 |
Непрерывное разделение одной твердой и двух жидких фаз
|
|
|
|
Для разделения двух смешанных жидкостей под действием силы тяжести и одновременно для отделения от этой смеси перемешанных с ней твердых частичек можно использовать устройство, подобное изображенному на рисунке 6.
Рисунок 6
Смесь поступает сверху вниз через входное отверстие B. Затем она движется в горизонтальном направлении на уровне В. На этом уровне твердые частицы, имеющие большую плотность, чем обе жидкости, оседают на дно сосуда. Та из двух жидких фаз, чья плотность меньше, поднимается к поверхности и переливается через верхнее выходное отверстие B1. Более плотная жидкая фаза стекает вниз, проходит под экраном В2 и выливается наружу через нижнее отверстие. Экран В2 предотвращает течение жидкости с меньшей плотностью в неверном направлении.
Контрольные вопросы:
1. Непрерывное и периодическое сепарирование под действием силы тяжести. Сходства и принципиальные отличия?
2. В чем выражается непрерывное разделение одной твердой и двух жидких фаз?
3. Принцип действия ламинарного потока в канале?
4. Какую зависимость выражает уравнение Стокса?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
Тема: «Разделение под действием центробежной силы»
Введение
Если сосуд наполнили жидкостью и начали вращать, как показано на рисунке 1, возникает поле центробежной силы.
Рисунок 1
Оно создает центробежное ускорение a. В отличие от силы тяжести g в стационарном сосуде, центробежное ускорение не есть постоянная величина. С увеличением расстояния от оси вращения (радиус r) и скорости вращения, обозначенной как угловая скорость 
, центробежное ускорение возрастает (формула 1).
(1)
Цель работы:
1. Изучить понятие центробежного ускорения
|
|
|
2. Изучить процесс центробежного сепарирования молока
3. Рассмотреть устройство и работу сепаратора
4. Изучить устройства герметичных, полугерметичных конструкций, а также сепараторов с напорными дисками
5. Рассмотреть контроль жирности сливок. Расходомер сливок
6. Изучить различия в работе выходных устройств герметичных и полугерметичных сепараторов
7. Рассмотреть процесс выгрузки осадка и шламовое пространство
Непрерывное центробежное сепарирование молока
Кларификация (очистка)
Кларификация – это отделение твердых частиц от жидкости.
В центробежном очистителе молоко попадает в разделительные каналы со стороны внешнего края тарелочного пакета, течет внутрь по каналам в радиальном направлении в сторону оси вращения и вытекает наружу через выпускное отверстие в верхней части.
В процессе движения потока через тарелочный пакет твердые примеси отделяются и направляются в обратную сторону вдоль нижних поверхностей тарелок – на периферию барабана очистителя. Там они скапливаются в отстойнике. По мере прохождения молока по всей радиальной ширине тарелок от него отделяются и очень мелкие частицы. Наиболее типичным различием между центробежным очистителем и сепаратором является конструкция пакета тарелок: у очистителя отсутствуют распределительные отверстия и имеется всего одно выходное отверстие, в то время как у сепаратора их два.
Рисунок 2
На рис. 2 показана центрифуга для непрерывного отделения твердой фракции от жидкой. Эта операция называется кларификацией (осветлением или очисткой).
Разделительные каналы
На рисунке также видно, что у барабана центрифуги имеются вставки в виде конических тарелок. Это увеличивает площадь для осаждения. Тарелки опираются друг на друга и создают конструкцию, известную под названием “пакет тарелок”. К тарелкам приварены радиальные полосы, которые создают между ними необходимые зазоры. Так формируются каналы. Их ширина определяется толщиной радиальных полос. На рис. 3 показано, как жидкость поступает в канал по наружному краю (радиус r1), стекает по внутреннему краю (радиус r2) и движется к выходу. Во время движения по каналу частички стремятся наружу, оседая в направлении тарелки, которая играет роль внешней границы канала. Скорость движения жидкости w не одинакова в каждой точке канала. Она изменяется от почти нулевой в непосредственной близости к тарелкам до максимальной в центре канала. Центробежная сила действует на все частички, выталкивая их на периферию сепаратора со скоростью осаждения v. В результате частичка движется одновременно и со скоростью всего потока w, и со скоростью осаждения v в радиальном направлении – на периферию. Результирующая скорость vp является суммой двух этих движений. Частичка движется в направлении, указанном вектором vp. (Для упрощения схемы предполагается, что частичка движется по прямой, как показано на иллюстрации пунктирной линией.) Для того чтобы отделиться от жидкости, частичка должна осесть на верхнем экране до прихода к точке ВI, то есть на радиусе, равном или большем, чем r2. После того как частичка осела, ее уже не может унести с собой поток жидкости, поскольку его скорость у поверхности тарелки очень мала. Поэтому она выскальзывает наружу по нижней поверхности диска под воздействием центробежной силы, попадает на внешний край у точки В и оседает на стенке барабана центрифуги.
|
|
|
Рисунок 3
Процесс сепарирования
Пакет тарелок центробежного сепаратора снабжен вертикально совмещенными распределительными отверстиями. На рис. 4 схематично показано, как жировые шарики отделяются от молока в дисковом пакете центробежного сепаратора. Более подробно этот процесс проиллюстрирован на рис. 5.
Рисунок 4, 5
Молоко подается через вертикально совмещенные распределительные отверстия в тарелках на определенном расстоянии от края пакета тарелок. Под воздействием центробежных сил в межтарелочном пространстве траектория движения механических примесей и жировых шариков изменяется в зависимости от соотношения плотности данных фракций и плазмы молока. Как и в кларификаторе, более плотные твердые примеси будут быстро выноситься в направлении периферии сепаратора и собираться в отстойнике. Осаждению твердой фракции также способствует то обстоятельство, что в этом случае обезжиренное молоко в каналах движется в направлении периферии пакета тарелок.
|
|
|
Сливки, т.е. жировые шарики, имеют меньшую плотность, чем обезжиренное молоко, и поэтому движутся в каналах по направлению внутрь, к оси вращения и далее к осевому выходному отверстию.
Обезжиренное молоко движется к периферии, за пределы пакета тарелок, проходит по каналу, образованному поверхностями барабана сепаратора и разделительной тарелкой, к концентрическому выходу для обезжиренного молока.
Степень обезжиривания
Степень обезжиривания молока зависит от конструкции сепаратора, скорости прохождения через него молока и размеров жировых шариков. Самые мелкие жировые шарики (диаметр <1 мкм) не успевают всплыть при данной скорости потока и уносятся из сепаратора вместе с обезжиренным молоком. Обычно содержание жира в таком молоке составляет от 0,04 до 0,07%, и говорят, что установка обеспечивает степень обезжиривания молока от 0,04 до 0,07. Если уменьшить скорость потока молока через сепаратор, уменьшится скорость его прохождения по разделительным каналам. Это предоставит жировым шарикам больше времени для всплытия и выхода наружу через отверстие для сливок. Соответственно с уменьшением производительности сепаратора степень обезжиривания молока будет увеличиваться, и наоборот.
|
|
|
