Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 [ 132 ] 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Рис. XIV-1. Схема отстойной центрифуги для разделения суспензий:

1 - питающая (загрузочная) труба; 2 - закраина ротора; 3 - ротор; 4 - кожух. Потоки: / - суспензия; - фугат; III -осадок

Рис. XIV-2. Схема центрифуги для разделения эмульсий:

1 - кольцевая диафрагма; 2 - закраина ротора; 3 - ротор. Потоки: / - эмульсия; - тяжелая жидкость; III - легкая жидкость

также контейнерным или кассетным способом; на ходу при полном или уменьшенном числе оборотов ротора - при помощи ножей или скребков; при непрерывной работе машины - шнеком, вращающимся относительно ротора, поршнем-толкателем, движущимся возвратно-поступательно (пульсирующим), а также под действием центробежной силы или силы тяжести и вибраций.

Если В ротор подавать эмульсию из жидкостей с различной плотностью, состоящую, например, из масла со взвешенными в нем капельками воды, то последние, имея большую плотность, под действием центробежных сил будут двигаться к стенке и, сливаясь около нее, образовывать второе внешнее кольцо воды - тяжелой жидкости (рис. XIV-2). Разделившиеся жидкости постоянно выводят из ротора. Таким образом, отстойная центрифуга для разделения эмульсий работает непрерывно.

Для расчета скорости движения в поле центробежных сил используют те же положения, которые были рассмотрены в процессе осаждения под действием силы тяжести, заменяя силу тяжести центробежной силой или их отношением K„.

Такое допущение не учитывает некоторого различия, обусловленного тем, что осаждение под действием силы тяжести происходит в плоском слое, тогда как центробежное осаждение протекает в кольцевом слое. Общая толщина кольцевого слоя жидкости в роторе центрифуги по его длине несколько убывает, однако при достаточно большом числе его оборотов это различие настолько мало, что внутренняя поверхность слоя может быть принята за цилиндрическую.

При осаждении частиц в поле центробежных сил по мере движения частиц к стенке ротора в связи с увеличением радиуса вращения возрастает центробежная сила, что также несколько отличает процесс от осаждения под действием силы тяжести.

Если суспензия или эмульсия вращается с угловой скоростью ы и, если плотности жидкости Рж и взвешенных в ней частиц р, различны, то под действием центробежной силы частицы будут двигаться в направлении ее действия, т.е. радиально, удаляясь от оси вращения или приближаясь к ней.

Не учитывая отмеченных различий и принимая, что действующая сила при центробежном осаждении будет больше движущей силы при отстаивании в поле действия силы тяжести в Кц раз, получим выражение для скорости центробежного осаждения W, аналогичное уравнению (XII.2);

4 (Рч -Рж)<дц

3 Рж1

Для ламинарного режима аналогично уравнению (XII.5) получим (рч-Рж)?

*ц=--ц. (XIV.3)

а для газовых суспензий

При центробежном осаждении границы возможных режимов движения определяются также численными значениями критерия Рейнольдса: для ламинарного движения Re < 2,0; для переходного 2,0 < Re < 500; для турбулентного Re > 500.

Критериальное уравнение для центробежного осаждения имеет вид, аналогичный уравнению (ХП.З):

Re = Ar-K,

Re= 1,155

г \0,5

(XIV.4)

Для наиболее часто встречающегося в практике при расчетах ламинарного режима движения = 24/Re, тогда уравнение (XIV.4) принимает вид

т.е. режим осаждения будет ламинарным, если АгКц < 36.

Рассмотрим расчет производительности отстойных центрифуг. Проведем расчет для следующих заданных размеров ротора центрифуги Rq, R и Н (см. рис. XIV-1).

При расчете примем ламинарный режим осаждения, что соответствует осаждению наиболее мелких частиц, лимитирующих производительность центрифуги, и рассмотрим свободное осаждение, когда концентрация твердого вещества невелика и частицы не оказывают влияния одна на другую. В соответствии с уравнением (XIV.3) переменная скорость осаждения может быть выражена производной от радиуса по времени, так как частица движется в радиальном направлении:

dr (Рч - Рж)? 0)2/

dx 18ц g

Разделяем переменные и, интегрируя в пределах самого длинного пути от Но до R, находим время, затрачиваемое на осаждение наименьшей частицы диаметром d в самом неблагоприятном случае:

dT = .

т - f 18ц , R

" i(p,-Pж)dv г -(p,-p)d2<,2 (XrV.5)

Время осаждения должно быть меньше или в крайнем случае равно времени т„ нахождения жидкости в роторе. Последнее можно найти, принимая, что ротор работает по принципу полного вытеснения, из соотношения

„ =Vp/V,

где Vp - рабочий объем ротора, равный объему жидкостного кольца, находящегося в нем.

Vp = n[R - R)H:

V - объем подаваемой в центрифугу жидкости, м/с. Отсюда

У = - = Л-2 . (xrv.6)

ТН Тц

в роторе центрифуги жидкость не претерпевает полного обмена, она движется только в части слоя, прилегающей к внутренней стороне кольца; кроме того, по мере отложения в роторе осадка рабочий объем жидкости уменьшается. Таким образом, приведенный выше расчет вследствие уменьшения величины Тн не вполне точен. Расчет можно скорректировать, если при нахождении V ввести коэффициент запаса (меньший единицы).

Совместное решение уравнений (XIV.5) и (XIV.6) позволяет определить предельный диаметр частиц полидисперсной смеси, выше которого центрифуга обеспечит осаждение при принятой производительности.

При разделении эмульсий (см. рис. XIV-2) ход расчета остается таким же, с той лишь разницей, что капелька диспергированной жидкости должна пройти путь меньший, чем R - Rg, так как ей надо лишь пересечь слой "чужой" жидкости и добраться до "своего" слоя. Учесть это в расчете можно, используя другие пределы интегрирования в уравнениях (XIV.5). Если во взвешенном состоянии находятся капельки тяжелой жидкости, то для обеспечения отстоя они должны пройти путь в пределах радиусов вращения от Rq до К,, если взвешены капельки легкой фазы - от К до Радиус R, поверхности раздела слоев обеих жидкостей можно определить из соотноше-