Механическое обезвоживание

СУШИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Среди существующих методов обезвоживания выделяют: физико-химический, механический и тепловой. Физико-химический метод осно­ван на поглощении влаги из высушиваемого материала путем их со­прикосновения с гигроскопическими веществами, например хлористым кальцием, силикагелем. Он применяется в мелкомасштабных произ­водствах и лабораториях и поэтому нами подробно не рассматривается. Механическим обезвоживанием называют процесс разделения систем жидкость – твердое тело под действием механических сил (давления, гравитационных, центробежных). Удаление влаги путем подвода тепло­ты к высушиваемому материалу называют тепловым методом обезво­живания. Последние два метода наиболее распространены в промыш­ленной технологии и сельском хозяйстве.

В качестве удерживаемых твердыми материалами жидкостей могут быть вода, метанол, бензин, метанолоацетоновая смесь, бензиноизопропиловая смесь и др. Ниже рассматриваются закономерности удале­ния жидкости, способы расчета и конструкции сушильных установок на примере наиболее распространенной в веществах и материалах жид­кости – воды.

Механическое обезвоживание – разделение гетерогенных систем (например; суспензий) на твердую и жидкую фазы – процесс, широко распространенный в химиче­ской, топливной, фармацевтической и других отраслях промышленности. Механическое обезвоживание применяют на, стадиях получения конечного продукта, оно обычно предшествует тепловой сушке.

Суспензии с содержанием твердой фазы от 1–3 до 50% путем механического обезвоживания могут быть превращены в осадки с содержанием влаги от 70–80 до 5–10%.

Оборудование для разделения суспензий по способу создания и значению движу­щей силы процесса делится на: отстойники, где разделение осуществляется в поле сил тяжести (рис. 6.1); вакуум-фильтры (рис. 6.2), движущая сила процесса в которых создается разрежением под фильтровальной перегородкой и перепад давлений при этом составляет 0,02-^0,07 ЛШа;- отстойные и фильтрующие центрифуги, (рис. 6.3), разде­ление в которых осуществляется за счет центробежной силы, движущая сила (перепад давлений) в серийно выпускающихся, Центрифугах составляет 0,1–0,3 МПа; фильтры, работающие под давлением, перепад давлений в которых достигает 1 МПа.

Выбор и применение типа оборудования обусловлены рядом факторов, основными из которых являются свойства перерабатываемой суспензии (дисперсность твердой фазы, концентрация ее в суспензии, абразивность, вязкость, токсичность, коррозион­ные свойства жидкой фазы и др.) и требования, предъявляемые к конечному продукту (влагосодержание, наличие примесей и др.).

Рис. 6.1. Принципиальная схема отстойника:

/ – осветленная жидкость; II – исходная суспензия с равномерно распределенной концентрацией твердой Фазы; III – переходная зона; /V –суспензия с изменяющейся концентрацией с; V – уплотненная фаза с влагосодержанием W_о

Рис. 6.2. Схема барабанного вакуум-фильтра:

/–суспензия; // – подача промывной жидкости; III – фугат; IV – вывод промывной жидкости; V– газ на продувку; VI– инертный газ; / – барабан; 2 – корыто; 3 – привод барабана; 4 – крышка; 5 – коллектор промывной жидкости; 6 – отводная трубка; 7 –распределительная голов­ка; «–сменный диск распределительной головки; 9 – продольная перегородка; 10– нож для уда­ления осадка; // – шнек для выгрузки осадка; 12 – продольная перегородка

Рис. 6.3. Принципиальные схемы центрифуг:

а– фильтрующая; б – отстойная

Вакуум-фильтры (барабанные, ленточные, дисковые) – высоко-производительные аппараты непрерывного действия, которые могут быть применены лишь для хорошо фильтрующихся суспензий, образующих крупнокристаллические осадки с размером ча­стиц более 20–30 мкм. Так как пределы отжима в этих фильтрах ограничены, полу­чать осадки с низким содержанием влаги в них невозможно.

Центрифуги в зависимости от конструкции ротора могут быть фильтрующими и отстойными. В фильтрующей центрифуге на перфорированном роторе закреплена фильтрующая перегородка – сетка или ткань, на которой за счет центробежной силы откладывается твердая фаза, фугат – жид­кость, которая, проходя через осадок и фильтрующую перегородку, удаляется из центрифуги. В осадительных центрифугах осадок образуется на поверхности ротора, Жидкая фаза, имеющая меньшую плот­ность, накапливается над осадком и затем различными способами выводится из цен­трифуги.

Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия, а в зависимости от способа выгрузки осадка – ножевы­ми, шнековыми или пульсирующими. В ножевых центрифугах осадок с движущегося ротора срезается перемещающимися в радиальном направлении ножами, в шнековых транспортируется к разгрузочным отвер­стиям Шнеком, вращающимся с меньшей, чем ротор, скоростью, в пульсационных продвигается по ротору к разгрузочным люкам пульсирующим поршнем.

Фильтрующие центрифуги позволяют получить крупнокристаллические осадки с малым содержанием влаги (до 6–10%); использовать же их для отделения тонкодис­персных осадков практически невозможно, так как остатки его после съема на филь­трующей перегородке уплотняются до такой степени, что не пропускают фугат.

Отстойные центрифуги (например, со шнековой выгрузкой) имеют высокую произ­водительность при разделении крупнокристаллических суспензий. Однако довольно вы­сокое влагосодержание получающихся осадков и унос твердой фазы с фугатом (осо­бенно для тонкодисперсных осадков) ограничивают область их применения.

Фильтры, работающие под давлением (листовые, патронные, фильтр-прессы), при­меняют для разделения суспензий с самыми различными свойствами. Листовые и пат­ронные фильтры наряду с отстойниками применяют в тех случаях, когда разделению подлежат малоконцентрированные (1–5%) суспензии; в этом случае они используют­ся как сгустители, а сгущенные суспензии затем дополнительно обезвоживают на ва­куум-фильтрах, центрифугах или фильтр-прессах.

В последнее время широкое распространение получили автоматизированные фильтр-прессы с механизированной выгрузкой осадка. Процесс фильтрования в этих фильтрах полностью автоматизирован, а отжатый осадок срезается с перемещающейся после раскрытия фильтра ткани ножом. Наличие в этих фильтрах эластичных диафрагм для отжима осадка (перепад давлений при отжиме достигает 0,1 МПа) позволяет полу­чать осадки с низким влагосодержанием.