Толкательная центрифуга

Толкательная центрифуга — это тип метода фильтрации , который обеспечивает непрерывную работу для обезвоживания и промывки материалов, таких как относительно несжимаемые твердые вещества, свободно дренируемые кристаллические вещества , полимеры и волокнистые вещества. с постоянной скоростью Он состоит из ротора и прикреплен к одной из нескольких корзин. В этом узле применяется центробежная сила , которая создается механически для меньших агрегатов и гидравлически для более крупных агрегатов, чтобы обеспечить разделение.

Толкательные центрифуги могут использоваться для различных целей. Обычно они использовались в неорганической промышленности, а затем широко в химической промышленности, такой как органические промежуточные продукты, пластмассы, пищевая промышленность и ракетное топливо .

Суспензийный корм поступает в процесс для предварительного ускорения и распределения. Последующие процессы включают основную фильтрацию и промежуточное обезвоживание, после чего собирается основной фильтрат. Промывочная жидкость поступает на этап промывки, после чего следует окончательное обезвоживание. Промывной фильтрат экстрагируют на этих двух стадиях. Последний этап включает выгрузку твердых частиц, которые затем собираются в качестве готового продукта. Эти этапы процесса происходят одновременно в разных частях центрифуги .

Он получил широкое распространение благодаря простоте модификации, например, для создания газонепроницаемых и взрывозащищенных конфигураций.

Приложения

Толкательные центрифуги в основном используются в химической, фармацевтической, пищевой (в основном для производства хлорида натрия в виде поваренной соли ) и горнодобывающей промышленности. В двадцатом веке толкательная центрифуга использовалась для сушки сравнительно крупных кристаллов и твердых веществ. ^{[ 1 ]}

Хотя толкатели обычно используются для неорганических продуктов, они появляются и в химической промышленности, например, в производстве органических промежуточных продуктов, пластмасс, пищевой промышленности и ракетного топлива. К органическим промежуточным продуктам относятся параксилол , адипиновая кислота , капролактам щавелевой кислоты, нитроцеллюлоза , карбоксиметилцеллюлоза и др.

В пищевой промышленности толкающее центрифугирование используется для производства глутамата натрия, соли, лизина и сахарина. ^{[ 2 ]}

Толкательное центрифугирование также используется в промышленности пластмасс, способствуя производству таких продуктов, как ПВХ , полиэтилен и полипропилен , а также ряд других смол .

Отдельные продукты

Кальцинированная сода — размер частиц обычно превышает 150 мкм . Подаваемая суспензия обычно содержит 50% твердых веществ по массе, а выгруженный осадок имеет влажность около 4%.
Бикарбонат натрия. Сырье обычно содержит более 40% твердых веществ по массе и кристаллы, размер частиц обычно превышает 45 мкм. В производстве жмыха обычно содержится только 5% воды. Чтобы добиться столь высокой эффективности сушки, необходимы модификации устройства.
Параксилол подается в виде замороженной суспензии с размером частиц от 100 до 400 мкм. Чистота 99,9% достигается при использовании одноступенчатой конструкции с длинной корзиной. Необходимо принять меры и принять меры, чтобы избежать загрязнения пара-ксилола и масла. Манжетные уплотнения и скребки штока используются на уплотнении вала для предотвращения перекрестного загрязнения. Корм очищается с помощью воронки. Вентиляционные отверстия, встроенные в технологический корпус, обеспечивают беспрепятственное движение газов, предотвращая загрязнение.
Адипиновая кислота — подвергается повторяющемуся процессу кристаллизации, центрифугированию и переплавке для достижения необходимой чистоты. Кристаллы адипиновой кислоты обычно имеют размер более 150 мкм. содержание азотной кислоты снижается с 30% в сырье до 15 ppm в получаемом кеке. Отделение азотной кислоты от адипиновой кислоты необходимо для дальнейшей обработки.
Удаление волокон из семян хлопка. Семена хлопка содержат волокна, которые растут и образуют клубок ворса . Его отделяют с помощью серной кислоты , где ворс можно использовать для производства хлопкового волокна. Добавление серной кислоты приводит к тому, что ворс становится хрупким, что обеспечивает эффективное удаление ворса в последующем процессе галтовки.

Преимущества и ограничения

Преимущества

Толкатели обеспечивают более высокую производительность обработки, чем центрифуги периодического действия, такие как вертикальная корзина и инвертирующий фильтр.
Обеспечивает лучшие моющие характеристики среди всех центрифуг непрерывного действия благодаря контролю времени удерживания и однородности слоя осадка.
Бережное обращение делает толкатели более подходящими для хрупких кристаллов.

Ограничения

Толкачам требуется постоянный поток корма из-за их непрерывного характера.
Хотя могут быть предпочтительными высокие мощности, это может привести к более длительному времени пребывания.
Типичные размеры частиц должны составлять не менее 150 мкм и в среднем 200 мкм.
Высоковязкое сырье снижает производительность.
Толкатели имеют ограниченную способность фильтрации жидкости и требуют быстро дренируемых материалов, так как за время одного хода они должны образовывать осадок.

Дизайны

Конструкции толкательных центрифуг следующие:

Толкатели поставляются с механическим и/или гидравлическим приводом. Скорость может варьироваться.

Одноступенчатый

Одноступенчатые агрегаты могут быть цилиндрическими или цилиндрическими/коническими с одной длинной корзиной и ситом.

Может максимизировать объем твердых частиц
Полученный осадок может разрезаться или деформироваться из-за нестабильной работы сита большей длины.
Производительность может быть немного меньше, чем у многоступенчатых агрегатов.
Меньшие мелкие потери за счет малого контакта частиц с щелевым ситом и отсутствия переориентации кристаллов между ступенями.
Используется для достижения стабильности при работе на низкой скорости.

Многоступенчатый

Многоступенчатые (двух-, трех- или четырехступенчатые исполнения): цилиндрические и цилиндрическо-конические.

Наиболее распространенный
Большая гибкость благодаря более высокой производительности фильтрации.
Переориентация может усилить эффект промывки на последней части первой ступени и при переходе на вторую ступень.

Три/четыре этапа

Используется для самых больших размеров с длинными корзинами.
Рекомендуется для материалов с высокими коэффициентами трения, низкой внутренней прочностью на сдвиг или высокой сжимаемостью, например, при обработке АБС-пластика с высоким содержанием резины.
Меньшая емкость влияет на производительность из-за соответственно тонкой корки и короткого времени удерживания.

Цилиндрический/конический

Конструкция распределителя корма: коническая/цилиндрическая или пластинчатая.

Опционально применяется для одно- и двухступенчатых конструкций.
Цилиндрическая секция подачи в сочетании с наклонной конструкцией к разгрузочному концу
Осевая составляющая силы в коническом конце способствует транспортировке твердых частиц.
Более низкие производственные затраты по сравнению с корзинами.

Характеристики процесса

Важными параметрами являются площадь сита, уровень ускорения в зоне конечного дренажа и толщина корки. Фильтрация осадка влияет на время пребывания и объемную производительность. Нахождение на сите регулируется длиной и диаметром сита, толщиной кека, а также частотой и длиной хода кека. ^{[ 3 ]}

Кормить

Толкатели используют слой осадка в качестве фильтра, поэтому в корме обычно содержится высокая концентрация твердых веществ, содержащих быстро дренируемые кристаллические, гранулированные или волокнистые твердые вещества. Концентрация твердого вещества колеблется в пределах 25-65% масс. ^{[ 2 ]} Средний размер частиц, пригодных для толкателей, должен составлять не менее 150 мкм. Производительность зависит от диаметра корзины и колеблется от 1 до 120 тонн/час. ^{[ 4 ]}

Операции

Пирог находится под действием центробежной силы. По мере продвижения в корзине он становится суше и выгружается из толкающей корзины в корпус для выгрузки твердых частиц (работа толкающей центрифуги). Длина хода варьируется от 30 до 80 мм, а частота хода составляет от 45 до 90 ходов/мин. ^{[ 4 ]}

Эффективность толкания определяется как расстояние движения вперед кольца торта, деленное на длину хода. Эффективность толкания является функцией объемной загрузки твердого материала, что приводит к самокомпенсирующемуся управлению различными скоростями. В зависимости от свойств кека достигается эффективность проталкивания до 90%. ^{[ 4 ]} dQ3ET42T

Скорость фильтрации

Уравнение для скорости фильтрации Q: ^{[ 4 ]}

(1)

Q=(\pi b\rho K\Omega ^{2}(r_{b}^{2}-r_{p}^{2}))/(\mu [r_{b}/r_{p}])+(KR_{m})/r_{b})

(2)

\alpha K\rho _{s}=1

Где $\mu$ и $\rho$ – вязкость и плотность жидкости соответственно. $\Omega$ угловая скорость, $K$ – средняя проницаемость корки, которая связана с уравнением (2), $r_{p},r_{c}$ , и $r_{b}$ – радиус поверхности жидкости, поверхности корки и фильтрующей среды, прилегающей к перфорированной чаше, соответственно, $R_{m}$ - комбинированное сопротивление, $\alpha$ удельное сопротивление и $\rho s$ - плотность твердого тела.

Числитель описывает движущую силу толкателя, которая возникает из-за разницы гидростатического давления на стенке и поверхности жидкости. Знаменатель описывает сопротивление слоя корки и фильтрующего материала.

Переменные процесса

Производительность зависит от многих параметров, включая размер частиц, вязкость, концентрацию твердых веществ и качество кека. ^{[ 2 ]}

Размер частиц/пористость

Для создания коркового слоя размер частиц должен быть настолько большим, насколько это практически возможно. Больший размер частиц увеличивает пористость слоя осадка и позволяет проходить через него питательной жидкости. Форма частиц не менее важна, поскольку она определяет площадь поверхности на единицу массы. По мере его уменьшения остается меньшая площадь поверхности для связывания влаги, что обеспечивает более сухой пирог. ^{[ 2 ]}

Вязкость

Скорость фильтрации является функцией вязкости питательной жидкости. Из уравнения (1) зависимость скорости фильтрации обратно пропорциональна вязкости. Увеличение вязкости означает добавление сопротивления потоку жидкости, что усложняет отделение жидкости от суспензии. Следовательно, пропускная способность толкателя снижается. ^{[ 2 ]}^{[ 4 ]}

Твердая концентрация

В большинстве случаев пропускная способность/гидравлическая мощность по твердым частицам не является ограничивающим фактором. Обычным ограничением является скорость фильтрации. Следовательно, можно перерабатывать больше твердых частиц за счет увеличения концентрации исходной суспензии.

Качество торта

Качество кека определяется чистотой и количеством летучих веществ.

Чистота

Промывную жидкость вводят в осадок для вытеснения маточного раствора вместе с примесями. ^{[ 2 ]} Коэффициент промывки осадка обычно составляет от 0,1 до 0,3 кг промывной жидкости/кг твердых веществ, что вытесняет по меньшей мере 95% подаваемой жидкости и примесей в течение обычного времени пребывания в зоне промывки. ^{[ 4 ]}

Летучее вещество

Количество летучих веществ, присутствующих в выпуске, является функцией центробежной силы (G) и времени пребывания под этой силой. Сепарация увеличивается с увеличением G и, следовательно, способствует скорости фильтрации, как показано в уравнении (3). ^{[ 4 ]}

G=(\Omega ^{2})r/g

где $G$ центробежная сила, $\Omega$ угловая скорость, $r$ - радиус корзины, а $g$ это гравитационная сила.

Связав уравнение 3 с уравнением 1, можно увидеть, что взаимосвязь центробежной силы пропорциональна скорости фильтрации. Поскольку толкатели часто имеют дело с хрупкими кристаллами, движение пластины толкателя и ускорение в питающей воронке имеют значение, поскольку они могут разбить часть частиц. ^{[ 4 ]} Помимо перемещения пластины, G может вызвать разрушение и уплотнение, а также увеличение количества летучих веществ в кеке. Мягкое движение кека в одноступенчатых конструкциях с длинными корзинами с низким ускорением приводит к низкому истиранию частиц. По мере прохождения большего количества твердых частиц время пребывания уменьшается, что увеличивает количество летучих веществ в выгрузном кеке. ^{[ 2 ]}

Эвристика проектирования процессов

Эвристика проектирования толкательной центрифуги учитывает размер оборудования, последовательность операций и структуру рециркуляции.

Процесс проектирования

Общий подход: ^{[ 4 ]}

Определите проблему
Опишите условия процесса
Сделайте предварительный выбор
Разработать тестовую программу
Тестовые образцы партий
При необходимости отрегулируйте условия процесса
Проконсультируйтесь с производителями оборудования
Сделайте окончательный выбор и получите котировки

Определение размеров оборудования

Переменные, учитываемые при выборе оборудования:

Скорость подачи
Концентрация корма
Толщина торта
Объемная плотность
Длинные и короткие корзины
Одно- и двухступенчатые корзины.
Индивидуальный привод ротора и гидросистемы
Легкий доступ для обслуживания
Потребление энергии
Предыдущие приложения

Выбор оборудования

Выбор оборудования основан на результатах испытаний, результатах аналогичных процессов и опыте и учитывается с точки зрения:

Стоимость, качество и производительность
Финансовое моделирование

Оптимизация производительности

Для конических и цилиндрических конструкций и сборок угол наклона конуса не должен превышать угол корки трения скольжения. В противном случае это приведет к высокой вибрации и снижению производительности. ^{[ 4 ]}

Чтобы оптимизировать производительность и производительность, желательно предварительно концентрировать подаваемую суспензию, насколько это возможно. Некоторые конструкции имеют короткую коническую секцию на подающем конце для сгущения внутри установки, но обычно предпочтительнее сгущать перед подачей в центрифугу с помощью гравитационных отстойников, гидроциклонов или наклонных сит, производящих более высокую концентрацию твердых частиц.

Объемную производительность для многоступенчатых конструкций можно увеличить за счет увеличения высоты принудительной корки, сохраняя при этом приемлемую эффективность проталкивания.

Выбор дизайна

Выбор конструкции обычно осуществляется путем масштабирования результатов лабораторных испытаний. Анализ данных испытаний следует рационализировать при подготовке к масштабированию оборудования. Программное обеспечение для автоматизированного проектирования может помочь в проектировании и масштабировании. Затем следует пилотное тестирование и внедрение. ^{[ 5 ]}

Напрасно тратить

Производство

Большая часть жидкости, содержащейся в смеси, вытягивается на ранней стадии, в зоне подачи щелевого сита. Он выгружается в корпус фильтрата. После образования твердых кеков основным побочным продуктом является вода, которую можно использовать во всех видах промышленного использования. Фильтрационные осадки промывают с помощью насадок или мусорных корзин.

Пост-обработка

Процессы последующей обработки зависят от специфики потока отходов и разнообразны. ^{[ 6 ]}

Более поздние проекты

Достижения в области дизайна повысили производительность и расширили диапазон применения. К ним относятся дополнительные ступени, задержка нажима, горизонтальный разъемный технологический корпус, встроенная гидравлика, уплотнения, воронки с предварительным дренажем и встроенная функция сгущения.

Этапы

B&P Process Equipment and Systems (B&P) производит крупнейшую одноступенчатую центрифугу с толкателем, которая, по их утверждению, превосходит многоступенчатые конструкции. ^{[ 7 ]} Они утверждали, что дополнительные примеси попадают в жидкостный корпус из-за дополнительных частиц, падающих на каждой ступени. Эту проблему можно решить, используя более короткую внутреннюю корзину с меньшим диаметром между толкающими пластинами и корзиной и обеспечивая возможность движения толкателя между толкательной пластиной и корзиной, а также между внутренней корзиной и внешней корзиной. По сравнению с одноступенчатыми толкателями, которые перемещают толкатель только между пластиной толкателя и корзиной, преимущества многоступенчатых центрифуг заключаются в том, что уменьшается высота осадка, снижается сопротивление фильтрации и требуется меньшее усилие.

Нажмите нерешительность

Нерешительность при толкании удерживает пластину толкателя в обратном ходе, позволяя пирогу нарастать на себя. Осадок действует как фильтрующий материал, способный улавливать даже более мелкие твердые частицы. Это уменьшает потери твердых частиц, проходящих через пазы клина. Хотя эта модификация снижает производительность, она помогла повысить эффективность улавливания твердых частиц и сделать толкающие центрифуги применимыми для более мелких частиц. ^{[ 2 ]}

Горизонтальный разъемный технологический корпус

Это позволяет снять вращающийся узел, не разбирая корзину и толкающую центрифугу с узла вала.

Интегральная гидравлика

Автоматизированный механизм позволяет системе работать независимо.

Уплотнения

Уплотнения вала исключают возможность перекрестного загрязнения между гидравлическими и технологическими концами. Опции включают центробежное жидкостное кольцевое уплотнение и бесконтактное инертным газом с продувкой лабиринтное уплотнение , исключающее утечки.

Предварительно дренированная воронка

Предварительно дренированная воронка удаляет часть питательной жидкости через поверхность прокола. Эта функция помогает концентрировать подачу, что особенно важно для применений с ограниченным дренажем. Однако воронку нельзя промывать обратной стороной, поэтому эта функция доступна только для кристаллов, которые не склонны к обратной кристаллизации.

Интегрированное утолщение

Интеграция функции сгущения позволяет загружать толкатель смесью с содержанием твердого вещества всего 30-35%. Это также снижает затраты на процесс разделения твердой и жидкой фаз на целых 20%. ^{[ 8 ]}

Ссылки

Библиография

Грин, Дон В.; Перри, Роберт Х. (2008). Справочник Перри по химической инженерии (8-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу Хилл. стр. 1056–1065. .
Технологии, ФП (2008). «FX Pusher: Толкающие центрифуги» . Проверено 14 октября 2013 г. .
Дубал, Гитеш (май 2000 г.). «Толкательная центрифуга: работа, применение и преимущества». Фильтрация и разделение . 37 (4): 24–27. дои : 10.1016/S0015-1882(00)88849-7 . ISSN 0015-1882 . .
ООО, Ф. «Толкательные центрифуги для базовой, сельскохозяйственной и нефтехимической промышленности» (PDF) . Проверено 20 декабря 2013 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь ) .
Шмидт, Питер (декабрь 2010 г.). «Фильтрационные центрифуги: обзор» . Химическая инженерия . 117 (13). Нью-Йорк: Access Intelligence LLC: 34–38. ISSN 0009-2460 . .
Рутвен, DM (1997). Энциклопедия технологии разделения . Том. 1. Уайли. ISBN 9780471161240 . .
Уэйкман, Р.Дж.; Тарлтон, ЕС (1993). «Компьютерный выбор оборудования для разделения твердых веществ и жидкостей» (PDF) . Технологические достижения в области технологий фильтрации и сепарации . 7 . Чикаго: 530–543. .
«Самая большая в мире одноступенчатая центрифуга с толкателем». Фильтрация и разделение . 34 (10): 1002. Декабрь 1997 г. doi : 10.1016/S0015-1882(97)90167-1 . ISSN 0015-1882 . .
«Инновация толкательной центрифуги для разделения химических веществ». Фильтрация и разделение . 40 (6): 38–39. Июль – август 2003 г. doi : 10.1016/S0015-1882(03)00634-7 . ISSN 0015-1882 . .

[1] Технологии 2008 г.

[Dubal-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Dubal 2008

[3] Шмидт 2010 , стр. 34–38.

[Perry-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ( Грин и Перри, 2008 , стр. 1056–1065)

[5] ( Уэйкман и Тарлтон 1993 , стр. 530–543)

[6] Ошибка Rotofilt

[7] Фильтрация и разделение 1997.

[8] Filtration & Separation 2003 , стр. 38–39.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]