Дәріс 18. Тұндырғыштардың түрлері

Дәріс жоспары.

1. Тұндырғыштардың өнімділігің анықтау.

2. Тұнудың материалдық балансы.

Суспензияның қоюланған тұнба қабатына және биіктігі /м/ мөлдірленген сұйық қабатына ажыратылу уақытын есептейік. Егер тұну беті /м²/ болса уақыт бірлігінде алынатын мөлдірленген сұйық көлемін былайша анықтауға болады.

(11.1)
Осы уақыт ішінде жылдамдықпен тұнатын бөлшектер /м/ жолды өту керек. Демек,

(11.2)

(11.3) – теңдеу тұндырғыштың өнімділігі оның биіктігіне байланысты болмай, тұну бетіне және тұну жылдамдығына байланысты екендігін көрсетеді. Сондықтар, тұндырғыштардың биіктігі аз /1,8-4,5 м дейін/, ал тұну беті үлкен болады.

Қажетті тұну бетін (11.3) теңдеуден анықтаймыз.
(м²) (11.4)
Мөлдірленген сұйықтың массалық мөлшері /кг/ G_м, ал тығыздығы болса онда

яғни (11.5)
(9.3)- теңдеудегі G_м мәнін (11.5) формулаға қойсақ:
(11.6)
(11.6) теңдеуін қорытып шығарған кезде тұндырғыштың барлық ауданындағы сұйық қозғылысының біркелкі еместігі есепке алынған жоқ. Сондықтан, аппараттағы сұйықтың құйынды қозғалысы және қозғалыссыз қалатын зоналар болмайды деп қабылданған. Бұл жағдайдың барлығы тұну жылдамдығын азайтады. Осы себепті инженерлік есептеулерде (11.6) теңдеуі арқылы анықталған тұну бетін 30-35% - ке көп етіп алу керек, яғни 1,3?1,35 коэффициенттеріне көбейту керек. Көп қабатты тұндырғыштарды есептегенде жалпы бетті қабаттарға теңдей етіп бөледі.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Мерзімді әрекетті тұндырғыштар. 2. Жартылай үздіксіз әрекетті тұндырғыштар. 3. Олардың қолданылу аймағы? 4. Үздіксіз әрекетті тұндырғыштардың конструкциясы қандай? 5. Олардың кемшіліктері мен артықшылықтары қандай? 7. Тұндыру жылдамдығын қалай анықтауға болады?

Дәріс жоспары.

1. Ортадан тепкіш өрісіндегі сұйық әртекті жүйелерді ажырату.

2. Фруд критерийі.

3. Центрифугалау процесінің жылдамдығын және өнімділігін анықтау. Негізгі технологиялық есептеулер.

Сұйық әртекті жүйелерді ортадан тепкіш күш әсерімен ажыратуды центрифугалау деп атайды. Центрифугалау процесі арнаулы машиналар - центрифугаларда өткізіледі. Центрифугалардың негізгі бөлігі - тік немесе горизонталь білікте үлкен жылдамдықпен айналатын барабан болады. Центрифугалар тұндырғыш және сүзгіш болып бөлінеді.

Тұндырғыш центрифугалардың барабанының қабарығасы тұтас болады (5.22а-сурет). Суспензия немесе эмульция барабанның төменгі жағына беріледі де, қатты бөлшектер немесе үлкен тығыздықты сұйық фаза ортадан тепкіш күш әсерінен барабан қабырғасына қарай ығысады, ал тығыздығы төмен сұйық фаза аппараттын өсіне жақын орналасады. Барабанның қабғасында тұнба қабырғасына қарай ығысады, ал тығыздығы төмен сұйық фаза аппапараттың өсіне жақын орналасады. Барабанның қабырғасында тұнба қабаты пайда болып, ал ажыратылатын сұйық фаза немесе фугат барабанның үстіңгі жағынан шығарылады.

Тұндырғыш центрифуга		Сүзгіш центрифуга

Сүзгіш центрифугалардың барабанының қабырғасы көп тесікті болады (5.22б-сурет). Мұндай барабанның ішкі беті сүзгі матамен қапталады. Ортадан тепкіш күштің әсерінен қатты бөлшектер матаның бетінде ұсталынып қалады, ал сұйық тұнба қабаты және мата арқылы барабанның тесіктерінен сыртқа шығарылады.

Тұндырғыш центрифугалардағы эмульсияларды ажырату – сепарация, ал центрифуга – сепаратор деп аталады.

Тұндырғыш центрифугада суспензияны ажырату – ортадан тепкіш мөлдірлену (суспензияда қатты бөлшектер өте аз болғанда, мысалы, лак және жағар майлар) және ортадан тепкіш тұну (суспензияда қатты бөлшектер көп болғанда, мысалы, көмірдің судағы суспензиясы) болып бөлінеді.

Сүзгіш центрифугаларда суспензияны ортадан тепкіш сүзу деп атайды.

Барабан және оның iшiндегi суспензия (эмульсия) айналғанда болатын ортадан тепкiш күштiң мәнi:

мұнда – барабан және материалдың салмағы, Н; - барабанның шеңберлік жылдамдығы, м/с; - барабанның 1 минуттағы айналу саны; - барабанның iшкi радиусы, м; - еркiн түсу үдеуi, м/с; - деп қабылданған

Центрифуганың ажырату қаблетін сипаттайтын екінші көрсеткіші, оның өнімділігінің индексі болып табылады. Ол ажырату факторы К_а мен барабанның тұну бетінің көбейтіндісіне тең:

Егер фугат барабанның айналмалы жылдамдығымен шығарылса, онда оған жұмсалған қуат төмендегiше анықталады:

мұнда - суспензия мөлшерi, кг/с.

Центрифуга подшипниктерiндегi үйкелiске жұмсалған қуат:

кВт

мұнда – барабан және материалдың жалпы массасы, кг;

Барабанның ауамен үйкелiсiне жұмсалған қуатты төмендегi эмприкалық формуламен есептейдi.

мұнда - ауаның тығыздығы, кг/м³;

- барабанның сыртқы диаметрi, м;

- барабанның айналу жылдамдығы

Жалпы қуат:

(12.7)

1. Сүзгіш центрифугалардағы ортадан тепкіш қысымның анықтамасы қандай? 2. Мерзімді әрекетті центрифуганың өнімділігі қалай анықталады? 3. Өндірісте жұмыс істейтін үздіксіз әрекетті ценртифуганың түрі, жұмыс істеу принципі және өнімділігі қалай анықталады? 4. Үздіксіз әрекетті тұндырғыш центрифуганың өнімділігі қалай анықталады? 5. Олардың жұмыс істеу принципі қандай? 6. Тәрелкелі сепараторлар қандай мақсатта пайдаланылады және қалай жұмыс істейді? 7. Сепараторлардың өнімділігі қалай анықталады, олардың артықшылықтары мен кемшіліктері.

Дәріс жоспары.

1. Тұндырғыш центрифугалар: негізгі ерекшіліктер бойынша жіктелуі және негізгі конструкциялары.

2. Тұнбаны мерзімді түсіру, тұнбасы пшақпен алынатын центрифугалар. НОГШ маркалы центрифуга.

3.Сепараторлар.
Жұмыс істеу принциптеріне байланысты центрифугалар төмендегі түрлерге бөлінеді:

1) мерзімді әрекетті

2) жартылай үздіксіз әрекетті

3) үздіксіз әрекетті.

Ажырату факторына байланысты:

1) егер Ка < 3500 болса қалыпты центрифуга;

2) егер Ка > 3500 аса жоғары центрифуга.

Барабанның орналасуына байланысты:

1) горизонталды

2) көлбеулі

3) тік

Барабанды бекіту тәсіліне байланысты: тік орналасқан және аспалы Тұнбаны түсіру тәсілдеріне байланысты: қол күшімен, пышақпен, шнекпен, ілгерінді кейінді қозғалатын піспекпен, ауырлық немесе гравитациялық күш әсерімен, ортадан тепкіш күш әсерімен деп жіктеледі.

Кемшiлiктерi: 1) Тұнбаны қол күшiмен жоғарыдан шығарудың қиындығы;

2) подшипниктердi, тежеуiштi және олардың төгiлген сұйықпе коррозиясын тексерудiң қиындығы.

Аспалы тұндырғыш центрифуга (5.25-сурет). Суспензия білікке 3 орнатылған ротор 2 ішіне құбыр 1 арқылы беріледі. Қатты бөлшектер ортадан тепкіш күш әсерінен ротордың қабырғасына тұнып жиналады. Сұйық фаза ротордың өсіне жақын орналасып, ротордың жоғары жағынан, ротор мен қаптама 4 арасындағы кеңістікке асып түседі де, штуцер 5 арқылы шығарылады. Тұнбаны байлаған конусты қақпақты 6 ашып, қолмен қабырғалар 7 арасынан түсіреді. Мұндай центрифугалар аз концентрациялы өте майда дисперсті суспензияларды ажырату үшін қолданылады.

5.26-суретте тұнбаны ауырлық күші әсерімен түсіретін центрифуга көрсетілген. Барабанның төменгі жағы конусты болғандықтан, оны тоқтатқанда тұнба ауырлық күші әсерінен жылжып түседі. Суспензия таратушы тегерішке 3 барабанның төмен жылдамдығында беріледі.

Тұнба көлбеу науа 7 арқылы ауырлық күші әсерінен шығарылады.Тұнбаның түсуін жеңілдету үшін пневматикалық балға 8 науаны 7 соғып тұрады. Мұндай центрифугалар орта және ірі дисперсті суспензияларды ажыратқанда қолданылады.

Артықшылықтары: 1) тұнбаны түсіру үшін барабанды тоқтатудың қажеті жоқ; 2) процесс толық автоматтандырылған.

Кемшіліктері: 1) тұнбаны пышақпен түсіргенде оның майдалануы.

Артықшылықтары: 1) үздіксіз әрекетте жұмыс істеуі; 2) пышақ және шнекпен түсіретін центрифугаларға қарағанда тұнбаның майланбауы.

Кемшіліктері: 1) фугаттың тордан өткен тұнбамен араласуы; 2) тұнбаны жылжыту үшін энергияның көптеу жұмсалуы; 3) сүзгі бөгетінің тез тозуы.

Тұнбаны шнекпен түсіретін үздіксіз әрекетті центрифуга (5.29-сурет). Шнек жәрдемімен тұнба горизонталды тұндырғыш центрифугаларда түсіріледі. Конусты және цилиндрлі-конусты барабан қуысты цапфада айналады. Барабан ішінде қуыс білікке орнатылған (цапфасы бар барабанның ішінде) шнек өте жай айналады.

Суспензия құбыр және тесіктер арқылы сыртқы барабанға беріледі. Барабанның кеңдеу жағында суспензия тұнады, ал оның тесіктерінен фугат асып шығады. Тұнба шнек жәрдемімен барабанның қарама-қарсы шетіндегі тесіктерге қарай жайлап жылжиды. Шнекті барабанның жылбамдығы оның онымен бағыты бірдей барабанның жылдамдығынан аздау болғандықтан тұнба жылжиды. Жылдамдықтардың мұндай айырмашылығы дифференциалды редіктор жәрдемімен қамтамасыз етіледі. Егер тұнбаны жуу керек болса, онда құбыр арқылы су беріледі. Бұл қондырғының артықшылығы: жоғары өнімділікті, майда дисперсті көп концентрациялы суспензияларды ажырату мүмкіндігі. Кемшіліктері: энергия шығыны көп, тұнба көп майдалагады, фугат майда бөлшектермен араласып кетеді.

Өте майда суспензия және эмульсияларды ажырату үшін өте үлкен ортадан тепкіш күш қажет. Мұндай жағдайда түтікті аса жоғары центрифугалар және сұйықты сепараторлар қолданылады.

Түтікті аса жоғары центрифуга. Центрифуганың барабаны кіші диаметрлі (200 мм дейін) тұтас қабырғалы болады және ол өте жоғары жылдамдықт аайналады (минутына 45000-ға дейін). Мұндай центрифугалардың ажырату факторы 15 000-ға дейін болады, сондықтан өте майда дисепрсті жүйелерді (мысалы, лактарды) ажыратуда қолданылады. Түтікті аса жоғары центрифугада ажыратылатын әртекті жүйе құбыр арқылы барабанның ішіне беріледі де, шағыстырғышқа соғылып, барабанның қабырғасына қарай жылжиды. Сұйық барабанның қабырғасынан айырмай қозғалу үшін барабанның ішінде айналмалы радиалды қалақшалар орнатылған. Барабанның басында ауыр және жеңіл сұйықтарды бөлек шығаратын тесіктер бар. Ауыр сұйық құбыр 6, ал жеңіл сұйық 7 құбыр арқылы шығарылады.

Суспензияларды ажытатқанда, тұнба барабан қабырғасына жабысып тұнады. Тұнбаны центрифуганы тоқтатып, қол күшімен алады. Мұндай центрифуганың артықшылықтары: ажытатудың өте жоғары қарқындылығы, ықшамды және саңылаусыз. Кемшіліктері: суспензияның мемрзімді ажыратылуы, сыйымдылығының аз болуы және тұнбаның қол күшімен алынуы.

Барабанның ішінде конусты табақшалар орналасқан. Эмульсия орталық құбырмен барабанның төменгі жағына беріліп, табақшадағы тесіктер арқылы олардың арасында жұқа қабатты болып таралады. Тығыздығы үлкен сұйық ортадан тепкіш күш әсерінен шетке беріліп тесікарқылы шығарылады. Жеңіл сұйық барабанның өсіне қарай жылжып сақиналы канал арқылы шығарылады. Жеңіл сұйық барабанның өсіне қарай жылжып сақиналы канал арқылы шығарылады. Сұйықтың барабаннан айырылмай айналуы үшін барабан қабырғаларымен жабдықталған. Құрылыс өнеркәсібінде мұндай сепараторлар сүтті ажыратуда кеңіне қолданылады.

Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Сүзгіш центрифугалардағы ортадан тепкіш қысымның анықтамасы қандай? 2. Мерзімді әрекетті центрифуганың өнімділігі қалай анықталады? 3. Өндірісте жұмыс істейтін үздіксіз әрекетті ценртифуганың түрі, жұмыс істеу принципі және өнімділігі қалай анықталады? 4. Үздіксіз әрекетті тұндырғыш центрифуганың өнімділігі қалай анықталады? 5. Олардың жұмыс істеу принципі қандай? 6. Тәрелкелі сепараторлар қандай мақсатта пайдаланылады және қалай жұмыс істейді? 7. Сепараторлардың өнімділігі қалай анықталады, олардың артықшылықтары мен кемшіліктері.

Дәріс жоспары.

1. Сүзу процесінін түрлері. Тұнба пайда болу жолымен сүзу. Знаменский тендеуі. Сүзу режимдері. Кеуектерді бітеу арқылы жолымен сүзу.

2. Сүзу бөгеттері. Сүзу жылдамдығы. Знаменский тендеуі. Сүзу режимдері.

Сусензияларды с ү з г і- деп аталатын апараттарда ажыратылады. Сүзгілер сүзу бөгеттері арқылы екі бөлікке бөлініп, оның бір бөлігіне суспензия құйылады. Осы екі бөліктің екі жағындағы қысымдар айырмасының әсерінен сұйық сүзу бөгеттерінің кеуктерінен өтіп, олардың бетінде қатты бөлшектер ұсталынып қалады. Сонымен суспензия таза с ү з і н д і және ылғалды т ұ н б а ғ а ажыратылады. Кейбір кезде қатты бөлшектер сүзу бөгетінің кеуектерінде ұсталынып, тұнба пайда болмайды. Осындай қасиеттерге байланысты сүзу процесі екі түрге бөлінеді:

1) Тұнба пайда болу жолымен түсу;

2) Сүзу бөгетінің кеуектерін толтыру (бітеу) арқылы сүзу.

3) Аралық.

Құрылыс өнеркәсібінде тұнба пайда болу тәсілі қант заводтарында қанағаттарылған шырынды, сыра заводтарында ірікпені, ашықты зауыттарында ашытқы массаларын сүзуде қолданылады.

Сүзу процесінің қозғаушы күші - қысымдар айырмасы болып табылады. Іс жузінде сүзу процесі үш түрлі режимде өткізіледі:

1) тұрақты қысымдар айырмасында

2) тұрақты жылдамдықта

3) процес жылдамдығының және қысымдар айырмасының өзгеруінде .

Өндірісте сүзу процесін төмендегі қысымдар айырмасында өткізеді:

1) Суспензияның гидростатикалық қысымы әсерінен МПа

2) Вакуум әсерінен МПа

3) Қысылған газ (ауа) әсерінен МПа

4) Суспензия поршенді немесе ортадан тепкіш насос жәрдемімен берілсе МПа

Сүзу процесінің өнімділігі және алынатын сүзіндінің тазалығы, көбінесе, сүзу бөгеттерінің қасиеттеріне және олардың дұрыс таңдауына байланысты, Олар мынадай қасиеттерге ие болу керек:

1) кеуектерінің өлшемі тұнбаның бөлшектерін ұстап қалатындай;

2) гидравликалық кедергісі аз;

3) сүзілетін ортаның әсеріне химиялық берікті;

4) механикалық және жылулық беріктіктері жеткілікті болу керек.

Сүзу бөгеттері металды торлардан, мақталы матадан, жүнді матадан, синтетикалық және керамикалық материалдардан, шынылы мақтадан және т.б. жасалады. Сонымен бірге сүзгі бөгеті ретінде құм, түйіршік тас, тұнба және т.б. қабаттары қолданылады. Сүзу бөгеттері құрылысына байланысты иілгіш және иілмейтін болып бөлінеді.

Сүзу процесінің қарқындылығы және сүзгілердің өнімділігі сүзу жылдамдығының шамасымен сипатталады – уақыт бірлігінде сүзгі бетінен алынған сүзінді көлемін көрсетеді.

Тұнба және сүзі бөгетінің кеуектерінде сүзінді ағынның қозғалысы Рейнольдстің саның өте төмен мәндерімен сипатталады (Re ? 35), яғни сүзінді ағыны ламинарлық қозғалыс режимінде өтеді. Сонымен бірге, сүзу жылдамдығы қысымдар айырмасына тура пропорционал, ал сұйықтың тұтқырлық кедергісіне кері пропорционал болады, яғни

(13.1) және (13.2) формуларын теңестіріп, сүзу процесінің негізгі дифференциалды теңдеуін төмендегіше жазуға болады:

Қысымдар айырмасын қамтамасыз ету тәсіліне байланысты сүзгілер вакуумда / МПа/және қысым астында / МПа/ жұмыс істейтін болып бөлінеді. Қысым астынды жұмыс істейтін сүзгілердің құрылымының механикалық беріктігі жоғары болуы қажет болғандықтан вакуумды сүзгілерді пайдалану тиімділеу. Дегенмен, тұнбаның гидравликалық кедергісі үлкен болса және көп сығылмайтын тұнба болса, онда қысымдар астында жұмыс істейтін сүзгілерді пайдалану тиімді болады.

Технологиялық мақсатқа байланысты сүзгілер: супензияларды ажырататын және өндірістік газдарды тазалайтын болып бөлінеді.

Сүзу бөгеттеріне байланысты сүзгілер: маталы бөгетті, сығылмайтын дәнді бөгетті (құмды, көмірлі) және қатты бөгетті (металды тор, кеуекті керамика, т.б.) болып бөлінеді.

Сүзу процесінің өтуіне және сүзгілердің тиімді жұмыс істеуіне суспензиядағы қатты бөлшектердің ауырлық күші әсерінен тұнуының көп маңызы бар. Сондықтан, сүзгілер сүзінді қозғалысының және оның ауырлық күшінің өзара бағыттары бойынша: қарама-қарсы бағытты (бұрыш-180?), бір бағытты (бұрыш 0?) және перпендикуляр бағытты (бұрыш 90?) болып бөлінеді.

	Сүзгілер
Мерзімді әрекетті				Үздіксіз әреккетті
Нуту сүзгілер ФПАКМ Сүзгі – престер Тімсемді		Жазықты сүзу бөгеттері		Ленталы Табақшалы Дискілі Табақшалы
Патронды		Цилиндрлі сүз бөгеттері		Барабанды

Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Сүзу процесінің мәні қандай? 2. Сүзуге арналған аппараттардың жұмысшы органдары. 3. Сүзу кезінде туатын кедергіні жеңуге кеткен қысым неден пайда болад? 4. Сүзу процесінің қарқындылығын сипаттайтын шама және сүзу аппараттарының өнімділігін анықтау формулалары қандай? 5. Сүзу процесі жүретін режимдер қандай? 6. Процестің жылдамдығын қандай формуламен анықтауға болады. 7. Сүзу кезінде құрылымдық кеергіні қалай анықтауға болады? 8. Құрылымдық кедергі неге тең және оның өлшем бірілктері қандай? 9. Сүзу кезіндегі толық және меншікті кедергілер дегеніміз не? 10. Толық және меншікті кедергілердің өлшем бірліктері қандай? 11. Көпқабатты сүзгі арқылы сүзудің мәні мен маңызы. 12.Тұрақты жылдамдық кезінде сүзуді жүргізу. 13. Осы әдістің артықшылықтары мен кемшіліктері.
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 145-165 бет