Сепараторы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий: они обеспечивают эффективное отделение дрожжей от сброженной бражки, тонкое осветление виноматериалов, обезжиривание молока и др.
Тарельчатый дрожжевой сепаратор с внутренними соплами (рис. 7.9) состоит из барабана и пакета тарелок, заключенных в корпус, который смонтирован на общей раме с электродвигателем.
Рис. 7.9. Дрожжевой сепаратор:
а — общий вид; б — схема работы тарелок; / — корпус; 2 — внутреннее сопло; 3 — привод; 4 — рама; 5 — сменная втулка рабочего вала; 6 — регулируемая напорная труба; 7 — клапан системы безразборной мойки; Н — пакет тарелок
В саморазгружающийся сепаратор (рис. 7.10), который предназначен для разделения суспензий, содержащих более 1% твердых частиц, суспензия подается в барабан сверху через центральную впускную трубку и распределяется по периферии с помощью распределительного конуса. Твердые частицы как более тяжелая фаза направляются к стенке барабана. Жидкость выходит из барабана в его верхней части после прохождения через дисковую насадку и встроенный насос с напорным диском. Осадок
|
|
выгружается из барабана сепаратора через определенные интервалы времени без остановки сепаратора. Выгрузка осадка достигается за счет того, что внутреннее дно барабана может свободно перемещаться по вертикали. Во время сепарирования дно под действием гидравлического давления уплотняющей жидкости прижимается к верхней части барабана, обеспечивая надежную герметизацию. Через определенные интервалы времени автоматически по заданной программе резко снижают давление уплотняющей жидкости, что вызывает перемещение дна барабана вниз. При этом открывается кольцевая щель, через которую под действием центробежной силы выгружаются твердые частицы.
Повышение и понижение гидравлического давления осуществляются посредством «импульсов» рабочей жидкости, подаваемой снаружи в систему, приводящую в действие барабан. Эти импульсы и последующие выгрузки твердых частиц (известны под названием «выстрелов») регулируются устройством для выгрузки, приводимым в действие датчиком времени или самозащелкивающимся устройством, срабатывающим, как только твердые частицы достигают определенного уровня в пространстве, где они удерживаются.
Выгрузка твердых частиц может быть частичной, полной или комбинированной.
Сопловые сепараторы с непрерывным удалением осадка применяют для разделения суспензий, содержащих от 6 до 30 % твердых частиц. Центробежная сила, развиваемая в таких сепараторах, в 6000...9000 раз больше силы тяжести. Производительность достигает 150 м3/ч.
|
|
Сепараторы высокопроизводительны, компактны, герметичны, изготовляются из антикоррозийных материалов, просты в обслуживании (сборка, разборка и периодическая промывка сепараторов производятся с помощью специальных устройств и моющих машин), не требуют значительных затрат ручного труда, могут работать по заданной программе. Недостаток аппаратов — высокая стоимость.Разновидностью соплового сепаратора является бактофуга 7.11), которая представляет собой герметичный высокоскоростной сопловой сепаратор, выполненный в виде осветлителя и снабженный рубашкой, для охлаждения, а также циклоном для деаэрации концентрата.
Преимущества бактофуги — высокий фактор разделения (это позволяет разделять суспензии, содержащие очень мелкие частицы).
41. ОДНОКРАТНОЕ ВЫПАРИВАНИЕ проводят в установке, показанной на рис. 15.1. Такие установки применяют в малотоннажных производствах. Однократное выпаривание можно проводить непрерывно или периодически. Образующийся при выпаривании вторичный пар в этих установках не используется, а конденсируется в конденсаторе.
Основные аппараты установки — выпарной аппарат, подогреватель, барометрический конденсатор и насосы.
Выпарной аппарат состоит из верхней части — сепаратора и нижней — греющей камеры, которая представляет собой кожухо-трубный теплообменник. В трубном пространстве находится кипящий раствор, а в межтрубное подается греющий пар. В сепараторе с отбойниками капельки отделяются от вторичного пара, которые затем конденсируются. Конденсат вместе с охлаждающей водой удаляется через барометрическую трубу в колодец. Концентрированный раствор с заданной концентрацией хк непрерывно откачивается из нижней части выпарного аппарата в хранилище готового продукта.
Материальный баланс однократного выпаривания (рис. 15.2) выражается двумя уравнениями:
по всему веществу
GH=GK+W (15.3)
и по растворенному твердому веществу
где — массовые расходы соответственно поступающего раствора и упаренного
раствора, кг/ч; W — количество выпариваемой воды, кг/ч; хи и хк — соответственно начальная и конечная концентрации раствора, мас. %.
Из сопоставления уравнений (15.3) и (15.4) найдем количество выпаренной воды при изменении концентрации раствора от хн до хк или конечную концентрацию раствора, если количество выпаренной воды задано технологическим регламентом:
Тепловой баланс однократного выпаривания согласно схеме тепловых потоков, показанных на рис. 15.2, выразится уравнением
Рис. 15.2. К составлению материального и теплового балансов однократного выпаривания
43. МНОГОКРАТНОЕ ВЫПАРИВАНИЕ проводят в ряде последовательно установленных выпарных аппаратов. Такие установки называют многокорпусными. С целью экономии греющего пара в выпарных установках многократного выпаривания в качестве греющего пара во всех корпусах, кроме первого, используется пар из предыдущего корпуса.
Многократное выпаривание можно осуществить при использовании греющего пара высокого давления либо при применении вакуума в выпарной установке.
Многокорпусные выпарные установки делятся по взаимному направлению движения греющего пара и выпариваемого раствора на прямоточные, противоточные и комбинированные.
На рис. 15.3 показана схема прямоточной многокорпусной выпарной установки. Исходный раствор в количестве GH кг/ч с концентрацией хн мае. % из хранилища насосом подается в теплообменник, где подогревается до температуры кипения (на схеме не показаны), и поступает на выпаривание в первый корпус, в котором концентрируется до заданной концентрации хк1. При этом из первого аппарата удаляется Wl кг/ч вторичного пара. Далее раствор поступает в последующие корпуса установки, где концентрируется во втором корпусе до концентрации хк2, в третьем — до хк3 и так до конечной заданной концентрации. Соответственно из корпусов удаляется вторичного пара W2, W3,..., Wn кг/ч, где п — число корпусов. Из последнего корпуса вторичный пар поступает в барометрический конденсатор.
|
|
Как видно из схемы, выпариваемый раствор и вторичный пар движутся в одном направлении.
Преимуществом прямоточной схемы является то, что раствор самотеком перетекает из корпуса с более высоким давлением в корпус с меньшим давлением.
Недостатком прямоточных установок является более низкий средний коэффициент теплопередачи, чем в противоточных установках.
В первом корпусе слабый раствор получает теплоту от греющего пара наиболее высоких рабочих параметров, а в последнем корпусе концентрированный раствор выпаривается вторичным паром наиболее низкого давления. С увеличением концентрации раствора и падением давления от корпуса к корпусу уменьшаются коэффициенты теплопередачи, в результате чего снижается общий коэффициент теплопередачи.
Схема противоточной выпарной установки показана на рис. 15.4. Греющий пар из котельной поступает, как и в предыдущем случае, только в первый корпус, а вторичные пары обогревают все последующие корпуса. Выпариваемый раствор вводится в последний корпус и перемещается противотоком вторичному пару к первому корпусу. Вследствие того что давление от четвертого корпуса к первому постепенно возрастает, для перекачки раствора устанавливают центробежные насосы.
Противоточные установки используют в основном для выпаривания растворов, вязкость которых резко возрастает с увеличением концентрации, а также если возможно выпадение твердого вещества из раствора в последнем корпусе.
Ряд выпарных установок работает с отбором части вторичного пара для обогрева других технологических аппаратов, отопления цехов, теплиц, бань и т. д. Эта часть вторичного пара называется экстрапаром.
|
|
Количество выпаренной воды в многокорпусной выпарной установке (МВУ) при заданных начальной хи и конечной хк концентрациях находят по уравнению (15.5), конечную концентрацию на выходе из каждого корпуса — по уравнению
где — количество воды, выпаренное в данном и предыдущих корпусах; п — число корпусов.
Очевидно, что общее количество выпаренной воды
45. ВЫПАРИВАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕПЛОВОГО НАСОСА основано на использовании вторичного пара в качестве греющего в том же выпарном аппарате. Для этого температура вторичного пара должна быть повышена до температуры греющего пара. Повышение температуры вторичного пара достигается сжатием его в компрессоре или паровом инжекторе. В качестве компрессора обычно используется турбокомпрессор (рис. 15.6). Вторичный пар давлением рвт и энтальпией i, выходящий из выпарного аппарата, засасывается в турбокомпрессор, в котором сжимается до давления pv Энтальпия при этом возрастает до i сж. Таким образом, за счет сжатия пар приобретает теплоту Δi=iсж—i. Сжатый пар поступает из турбокомпрессора в греющую камеру выпарного аппарата.
откуда расход греющего пара |
Тепловой баланс процесса
Из сравнения уравнений (15.9) и (15.37) видно, что при выпаривании с использованием теплового насоса расход греющего пара снижается за счет повышения энтальпии вторичного пара на величину
iс ж :
Однако, наряду с экономией греющего пара необходимы затраты электроэнергии на приведение в действие турбокомпрессора. Мощность
Установка удорожается также на стоимость турбокомпрессора.
В установках с паровым инжектором (рис. 15.7) греющий пар из котельной поступает в паровой инжектор. Паровой инжектор представляет собой несложное устройство типа сопла Вентури, при изготовлении которого не требуется значительных затрат металла. В результате создания вакуума в инжектор засасывается из выпарного аппарата вторичный пар давлением рвт и энтальпией i. Каждая массовая единица греющего пара засасывает m массовых единиц вторичного пара. В результате получают греющий пар в количестве D(l+m) с давлением меньшим, чем давление греющего пара, но большим, чем вторичного пара. Часть пара, равная W—mD, сбрасывается с установки на побочные нужды.
Тепловой баланс процесса описывается равенствами
Выпарные установки с инжектором применяют для выпаривания растворов с низкой температурной депрессией и высоким давлением вторичного пара. С уменьшением давления вторичного пара увеличивается адиабатический перепад теплоты при сжатии и соответственно уменьшается коэффициент инжекции. При этом расход греющего пара увеличивается и использование выпарных установок с паровым инжектором становится нерациональным.