Раздел 2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ РОТОРА

Центрифугированием или фугованием называется разделение неоднородных систем при помощи центробежных сил.

Центрифугирование технических суспензий и шлаков производится двумя методами. По первому их разделение осуществляется благодаря использованию объемных сил дисперсной фазы, по второму – объемных сил дисперсной среды и частично дисперсной фазы. В первом случае центрифугирование выполняется в роторах имеющих сплошную стенку, во втором – перфорированную.

Разделение в сплошных роторах можно сравнить с отстаиванием в поле тяжести, хотя особенности центробежного поля и обуславливают разницу в протекании этих процессов.

Центрифугирование в перфорированных роторах является своеобразным процессом, отдельные элементы которого сходны с процессами фильтрации, прессования шлаков и т.д.

Основным показателем работы центрифуги является индекс производительности, характеризующий относительную разделяющую способность центрифуги. Его рассчитывают по формуле:

Σ = 2πr_рт LF_r, (2.1)

где L – длина ротора центрифуги периодического действия или цилиндрической части ротора шнековой центрифуги, м;

r_рт – радиус ротора, м;

F_r – фактор разделения на радиусе ротора r_рт.

Фактор разделения – безразмерный параметр, определяющий, во сколько раз ускорение центробежного поля, развиваемого в центрифуге, больше ускорения свободного падения. Его находят из уравнения:

, (2.2)

где ω_р – угловая скорость ротора, рад/с;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Значения r_рт и ω_р зависят от конструктивных особенностей центрифуги. С их увеличением фактор разделения растет. Максимальное значение его практически достигается увеличением угловой скорости (при вынужденном уменьшении радиуса ротора).

Центрифугирование суспензий и шлаков в перфорированных роторах называется центробежной фильтрацией. В общем случае оно состоит из следующих трех процессов, протекающих в результате воздействия на обрабатываемый продукт центробежных сил инерции:

1. фильтрации с образованием осадка, т.е. отделения частиц, взвешенных в жидкости, при прохождении последней через проницаемую стенку ротора центрифуги;

2. отжима жидкости из образовавшегося осадка;

3. удаления из осадка жидкости, удерживаемой молекулярными силами.

Центробежная фильтрация с образованием осадка протекает подобно обычной фильтрации. Вслед за этим процессом происходит отжим жидкости из осадка, сопровождающийся уплотнением последнего. Затем следует удаление жидкости, удерживаемой в местах соприкосновения частиц и на их поверхности.

Процесс, состоящий из отжима и отделения пленочной и капиллярной жидкости, называется центробежным отжимом. Примерами этого процесса являются центрифугирование сахарного утфеля и сульфата аммония.

Подвесные центрифуги с верхним приводом являются машинами периодического действия. Процесс центрифугирования в них обычно происходит следующим образом. Ротор центрифуги на ходу при неполной или полной скорости вращения загружается материалом, подлежащим обработке. Если загрузка произведена при неполном вращении ротора, топосле ее окончания скорость ротора доводят домаксимальной. Прицентрифугировании в перфорированных роторах твердая фаза к концу

процесса содержит минимальное количество отделяемой жидкости, которая удерживается на поверхности частиц твердой фазы и в местах их соприкосновения. Чтобы избавиться от остатков жидкой фазы, осадок промывают другой жидкостью (иногда несколькими).

Под действием центробежного поля промывная жидкость удаляется, и содержание ее с течением времени становится минимальным. Выгрузка с помощью механических ножей осуществляется при вращении ротора с небольшой скоростью.

Рабочий цикл центрифуги характеризуется тахограммой работы привода ротора (см. ТЗ, рис.1).

Электрооборудование центрифуг обычно работает в условиях химически агрессивной, невзрывоопасной среды с повышенной относительной влажностью воздуха (до 95%) при температуре до +40 С. В этом случае, при нарушении естественного охлаждения, исполнение электродвигателей должно быть не менее IP44 или необходимо продуваемое исполнение с подводом чистого воздуха. Наибольшую мощность электродвигателей имеют центрифуги периодического действия, применяемые в производстве сахара. Поэтому перегрузочная способность двигателя должна быть достаточной для устойчивой работы электропривода в периоды максимальной нагрузки. Кроме того, аппаратура, установленная на самих центрифугах, должна работать в условиях значительных вибраций и тряски.

Основные требования к электроприводу таких центрифуг: обеспечить оптимальные динамические режимы при постоянных ускорении и замедлении центрифуги и стабилизировать ее частоты вращения при загрузке, выгрузке и фуговке.

Если учесть большие моменты инерции центрифуг, то вопрос применения экономичного электропривода, обеспечивающего рекуперацию энергии в сеть при торможении, здесь занимает важное место.

Электропривод ротора центрифуги также должен обеспечивать возможность плавного регулирования скорости от "ползучей" скорости равной 10 об/мин, до максимальной, равной 2000 об/мин. Питание электропривода осуществляется от цеховой сети переменного тока с напряжением 380 В.