Процессы и аппараты упаковочного производства

Отстойники

Отстаивание проводят в аппаратах, называемых Отстойниками. Отстойники для сгущения суспензий называют Сгустителями, А для классификации твердых частиц на фракции – Классификаторами.

Различают отстойники непрерывного, полунепрерывного и периодического действия. В первых все процессы протекают непрерывно, в последних – периодически; в отстойниках полунепрерывного действия подача разделяемой смеси и вывод очищенной сплошной фазы проводятся непрерывно, а удаление сгущенной дисперсной фазы (осадка, шлама и т. п.) – периодически.

Рис. 10-1. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой:

1 – корпус; 2 – днище; 3 – гребковая мешалка; 4 – кольцевой желоб

Периодически действующие отстойники для суспензии Обычно представляют собой бассейны без перемешивающих устройств. Отстойник заполняют суспензией, а через определенное время, необходимое для осаждения твердых частиц, слой осветленной жидкости сливают через штуцера, расположенные выше уровня осадка. После этого осадок, представляющий собой текучую жид­кую массу - шлам, выгружают вручную через верх аппарата или удаляют через нижний штуцер с помощью спускового крана.

Широко распространены Отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой (рис. 10-1). Они представляют собой цилиндри­ческий резервуар 1 с коническим днищем 2. 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 (0,00025 - 0,0083 с-1), поэтому процесс осаждения не нарушается. Суспензия непрерывно поступает по трубе в середине резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб 4 и удаляется через штуцер. Осадок (шлам), представляющий собой сгущенную суспен­зию, удаляется через штуцер в коническом днище с помощью диафрагмового насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя через редуктор.

Отстойники с гребковой мешалкой обеспечивают однородность осадка, позволяют обезводить его до концентрации твердой фазы 35-55%; работа таких отстойников полностью автоматизирована. К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость.

Диаметр нормализованных аппаратов - от 1,8 до 30 м; в отдельных случаях применяют отстойники диаметром до 100 м. Для уменьшения площади, занимаемой отстойниками, применяют многоярусные аппараты, представляющие собой несколько отстойников, поставленных друг на друга и имеющих общий вал для гребковых мешалок. Многоярусность существенно усложняет конструкцию аппарата.

Несложны по конструкции и обладают большой поверхностью Отстойники непрерывного действия с коническими полками (рис. 10-2). Поступающая в аппарат суспензия распределяется по каналам между коническими полками, на поверхности которых осаждаются твердые частицы. Осадок сползает по наклонным полкам к стенкам корпуса и затем перемещается в нижнюю часть аппарата, откуда удаляется. Осветленная жидкость поступает в центральную трубу и выводится из верхней части аппарата.

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 гребков ой мешалкой.

Рис. 10-2. отстойник непрерывного действия с коническими полками

На рис. 10-3 показан Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий. Он представляет собой горизонтальный резервуар с перфорированной перегородкой 2, которая предотвращает возмущение жидкости в отстойнике струей эмульсии, поступающей в аппарат. Поперечное сечение отстойника выбирают таким, чтобы скорость течения жидкости в корпусе 1 аппарата не превышала нескольких миллиметров в секунду и режим течения был ламинарным, что предупреждает смешение фаз и улучшает процесс отстаивания. Расслоившиеся легкая и тяжелая фазы выводятся с противоположной стороны отстойника. Трубопровод для вывода тяжелой фазы соединен с атмосферой для предотвращения засифонивания.

Рис. 10-3. Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий:

1 – корпус; 2 – перфорированная перегородка

Очистку газов от пыли под действием сил тяжести проводят в Пылеосадительных камерах (рис. 10-4). Запыленный газ поступает в корпус камеры 1, в котором установлены горизонтальные полки 2. расстояние между полками составляет 100 – 300 мм. Газ проходит в каналах между полками, при этом на поверхности последних осаждается пыль. Пройдя полки, газ огибает вертикальную отражательную перегородку 3 и удаляется из камеры. Основное назначение перегородки 3 – обеспечить равномерное распределение газа между полками; кроме того, при огибании газом перегородки из него под действием сил инерции удаляется часть пыли. Осевшая на полках пыль периодически удаляется с помощью скребков через люки 4 или же смывается водой.

Хотя поверхность осаждения при большом числе полок может быть достаточно велика, степень очистки газа от пыли в этих аппаратах обычно не превышает 30-40%, причем частицы размером 5 мкм и меньше вообще не отделяются от газа. Поэтому пылеосадительные камеры используют для предварительной грубой очистки сильно запыленных газов, содержащих частицы размером не менее нескольких десятков микрометров.

Рис. 10-4. Пылеосадительная камера:

1 – корпус; 2 – полки; 3 – отражательная перегородка; 4 – люки для удаления пыли

Расчет отстойников. При расчете сгустителей основываются на скорости осаждения самых мелких частиц суспензии, подлежащих отделению, а при расчете классификаторов - на скорости осаждения тех частиц, которые должны быть преимущественно отделены на данной стадии.

Будем считать, что время (продолжительность) прохождения потока через аппарат (t) равно времени осаждения частиц, наиболее удаленных от дна (Tос ). (Если допустить, что t > tос, то часть отстойника окажется ненужной; если же t < tос, то не все частицы осядут.)

Рассмотрим простейший отстойник, имеющий форму параллелепипеда. Время t можно представить как

T = L/WП, (10.10)

Скорость потока можно найти, разделив объемный расход очищенной жидкости QОч на площадь поперечного сечения потока, равную произведению ширины отстойника B на высоту слоя осветленной жидкости H:

WП = QОч/(Bh). (10.11)

Отсюда

T = Lbh/QОч = Fh/QОч, (10.12)

Где F – поверхность осаждения.

Время (продолжительность) осаждения частиц, наиболее удаленных от дна, составит

τос= H/WСт. (10.13)

Приравнивая (10.12) и (10.13), получим

Fh/QОч = H/WСт, откуда F = QОч /WСт. (10.14)

Аналогичное выражение получается и для отстойников цилиндрической формы, если найти время t путем интегрирования с учетом изменения поперечного сечения потока при его радиальном течении от центра.

Выражение (10.14) показывает, что производительность отстойника не зависит в явном виде от его высоты. Поэтому при проектировании отстойников их высоту следует принимать возможно меньшей, но такой, чтобы поперечное сечение потока было достаточным для обеспечения ламинарного режима течения.

С учетом того, что QОч = GОч/rоч (где rоч - плотность очищенной жидкости), и используя уравнение (10.3), представим выражение (10.14) в виде, удобном для расчета:

F = GСм /(rоч WСт). (10.15)

При выводе этого уравнения не учитывали ряд обстоятельств, ухудшающих процесс отстаивания в реальных промышленных аппаратах: возможность вихреобразования в области ввода суспензии, наличие застойных зон и ряд других. Поэтому при инженерных расчетах рекомендуется увеличить значение поверхности, полученное по уравнению (10.15), на 30 – 35%.