Вивчення конструкції обладнання для відстоювання та осадження

Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України

Д/З Луганський національний університет імені Тараса Шевченка

 

 

 

 

Кафедра харчових технологій

 

 

 

РЕФЕРАТ

З дисципліни «Процеси та апарати харчових виробництв»

На тему: «Вивчення конструкції обладнання для відстоювання та осадження»

 

 

 

 

 

 

                                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

Луганськ-2012

Отстаивание

Отстаивание  – это  частный случай разделения неоднородных жид-

ких или газообразных систем в результате выделения твердых  или жид-

ких частиц под действием  гравитационного поля.

Осаждение применяется для  грубого разделения суспензий, эмуль-

сий и пыли. Этот способ разделения характеризуется низкой скоростью 

процесса. Осаждением не удается  полностью разделить неоднородную

смесь на дисперсную и дисперсионную  фазы.

Рассмотрим процесс отстаивания  неоднородной системы, при кото-

ром наблюдается постепенное  увеличение концентрации частиц в аппара-

те по направлению сверху вниз. Осаждение протекает в несколько  стадий.

При этом в аппарате образуются четыре зоны: зона 1 – слой осадка; зона 2

– сгущенная суспензия; зона 3  – свободного осаждения; зона 4  – освет-

ленная жидкость.

 

 

 

Схема процесса отстаивания:

1 – слой осадка (шлама);

2 – зона сгущения суспензии;

3 – зона свободного осаждения;

4  – осветленная жидкость

В зоне сгущенной суспензии  проходит стесненное осаждение частиц,  сопровождающееся трением и взаимными  столкновениями. При этом мелкие частицы  тормозят движение более крупных. 

В начале отстаивания осаждаются преимущественно крупные частицы, вызывающие наиболее интенсивное обратное движение жидкости. Однако по мере уменьшения концентрации этих частиц  тормозящее влияние обратного тока жидкости ослабевает и скорость отстаивания  возрастает до момента установления  динамического равновесия между  действующей силой  и силой  сопротивления жидкости.

 

 

 

 

 

Сила свободного

осаждения

 

В последующий период времени совместное осаждение частиц происходит с постоянной скоростью. На завершающей стадии процесса происходит уплотнение осадка, т.е. частицы располагаются близко друг к другу и вытеснение жидкости становится затруднительным. При этом процесс отстаивания протекает с уменьшающейся скоростью. 

Рассмотрим движение частицы под действием гравитационной силы в вязкой среде. На частицу будут действовать сила тяжести GТ,  направленная вертикально вниз, подъемная сила GА и сила сопротивления среды движущемуся в ней телу R.

Сила тяжести   

                                            

 

Согласно з

 

Согласно закону Архимеда, подъемная сила

                                      

 

                                                                                                       

 

 

 

Среда, в которой перемещается частица,  оказывает сопротивление R, которое будет зависеть от вязкости жидкости , ее плотности , площади сечения частицы F, нормальной  направлению движения частицы, и формы частицы.

В общем случае сила сопротивления среды движущемуся в ней телу или при обтекании средой неподвижного тела может быть выражена уравнением закона сопротивления:

                                                                                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Осаждение в поле центробежных сил 

Процесс разделения гетерогенных систем можно существенно интенсифицировать, проводя процесс под действием центробежных сил.

Для создания поля центробежных сил обычно используют два технических  приема: первый обеспечивает вращательное движение потока в неподвижном аппарате,   при втором  – поток направляют во вращающийся аппарат, где он начинает вращаться вместе с аппаратом. В  первом случае процесс проводят в циклоне и называют циклонным; во втором – в отстойных (осадительных) центрифугах, а процесс называют отстойным (осадительным) центрифугированием. Если в отстойной центрифу-ге обрабатывается малоконцентрированная  суспензия, причем задачей обработки является полное удаление частиц дисперсной фазы из жидко-сти, т.е. осветление последней (очистка машинных масел от тонких взвесей), то такая центрифуга называется осветляющей, а процесс центрифугирования центробежным осветлением. 

К отстойным центрифугам  относятся тарелочные сепараторы, с  помощью которых производится сепарирование  эмульсий и осветление тонких суспензий. 

Основным рабочим органом  центрифуги является вращающийся барабан. Барабаны отстойных центрифуг должны быть  со  сплошными тарелками, чтобы задерживать на  их поверхности  частицы дисперсной фазы. Интенсивность  центрифугирования  характеризуется  фактором разделения. Все центрифуги  по величине фактора разделения разделяют  условно на две группы: нормальные – с фактором разделения Фр<3000 и сверхцентрифуги, у которых  Фр>3000.

При центробежном отстаивании  действующим ускорением является центробежное 

                            

Скорость осаждения при  ламинарном режиме находим из выражения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оборудование  для отстаивания и осаждения 

Оборудование для отстаивания  и осаждения по принципу действия делится на гравитационные отстойники, отстойные центрифуги, гидроциклоны и сепараторы.

Различают аппараты периодического, непрерывного и полунепрерывного действия, причем непрерывно действующие отстойники  делятся на одноярусные, двухъярусные и многоярусные.   Периодически действующие отстойники представляют собой низкие емкости без перемешивающих устройств. Такой отстойник заполняется суспензией, которая остается в состоянии покоя в течение определенного времени, необходимого для оседания твердых частиц на дно аппарата. По-сле этого слой осветленной жидкости сливают через сифонную трубку, расположенную выше уровня осевшего осадка. Последний, обычно представляющий собой подвижную текучую густую жидкую массу, выгружают вручную через верх аппарата или удаляют через нижний кран.

Размеры и форма аппаратов  периодического действия зависят от концентрации диспергированной фазы и размеров ее частиц. Чем крупнее частицы и чем больше их плотность, тем меньший диаметр имеет аппарат. Скорость отстаивания зависит от температуры, с изменением которой изменяется вязкость жидкости, причем скорость осаждения обратно пропорциональна вязкости, а последняя уменьшается с увеличением температуры.

Для отстаивания небольших  количеств жидкости применяют отстойники в виде цилиндрических вертикально установленных резервуаров с коническим днищем, имеющим кран или люк для разгрузки осадка и несколько кранов для слива жидкости, установленных на корпусе на разной высоте.

Отстаивание применяется  для разделения пылей, суспензий и эмульсий. Этот процесс не обеспечивает извлечения тонкодисперсных частиц и характеризуется небольшой скоростью осаждения, поэтому он используется преимущественно для частичного разделения неоднородных систем.

В случае разделения разбавленных суспензий производится осаждение твердых частиц с целью сгущения твердой фазы или осветления жидкости. Причем твердую фазу из суспензии можно выделять без разделения частиц по размерам  (собственно отстаивание) или разделять на несколько фракций по скорости осаждения (классификация).

Лимитирующий работу отстойника слой характеризуется минимальной скоростью прохождения через него осаждающихся твердых частиц.

В случае сгущения суспензии  наблюдают два режима:

– свободное осаждение;

– стесненное осаждение.

При свободном осаждении  концентрация твердой фазы одинакова  по

всей высоте зоны осаждения, и только у дна аппарата, на границе  с уплотняющимся осадком, наблюдается  скачкообразное увеличение концентрации.

Стесненное, или так называемое консолидированное осаждение, характеризуется переменной концентрацией твердой фазы в зоне осаждения с плавным увеличением у дна аппарата до концентрации зоны уплотнения.

Отстойники для сгущения суспензий  называются сгустителями, а для классификации твердых  частиц на фракции – классификаторами. 

 

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой

В резервуаре установлена  мешалка  3, снабженная гребками, которые непрерывно перемещают осадок к центральному разгрузочному отверстию и одновременно слегка взбалтывают осадок, способствуя его обезвоживанию. Частота вращения мешалки незначительна (от 0,00025 до 0,0083 с- 1), поэтому процесс осаждения не нарушается. 

 

 

 

 

 

 

 

Отстойники с гребковой  мешалкой обеспечивают однородность осадка, позволяют обезводить его до концентрации твердой фазы 35…55%. К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость.

 

 

 

 

 

 

 

Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками 

Устройство перегородок  увеличивает продолжительность пребывания суспензии и площадь поверхности отстаивания

Схема отстойника полунепрерывного действия с 

наклонными перегородками:

1  –  штуцер для  ввода 

исходной суспензии;

2  – корпус; 3  –перегородки;

4 – бункеры для осадка;

5 – штуцер для отвода  осветленной жидкости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отстойник непрерывного действия с коническими полками 

Помимо большой поверхности осаждения, к достоинствам отстойников этого типа относятся отсутствие движущихся частей  и простота обслуживания. Однако влажность шлама в них больше, чем в отстойниках с гребковой мешалкой.

                                                           

 

      

                                                               Схема отстойника непрерывного

                                                              действия с коническими полками

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий

                                                                                                                                   

 

 

 

 

 

Перфорированная перегородка  2 предотвращает возмущение жидкости в отстойнике струей эмульсии, поступающей в аппарат. Поперечное сечение отстойника выбирают таким, чтобы скорость течения жидкости в корпусе аппарата не превышала нескольких миллиметров в секунду и режим течения был ламинарным, что предупреждает смешение фаз и улучшает процесс отстаивания.

Отстойники обладают следующими достоинствами: в них достигается равномерная плотность осадка, имеется возможность регулировать ее изменяя производительность, обеспечивается более эффективное обезвоживание осадка вследствие легкого взбалтывания его мешалкой.

Работа таких отстойников  может быть полностью автоматизирована.

К недостаткам этих аппаратов  следует отнести их громоздкость. В промышленности наибольшее распространение получили многоярусные отстойники непрерывного действия.

 

 

 

Расчет отстойников