Центрифуга с твердой чашей

Центрифуга со сплошным барабаном — это тип центрифуги , в которой используется принцип седиментации . Центрифуга используется для разделения смеси, состоящей из двух веществ разной плотности , с помощью центробежной силы, возникающей в результате непрерывного вращения. Обычно его используют для разделения смесей твердое-жидкое, жидкость-жидкость и твердое-твердое. Центрифуги с твердым барабаном широко используются в различных отраслях промышленности , таких как очистка сточных вод , производство угля и производство полимеров . Одним из преимуществ центрифуг со сплошным барабаном для промышленного использования является простота установки по сравнению с другими типами центрифуг. Существует три типа конструкции центрифуги со сплошным барабаном: коническая, цилиндрическая и конусно-цилиндрическая.
Область применения
[ редактировать ]Очистка осадка сточных вод [ 1 ]
[ редактировать ]В ходе промышленного процесса очистки сточных вод образуется огромное количество осадка. Осадок необходимо утилизировать или подвергнуть дальнейшей обработке. Одним из доступных методов очистки является уплотнение осадка с помощью центрифуг с твердым корпусом. Если в предыдущем осадке концентрация сухого вещества составляла около 0,5-1 %, то после процесса сгущения он будет содержать до 5-6 % сухого остатка. Этот процесс позволяет сократить потери активного ила более чем на 80%, а также свести к минимуму количество ила для сбраживания на 30-40%. Кроме того, меньшее количество утилизируемого осадка также снижает стоимость полимера и улучшает характеристики обезвоживания.
Пульпа от переработки угля [ 2 ]
[ редактировать ]Угольный раствор, который содержит около 6% твердых частиц по весу и почти 60% материала размером 10 мм, сгущается с помощью центрифуг с твердым барабаном. Используя этот метод центрифуги, концентрация конечного продукта может достигать 55-60% твердых веществ без добавления дополнительных химикатов. Кроме того, центрифуга с твердым барабаном также используется в процессе удаления воды из шлама отходов, получаемого на углеобогатительной фабрике.
Производство полимеров [ 3 ]
[ редактировать ]Центрифуга с твердым корпусом используется при производстве полимеров для извлечения ацетатов из полимерной суспензии. Конический пляж используется для внутренней промывки с целью повышения степени извлечения ацетатов. Раньше центрифуга состояла только из одноведущего конвейера, а затем была усовершенствована с использованием двухходового конвейера для увеличения производительности. Кроме того, для повышения выхода ацетата используется дополнительный двойной конвейер с минимальным шагом.
Преимущества и недостатки
[ редактировать ]Преимущества [ 4 ]
[ редактировать ]- Быстрый запуск и выключение.
- Относительно простая установка.
- Компактный дизайн.
- Функционирует автоматически с минимальным количеством устройств мониторинга и управления.
- Гибкое использование как для процесса загущения, так и для обезвоживания.
- Требуется относительно небольшое количество полимера по сравнению с другими типами, за исключением центрифуг с корзинкой.
- Большой объем жидкости и способность работать с более концентрированными суспензиями. [ 1 ]
- Производит больше сухих веществ и лучше удерживает их. [ 1 ] в зависимости от размера чаши и частоты вращения
Недостатки [ 4 ]
[ редактировать ]- Меньшая площадь поверхности для осветления по сравнению со стопкой дисков.
- Может выделять тепло, которое может повредить термочувствительные продукты.
- Требовательность к техническому обслуживанию, особенно изнашиваемой части спиральной спирали. Рекомендуется иметь твердую поверхность и защиту от истирания.
- Создает нежелательный шум, особенно для центрифуг с высоким ускорением.
- Иногда возникает вибрация, которая нарушает работу электронного управления и структурных компонентов.
- Высокое энергопотребление.
- Перед началом обычного обслуживания требуется предварительное тестирование для выбора оптимальных настроек машины.
Доступные дизайны
[ редактировать ]Конструкции центрифуг со сплошной чашей делятся на три различных типа в зависимости от формы твердой чаши: коническая, цилиндрическая и цилиндро-коническая. Выбор конструкции центрифуги в конкретной отрасли определяется характеристиками суспензии и твердых веществ. [ 5 ]

Центрифуга с твердой чашей, основанная на дизайне форм
[ редактировать ]Коническая центрифуга со сплошным барабаном
[ редактировать ]Среди трех конструкций первоначально коническая чаша была наиболее предпочтительной конструкцией из-за максимального удаления воды и превосходной классифицирующей способности. Однако такая конструкция менее эффективна для достижения высокого качества фугата, что делает ее плохим осветлителем.
Цилиндрическая центрифуга со сплошным барабаном
[ редактировать ]В отличие от конической конструкции чаши, цилиндрическая конструкция чаши не обеспечивает максимальное удаление воды, поэтому в основном образуется влажный осадок. Кроме того, это еще и менее эффективный классификатор. Однако цилиндрическая конструкция чаши более эффективна для достижения высокого качества концентрата по сравнению с конической конструкцией чаши, что делает ее лучшим устройством для обезвоживания по сравнению с конической конструкцией чаши.
Коническо-цилиндрическая центрифуга со сплошным барабаном
[ редактировать ]Коническо-цилиндрическая конструкция чаши разработана на основе конической и цилиндрической конструкции чаши. Эта конструкция, по сути, представляет собой сочетание лучших индивидуальных характеристик двух предыдущих конструкций и, следовательно, является более совершенной конструкцией. Эта конкретная конструкция обеспечивает эффективную обезвоживающую способность, эффективное осветление и довольно хорошую классификацию в пределах одной установки. Он имеет возможность изменять и контролировать баланс между водоотведением и качеством фугата путем регулировки длины его бассейна в зависимости от требуемого продукта. Таким образом, конусно-цилиндрическая конструкция чаши сегодня наиболее широко используется в промышленности.
Типичная конически-цилиндрическая центрифуга со сплошной чашей содержит блок вращающейся чаши, соединенный с конвейером с помощью зубчатой передачи. Система зубчатых передач 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, тогда как барабанный блок работает со скоростью на 100 оборотов в минуту выше. [ 6 ]
Характеристики типов центрифуг различной формы можно увидеть в таблице следующим образом:

Центрифуга со сплошным барабаном, основанная на конструкции с выходным потоком
[ редактировать ]В зависимости от выходного потока твердого кека и жидкого фугата существует два типа конструкций центрифуг с твердым барабаном: [ 6 ]
Параллельное проектирование
[ редактировать ]В этой конструкции твердый осадок и жидкий фугат покидают чашу центрифуги на одном конце.
Противотоковая конструкция
[ редактировать ]Такая конструкция позволяет твердой лепешке и жидкому фугату покидать чашу центрифуги на противоположных концах. В этой конструкции конвейер подталкивает ил к конечным потокам, и надосадочная жидкость выходит через переливы.
Характеристики процесса
[ редактировать ]Описание процесса [ 7 ] [ 8 ]
[ редактировать ]Центрифуги с цельным барабаном с помощью винтового шнекового конвейера разделяют два вещества разной плотности за счет центробежной силы, образующейся при быстром вращении. Подаваемая суспензия поступает на конвейер и подается во вращающуюся чашу через выпускные отверстия. Существует небольшая разница в скорости вращения конвейера и чаши, в результате чего твердые частицы перемещаются из неподвижной зоны, где сточные воды подаются на стенку чаши. Под действием центробежной силы собранные твердые частицы перемещаются вдоль стенки чаши, из бассейна и вверх по обезвоживающему пляжу, расположенному на коническом конце чаши. Наконец, отделенные твердые частицы переходят на выпуск твердых частиц, а жидкости - на выпуск жидкости. Осветленная жидкость течет по конвейеру в обратном направлении через регулируемые переливные части.
Основные характеристики процесса [ 9 ] [ 10 ]
[ редактировать ]- 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 3,5–15 м3/(день кВт) (0,5–2 галлона/(мин л.с.)).
- G-фактор (отношение центробежной силы к силе гравитации) находится в пределах 2000-3000.
- Примеры обычного передаточного числа коробки передач: 20, 40, 116, 130 и 140:1.
- Обезвоживающий осадок более эффективно перерабатывается при использовании центрифуг с большим объемом бассейна.
- Глубину бассейна (радиальную высоту жидкости) можно изменить в большинстве центрифуг.
- Диапазон концентрации твердых веществ в кеке составляет от 4-6% на операциях сгущения и 10-35% на операциях обезвоживания.
- Отношение длины к диаметру находится в диапазоне от 2,5:1 до 4:1.
- Производительность центрифуги с твердым барабаном определяется качеством твердых частиц в стоках и сухостью осадка. Однако эффективность центрифуги обычно измеряется процентом извлечения твердого вещества по формуле: [ 11 ]
В таблице ниже показан процент разделения твердых веществ, достигнутый в различных твердых веществах и образовавшейся осадке с учетом эффекта добавления полимера: [ 12 ]

Оценка характеристик
[ редактировать ]- Длина обезвоживающего участка и разница скоростей между чашей и конвейером могут влиять на содержание твердых веществ в отделенных твердых частицах. [ 8 ] Оптимальное время пребывания твердых веществ в центрифуге и содержание воды в отделенных твердых веществах могут быть достигнуты путем регулирования дифференциальной скорости. Высокая дифференциальная скорость имеет тенденцию к увеличению влажности твердого кека и уменьшению содержания твердых частиц в сточных водах, поскольку время пребывания меньше. Однако в некоторых случаях также возможно, что содержание твердых частиц в сточных водах увеличивается из-за эффектов перемешивания. [ 10 ]
- Шламы с более высоким содержанием мелких и водосодержащих частиц, скорее всего, будут сопротивляться транспортировке до точки сброса твердых частиц. Предпочтительны более тяжелые частицы, поэтому для обработки большинства осадков первоначально используется гравитационное сгущение вместе с добавлением органических полиэлектролитов. [ 8 ]
- Когда скорость вращения в чаше выше, происходит более сильное разделение твердых частиц, поскольку скорость осаждения твердых частиц увеличивается пропорционально квадрату скорости вращения. Однако стоимость 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 соответствии с конструкцией двигателя и размерами шкива. [ 10 ]
- Увеличение скорости потока сокращает время пребывания суспензии в чаше, вызывая увеличение количества твердых частиц в выходящей фазе. В результате эффективность разделения снизится. Более того, глубина бассейна при этом увеличивается за счет напора, переливающегося через переливные пластины. [ 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, уменьшая фактор g и в то же время увеличивая количество твердых веществ в выходящей фазе. Кроме того, на обезвоживающем пляже имеется большая площадь, не закрытая бассейном, что приводит к уменьшению влажности твердого кека. [ 10 ]
Эвристика
[ редактировать ]- Испытываемый материал считается идеальным материалом для центрифуги с твердым барабаном, если объем твердых частиц и объем уплотнения сходятся в течение 90–120 секунд с прозрачным выходящим потоком. [ 13 ]
- Для прядения сложных материалов может потребоваться более высокая сила перегрузки, 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 добиться, используя чашу большего диаметра, одновременно замедляя вращение машины за счет сохранения центробежной силы и увеличивая высоту жидкостного зазора в центрифуге (глубину бассейна). [ 13 ]
- Центрифуги следует нагревать в течение четырех-пяти часов, поддерживать постоянное давление, а затем охлаждать, прежде чем можно будет начать производство. [ 13 ]
- В обезвоженном первичном осадке будет присутствовать 15-20 % твердых веществ, если все настройки соответствуют всем характеристикам центрифуги. [ 13 ]
- В целом общее извлечение твердого вещества без добавления полимера колеблется в пределах 74–84%. [ 13 ]
- Влияние переменных процесса можно увидеть в таблице ниже: [ 5 ]

- Чтобы улучшить извлечение твердых частиц, переменные машины можно контролировать следующим образом: [ 5 ]

Производство отходов
[ редактировать ]Последующая обработка потока отходов, производимого центрифугой с твердым барабаном, различается в зависимости от промышленного применения. Поскольку в разных отраслях используется разное сырье для центрифужной системы, поток отходов также будет разным и, следовательно, потребует разной последующей обработки. Ниже приведены некоторые примеры производства потока отходов и его необходимой последующей обработки в различных отраслях промышленности.
Очистка осадка сточных вод [ 14 ]
[ редактировать ]При очистке воды желаемым продуктом является чистая вода, а отходами — осадок, содержащий растворенные органические и неорганические материалы, волокнистые вещества и внеклеточный полимер (ECP). Осадок обычно выбрасывают в канализацию или на свалку. Иногда шлам используют при производстве кирпича и бетона, в сельском хозяйстве в качестве добавки к почве или для мелиорации земель. В этом случае центрифуга с твердым корпусом используется в качестве заключительного этапа очистки осадка перед утилизацией, чтобы снизить расходы на захоронение и транспортные расходы.
Пульпа от переработки угля [ 2 ]
[ редактировать ]Центрифуга с твердым барабаном используется для обезвоживания шлама угольных отходов вместе с пластинчато-рамным фильтр-прессом при производстве угля для обезвоживания шлама перед его утилизацией. Подача пульпы осуществлялась из нижнего слива работающего сгустителя для очистки битуминозного угля. Что касается потока отходов, то его обычно сбрасывают в шламовые камеры или в пустынные подземные шахты, если таковые имеются, или, чаще, в шламовые отстойники.
Производство полимеров [ 3 ]
[ редактировать ]В этой отрасли ацетат восстанавливают при производстве полимеров. В этом случае желаемым продуктом на самом деле является полимер; однако ацетат также не является отходом, поскольку его восстанавливают. В то время как твердые полимерные частицы выгружаются через отверстие для выхода твердых частиц и подвергаются дальнейшей обработке, ацетат, который извлекается через отверстие для выхода жидкости, дополнительно отделяется от промывочной жидкости для извлечения чистого ацетата.
Новая разработка
[ редактировать ]Существуют различные аспекты, которые можно улучшить по сравнению с нынешними центрифугами со сплошным барабаном, чтобы повысить их производительность и надежность. Чтобы обеспечить больший контроль и упростить эксплуатацию, были разработаны и добавлены вспомогательные системы, такие как подающее оборудование, устройство дозирования химикатов и улучшенные перекачивающие насосы. Кроме того, рабочие параметры можно регулировать для оптимизации процесса обезвоживания осадка. Он основан на силе вращения, которая выбрасывает твердые частицы и прилипает к внешним поверхностям. Для достижения большей сухости твердых частиц также можно добавить металлическую сетку или какой-либо подходящий фильтрующий материал. [ 15 ]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Декантерная центрифуга Flottweg – параметры и факторы, влияющие на декантер, обеспечивающие наилучший результат разделения, включая видео о декантерной центрифуге
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Рэттер, Э.А., Шип, Р.. (1994). Центрифуги с цельным барабаном для очистки осадка сточных вод. Filtration & Separation Science Direct, Том 31, Выпуск 4, с. 387–390, 386.
- ^ Jump up to: а б Петерс Б., Вейс С. (2004). Взаимосвязь между глубиной бассейна и внутренней промывкой на берегу декантерной центрифуги с твердой чашей. Filtration & Separation Science Direct, том 41, выпуск 6, с. 36-400
- ^ Jump up to: а б Клима, М.С., Коффман, Р. (2011). Базовые испытания фильтр-пресса и центрифуги с твердой чашей для обезвоживания шлама нижнего слива угольного сгустителя. Международный журнал подготовки и использования угля, том 31, стр. 258–272
- ^ Jump up to: а б Toprak Water Waste Engineering (2006), Удаление осадка и примеры проектирования . (по состоянию на 12 октября 2013 г.)
- ^ Jump up to: а б с д и Оррис Э.А., Юджин Э.Г. (1969). Центрифугирование сточных вод. Журнал «Федерация контроля загрязнения воды», том 41, выпуск 4, с. 607-628
- ^ Jump up to: а б Система водоотведения (2009). Центрифуга с твердой чашей для обезвоживания осадка. http://www.wastewatersystem.net/2009/11/solid-bowl-centrifuge-for-sludge.html (по состоянию на 12 октября 2013 г.)
- ^ Бродбент Т. (2001). Центрифуги: выбор. Filtration & Separation Science Direct, том 38, выпуск 3, с. 30-33
- ^ Jump up to: а б с FSA по окружающей среде (2002). Практический пример 10. Центрифуга-декантер, системы разделения твердых частиц для свиноводства. http://www.fsaconsulting.net/pdfs/Case%20Study%2010%20-%20Centrifuge.pdf (по состоянию на 10 октября 2013 г.)
- ^ Арменанте ПМ, (2011). Центрифуга, Технологический институт Нью-Джерси. Конспект лекций 10 «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 июля 2003 г. Проверено 15 октября 2013 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в названии ( ссылка ) (по состоянию на 11 октября 2013 г.) - ^ Jump up to: а б с д и Смидт, Флорида (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.)
- ^ Jump up to: а б Портеус GC (2009). Обезвоживание осадка сточных вод с помощью центрифуги. Отдел исследований и разработок Главного управления водного хозяйства. http://dwi.defra.gov.uk/research/completed-research/reports/dwi0183.pdf (по состоянию на 10 октября 2013 г.)
- ^ Федерация водной среды (2005). Системы сгущения и обезвоживания твердых частиц, Национальное руководство по передовой практике для твердых биологических веществ http://www.wef.org/Biosolids/page.aspx?id=7767
- ^ Jump up to: а б с д и ж г NCD Separation Solutions Ltd (2005). Центрифуга: оценка, тестирование и оптимизация. Filtration & Separation Science Direct, Том 42, Выпуск 6, стр. 22-24
- ^ Стикленд, AD (2005). Разделение твердой и жидкой фаз в водоподготовке и водоподготовке. Университет Мельбурна, Австралия
- ^ Система очистки промышленных сточных вод (2009). Проектирование и технология новейших технологий очистки сточных вод. http://www.wastewatersystem.net/2009/11/solid-bowl-centrifuge-for-sludge.html (по состоянию на 12 октября 2013 г.)