого идеального гравитационного отстойника, который может быть заменен центрифугой, выполняющей его функции. Для цилиндрического ротора, :

(10.2.2)

где L −длина (высота) ротора, м.

Важной характеристикой центрифуг является крупность разделения−наиболее крупные частицы дисперсной фазы, которые могут быть вынесены с фугатом (очищенной водой), м:

(10.2.3)

где −динамическая вязкость очищаемой жидкости, Па с; и −плотность взвешенных частиц и жидкости, кг/ .

Рассмотрим расчет процесса центрифугирования в режиме осаждения.

В соответствии с законом Стокса скорость осаждения определяется по формуле, м/c:

(10.2.4)

где: −разность плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, кг/ ; d − диаметр частицы; − угловая скорость вращения ротора, рад/с; −динамическая вязкость дисперсионной среды, Па с; r − радиус (расстояния от оси ротора до частицы); − время осаждения, с.

Расход суспензии, подаваемый в цилиндрический ротор центрифуги, определяется по формуле:

(10.2.5)

где: −скорость осаждения частиц в поле тяжести, м/с; L−длина ротора, м; м; R−радиус ротора, м; −радиус свободной поверхности жидкости в роторе, м.

Средняя скорость осаждения частиц в центробежном поле, м/с:

(10.2.6)

Средняя продолжительность осаждения:

(10.2.7)

Объем ротора центрифуги, :

(10.2.8)

Как видно из (10.2.8), объем центрифуги зависит от производительности (расхода сточной воды за единицу времени) и времени осаждения частиц. Производительность зависит от радиуса, длины и скорости вращения ротора, :

(10.2.9)

Производительность по осадку, :

(10.2.10)

где с - объемная концентрация твердых веществ в сточной воде, м³/м³

Центрифуги по различным критериям подразделяются на горизонтальные (рис. 10.2.1а) и вертикальные (10.2.16), производственные и лабораторные, непрерывные и периодические, осаждающие, осветляющие и фильтрующие. Центрифуги также подразделяются по способу выгрузки осадка − ручной, шнековый, пульсирующий. На рис 10.2.2 показано центрифуга со шнековой выгрузкой осадка, которые имеют высоким фактором разделения.

Центрифугирование реже используется для очистки сточных вод, чем методы осаждения и фильтрования. Это связано с тем, что центрифугирование является энергоемким процессом.

В процессах очистки сточных вод фильтрующие центрифуги используют для разделения грубодисперсных систем, осаждающие − для разделения трудно фильтрующихся, тонко- и грубодисперсных суспензий, а также для классификации суспензий по размерам и плотности частиц. Для очистки производственных сточных вод наиболее перспективны осаждающие центрифуги.

Для выделения из сточных вод среднедиспергированных примесей применяют центрифуги с фактором разделения более 2500. Экономически целесообразно использовать центрифуги для локальной очистки сточных вод в том случае, когда выделенный осадок имеет ценность и может быть рекуперирован и когда для выделения осадка нельзя использовать реагенты.

Центрифуги периодического действия целесообразно использовать при концентрации нерастворимых примесей в сточных водах не более 2—3 г/л и если образующиеся осадки не подвергаются цементации.

Рис. 10.2.1 Центрифуги: а−горизонтальный; б−вертикальный

Рис. 10.2.2 Центрифуга типа ОГШ: 1−корпус; 2−ротор; 3−шнек; 4−питающая труба; 5−окно выгрузки осадка; 6−окно отвода фугата

Среди отстойных центрифуг для очистки сточных вод наибольшее распространение получили центрифуги типа ОГШ.

Центрифуги осадительные горизонтальные со шнековой выгрузкой осадка типа ОГТЛ предназначены для разделения суспензий с твердой фазой объемной концентрацией от 1 до 40 %, размером частиц свыше 5 мкм, разностью плотностей твердой и жидкой фаз более 0,2 кг/дм³.

Общий конструктивный признак типовой противоточной центрифуги (рис. 10.2.2) −горизонтальное расположение оси цилиндроконического ротора 2 с соосно расположенным внутри него шнеком 3. Ротор и шнек вращаются в одном направлении, но с различной частотой, в результате чего шнек транспортирует образовавшийся осадок вдоль ротора к выгрузочным окнам 5, расположенным в узкой части ротора. Фугат (осветленная вода) отводится через окна 6. Ротор центрифуги приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу.

Привод шнека − от ротора центрифуги через специальный редуктор Ротор закрыт кожухом 1 с перегородками, отделяющими камеру для выгрузки осадка от камеры для отвода фугата. При перегрузке защитное устройство выключает центрифугу, одновременно включаются световой и звуковой сигналы.

Центрифуга с электродвигателем смонтирована на виброизолирующем устройстве. При работе центрифуги суспензия по питающей трубе 4 подается во внутреннюю полость шнека, откуда через окна поступает в ротор. Под действием центробежной силы суспензия разделяется, и на стенках ротора осаждаются частицы твердой фазы. Осветленная жидкость течет к сливным окнам, переливается через сливной порог и выбрасывается из ротора. Диаметр сливного порога можно регулировать сменными заслонками или поворотными шайбами. Частоту вращения ротора можно изменять сменой шкивов. Технологический режим в центрифугах типа ОГШ регулируют изменением скорости подачи суспензии и частоты вращения ротора, а также изменением величины диаметра сливного порога.

У прямоточных центрифуг, в отличие от противоточных, направления движения суспензии и осадка в роторе совпадают.

В табл. 10.2.1 приведены технические характеристики осадительных горизонтальных шнековых центрифуг.

Таблица 10.2.1

Параметры осадительных горизонтальных шнековых центрифуг

Марка	Q, м3/ч	D, мм	N, об/мин		Размер центрифуги с э/двигателем	L/D	, кВт
Длина	Ширина	Высота
ОГШ- 352К-6	3-5							1,8
ОГШ- 352К-1	1-3							1,8
ОГШ- 501К-6	7-10							1,8
ОГШ-631К-2								3,8
ОГШ-802К-7	15-20							2,2
Примечание: Q− производительность; D−диаметр ротора; N−частота вращения; −фактор разделения; L−длина ротора; −мощность электродвигателя

Фильтрующие центрифуги пред назначены для разделения суспензий со средне- и мелкозернистой (размер частиц более 30 мкм), преимущественно растворимой твердой фазой объемной концентрацией более 10%. При обработке суспензий с меньшей концентрацией твердой фазы значительно удлиняется цикл их разделения, а центрифуги этого типа предназначены для работы с более короткими циклами, чем другие фильтрующие центрифуги периодического действия.

Общим конструктивным признаком центрифуг (рис. 10.2.3) является горизонтальное расположение оси 1 ротора 5, вал 7 которого вращается в подшипниках качения 6, установленных в станине 8. Привод центрифуги осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу. На передней крышке центрифуги смонтированы механизм среза осадка 3, разгрузочный бункер 1, питающая труба 2, труба для промывки и регенераций (для фильтрующих центрифуг), регулятор уровня слоя загрузки и переключатели хода ножа. В кожухе 4 центрифуги предусмотрены люк для доступа к ротору при замене или ремонте сит для фильтрующих центрифуг и люк-воздушник для отвода паров и газов из внутренней полости кожуха. Клапан установлен непосредственно на баке (с мешалкой) для суспензии. Ротор фильтрующих центрифуг типа ФГН − сварной, с перфорированной обечайкой. Внутри него с помощью планок и колец закреплены дренажное и фильтрующие сита. В зависимости от обрабатываемой суспензии, фильтрующие сита могут быть заменены фильтровальными тканями.

Рис. 10.2.3 Конструктивная схема центрифуг типа ФГН: 1−разгрузочный бункер; 2−питающая труба; 3−механизм среза осадка; 4−кожух; 5−ротор; 6−подшипники качения; 7−вал; 8−станина

Техническая характеристика центрифуг типа ФГН приведена в табл. 10.2.2

Таблица 10.2.2

Параметры центрифуг типа ФГН

Марка	D, мм	n, об/мин		Размер центрифуги, мм	, кВт
Длина	Ширина	Высота
ФГН- 633К-01							18,5
ФГН- 633К-02							18,5
ФГН- 631Т-03							13/18
ФГН- 903К-01			ИЗО
ФГН- 903Т-01			ИЗО