Сообщение о производствах где применяется сепарация жидкостей

Обновлено: 02.07.2024

Сепарация (лат. separatio — отделение) — в технике, различные процессы разделения смешанных объёмов разнородных частиц смесей жидкостей разной плотности, эмульсий, твёрдых материалов, взвесей твёрдых частиц или капелек в газе.

Содержание

Процесс сепарации

При сепарации не происходит изменения химического состава разделяемых веществ. Сепарация возможна если присутствуют различия в характеристиках компонентов в смеси: в размерах твёрдых частиц, в их массах, в форме, плотности, коэффициентах трения, прочности, упругости, смачиваемости поверхности, магнитной восприимчивости, электропроводности, радиоактивности и других.

Свойства, отличающие продукты сепарации, не обязательно должны совпадать с признаками, по которым разделяют смесь компонентов в производстве. К примеру, при сепарации побочной породы и угля продукты при одинаковой плотности могут содержать разное количество золы, отличающий качественный уголь. В самом процессе сепарации принимает участие очень большое количество отдельных мелких частиц, среди которых встречаются частицы с промежуточными свойствами по отношению к необходимыми признаками. Из исходной смеси после промышленных сепараций не могут получиться абсолютно чистые фракции разделяемых компонентов, а лишь продукты с преобладающим их содержанием.

Способы сепарации

Выбор способа сепарации зависит от процентного состава и свойств разделяемой смеси и составляющих её компонентов, степени соответствия желаемых свойств получаемых продуктов от последствий разделения и свойств компонентов. Сепарация, как правило, происходит не только по главному признаку, который отличает компоненты в смеси, а по целому ряду свойств. Процессы сепарации различаются от внешних условий и аппарата, в котором происходит разделение. В современном производстве для различных целей и смесей применяется разнообразные способы сепарации.

сепарация по массе (инерционная)
размеру
упругости
трению
воздушная сепарация
электрическая
магнитная
пенная
радиометрическая

Сепараторы

Аппараты для проведение сепарации называют, соответственно, сепараторами. Как правило, сепараторы используют сразу или последовательно несколько способов сепарации для улучшения разделения смешанных продуктов. Сепараторы различают по используемым способам сепарации, по принципу работы и по сфере использования.

Использование

Горное дело и добыча полезных ископаемых

Для обогащение и очищение руды от пустой и ненужной породы используется весь богатый арсенал способов сепарации. Для металлов подходит электрическая, магнитная и химическая сепарация.

При сборе зерна получается смесь из зёрен, шелухи, стеблей, листьев и различного природного и андрогенного мусора. Для очистки производимого продукта (например, муки) применяется воздушная сепарация.

При изготовлении фармакологических препаратов применяется сепарационное очищения от побочных продуктов производства. Также сепарация используется для разделения биологического материала(крови, лимфы и др.) на различные фракции.

При производстве сливок, обезжиренного молока и других молочных продуктов встаёт проблема разделения белков,жиров и жидких компонентов молока, для чего используется пищевые сепараторы.

В гравитационном сепараторе или выбивающем барабане, гравитационные силы управляют сепарацией. Чем меньше скорость газа и чем больше размер сосуда, тем более эффективная сепарация жидкость/газ. Из-за большого размера сосуда, необходимого для достижения осадка, гравитационные сепараторы редко проектируются, чтобы удалять капельки менее 300 мкм. Выбивающий барабан обычно используется для массивной сепарации или как скребок первой стадии. Выбивающий барабан также полезен, когда во внутренней части нужно поддерживать минимальные значения, как во вспомогательной системе, так и в обслуживании загрязнений.

Гравитационные сепараторы не рекомендуются как мощный источник удаления, если требуется высокая эффективность сепарации.

Центробежные сепараторы (центрифуги)

В центробежных сепараторах или циклонных сепараторах, центробежные силы могут действовать на аэрозоль с силой в несколько раз больше, чем гравитация. В общем, циклонные сепараторы используются для удаления аэрозоля больше, чем 100 мкм в диаметре, и должного размера центрифуга может иметь разумную эффективность удаления аэрозоля до 10 мкм. Эффективность удаления центрифуги очень низкая на частицы тумана меньше 10 мкм. Как центрифуги, так и выбивающие барабаны рекомендуются для восковых и коксовых веществ.

Каплеуловители

Механизм сепарации для прокладки каплеуловителя – инерционное столкновение. Обычно прокладки каплеуловителя, состоящие из волокна или вязанных петель, могут удалять капельки до 1-5 мкм, сосуд, состоящий из них, относительно большой, потому что они должны функционировать на низких скоростях, чтобы предотвратить повторное улавливание жидкости.

Фильтр-лопастные сепараторы

Лопастные сепараторы – это просто серии экранов или пластин внутри сосуда. Механизм, управляющий сепарацией – снова инерционное столкновение. Лопастные сепараторы чувствительны к массовой скорости для эффективности удаления, но обычно может функционировать на более высоких скоростях, чем каплеуловители, главным образом из-за того, что более эффективный жидкий дренаж уменьшает улавливание жидкости. Тем не менее, из-за относительно больших траекторий между плоскостями, образующими извилистую сеть, лопастной сепаратор может удалять только относительно большие по размеру капельки (10 мкм и выше). Часто лопастные сепараторы используются, чтобы модифицировать сосуды каплеуловителя, когда скорость газа превышает проектную скорость.

Коалесцеры жидкость/газ

Картриджи (фильтрующие элементы) коалесцера жидкость/газ комбинируют особенности как каплеуловителей, так и лопастных сепараторов, но обычно не устанавливаются для удаления большей части жидкости. В системах с большим количеством жидкости, коалесцер высокой эффективности обычно размещен вниз по течению выбивающего барабана или ударного сепаратора. Газ течет через очень тонкий тампон из связанных волокнистых материалов с оберткой на внешней поверхности, чтобы содействовать дренажу жидкости (смотрите Иллюстрацию 1 ниже). Картридж коалесцера может ловить капельки до 0.1 мкм. Когда должным образом спроектирован и имеет правильный размер, дренаж коалесцирующих (соединяющихся) капелек из волокнистого тампона допускает скорости газа намного большие, чем в случае прокладок каплеуловителя и лопастных сепараторов без улавливания жидкости или с увеличением перепада давления в агрегате.

Рисунок 1 - Коалесцер (вид в сечении)

Coalescer Filter Cartridges — коалесцерные фильтрующие картриджи, Upper Sump — верхний отстойник, Clean Gas Outlet — выход чистого газа, Dirty/Wet Gas Inlet — вход грязного/влажного газа, Liquid Drain — дренаж жидкости, Lower Sump — нижний отстойник.

Таблица 1 подводит итоги каждой из этих технологий и предоставляет нормативы для надлежащего выбора. Удаление самых тонких аэрозолей из газов приводит к важным экономическим выгодам, выгодам надежности и обслуживания в компрессорных системах.

Таблица 1: Типы сепараторов жидкость/газ

Формирование тонкого аэрозоля

Есть несколько разных способов, которыми очень тонкие жидкие аэрозоли могут попадать в газовый поток:

Конденсация насыщенного тумана
Атомизация (распыление) (эффект спрэя через ограничение потока)
Улавливание жидкости

Рисунок 2 - Размеры аэрозоля.

Weight — вес, Particle Size -размер частицы, Condensation — конденсация, Atomization — атомизация, Entrainment — захват.

Перевод статьи Recent Develpments in Liquid/Gas Separation Technology, Pall Corp.

Сепаратор – почти универсальная машина, которая предназначена для очистки и разделения жидкостей, а также твердых тел. Сепаратор может быть задействован для сбора, утилизации и переработки отходов и мусора. Понять детально, что такое сепаратор, просто: конструкция и принцип действия не являются сложными.

Сепаратор – что это такое

Сепаратор – это аппарат для разделения веществ. Работа сепаратора (от англ. separate – разделять) заключается в разделении жидкостей или их смесей. При этом жидкости на выходе не станут абсолютно чистыми, а будут иметь содержание изначальных компонентов или определенных фракций. Такой аппарат способен снизить количество твердых примесей в жидкости или отделить друг от друга жидкости с разной плотностью – масло и воду.

Интересно! Также этим словом называют изолирующие пластины в аккумуляторе, но это не стандартное значение.

Конструкция изготавливается чаще всего в виде центрифуги, имеет размеры в широком диапазоне в зависимости от мощности и снабжается приводом, измерительными устройствами и органами управления.

Из чего состоит сепаратор, принцип работы

Почти всегда вне зависимости от того, для чего нужен сепаратор, материальная часть примерно одинакова:

Станина – основа аппарата, на нее устанавливаются остальные части.
Барабан, являющийся корпусом с заключенными в нем распределительными тарелками.
Механизм привода, состоящий из электрического двигателя, вала и при необходимости – зубчатых колес, приводит в движение рабочий орган (барабан).
Устройство для приема и вывода делает подвод рабочей жидкости в барабан и раздельный отвод из него получаемых жидкостей с отличающимися характеристиками.

Принцип работы сепаратора состоит в создании быстрого вращения, в результате чего под действием ряда сил выполняется разделение на составляющие.

Важно! Новых веществ при этом не образуется. На выходе получается та же жидкость, но с различным содержанием определенной фазы или с различной плотностью.

В принципе действия сепаратора отсутствуют большие сложности. Подготовленная при необходимости среда подается в приемное устройство. Из него поступает в барабан. В результате работы двигателя барабан вращается. Под действием центробежной и центростремительной сил образуются фазы жидкости. Обладая различными характеристиками, они подаются в разных направлениях по конструктивным элементам барабана – в сторону выводного устройства. Через выводное устройство выполняется их съем независимо друг от друга.

В зависимости от назначения и размера целого аппарата размер и состав отдельных частей может изменяться. Барабан может отсутствовать, будучи замененным чашей в малых моделях либо состоять из десятков элементов в промышленных моделях под тысячи литров, а двигателя может не быть – может присутствовать ручной привод. Как выглядит сепаратор, не так важно.

После начала подачи вводимой жидкости устанавливается режим ее выхода. Чем сильнее крутится барабан, тем сильнее напор и тем глубже происходит очистка.

Устройство сепаратора интересно также особой опорой барабана. При любой скорости вращения барабана возникает ситуация, когда в разных участках полости образуется несимметричная в своем расположении масса. Это создает эксцентриситет прилагаемой нагрузки и может повлиять на конструктивную целостность барабана, особенно – промышленных моделей.

Проблема заключается в возникновении негативных колебаний барабана в опорных точках. Усиливающий фактор – погрешности при производстве, потому как при серийном выпуске сложно совместить оси инерции и вращения. В целом это приводит к появлению разрушающего резонанса. Следует его устранить, для чего сепаратор оснащается упругой опорой барабана: при вращении на любой скорости и любой загрузке барабан автоматически займет пространственное положение, в котором разрушающее действие от вращения отсутствует.

Размер и мощность диктует сложность конструкции. В домашнем хозяйстве используются аппараты с барабаном-чашей и слабым мотором, для промышленных нужд применяются тарельчатые модели с дизельными двигателями и собственной системой управления в отдельном шкафу. Именно цель и вещество определяют, как устроен сепаратор.

Для чего нужен сепаратор

Сферы применения – там, где требуется разделение на фазы с разными плотностями или очистка с высокой точностью по критерию размера частиц.

Где используется в уборке, утилизации, переработке

Для уборки помещений широко применяются моющие пылесосы сепараторного типа.

В утилизации задействуются сепараторы, основа действия которых основывается на характеристиках разделяемых частей:

Магнитные свойства: притягивание железосодержащих элементов к электромагниту от конвейера.
Смачиваемость: несмачиваемые и плавающие таким образом частицы собираются в отличие от смачиваемых и тонущих.
Плотность: введение в смесь твердых веществ жидкости с промежуточной плотностью, что разделяет в центробежном поле или под действием гравитации.

Сепаратор также подходит для переработки различных продуктов и сред. Он успешно справляется с разделением на фракции отходов ферм, с сепарированием отходов на виды для дальнейшей глубокой обработки, трудится на очистке и переработке опилок и стружки (мебельная промышленность).

Сепараторы в химии и пищевой промышленности

Сепаратор в химии и пищевой промышленности:

получает более насыщенную жидкость – сливки к кофе;
стратифицирует в отдельные фракции – добыча плазмы из донорской крови;
убирает примеси – осуществляется очистка от взвешенных частиц.

Какие существуют виды сепараторов

Для чего предназначен сепаратор, можно понять после отнесения к той или иной категории, потому как в производственных условиях рядом могут располагаться несколько разных моделей.

По способам сепарации

По способу сепарации существует такая классификация сепараторов:

Работающие с линейными характеристиками: размерами, массой и формой выделяющихся частиц.
По характеристикам поверхностей твердых частиц, на которые рассчитан процесс: шероховатость, упругость, коэффициент трения, смачиваемость.
По токопроводным и иным характеристикам – электропроводность, намагничиваемость, радиоактивность и т. д.

По принципу действия

Виды сепараторов по принципу действия бывают следующие:

Центробежные и центробежно-вихревые: разделение происходит без фильтрующих элементов за счет направления жидкости таким образом, при котором более тяжелые компоненты отводятся от центра вращения.
Шнековые и прессо-шнековые: вращающийся шнек проталкивает через ячейки частицы только с определенным размером.
Отстойные: выделяют осаждающуюся взвесь из суспензии и скатывают ее по наклонной поверхности.
Вибрационные: создание воздействия на сыпучие тела для их отсеивания и сортировки.
По типу обработки жидкости выделяют такие назначения сепаратора:
Разделяющий или очищающий жидкость: выделение жидкостей с более высокой и более низкой плотностями, возможно выделение твердых веществ.
Сгущающий жидкость: суть в выводе более легкой или тяжелой фазы из жидкости; например, концентрирование эфирных масел; возможно выделить твердые вещества.
Осветляющий жидкость: процесс выделения частиц с малым размером из жидкости; например – классификация фруктовых соков является удалением веществ, которые придают мутность.

Осветление применяется для жидкостей с небольшим количеством взвешенного твердого вещества, а для более насыщенного раствора используется декантер. Как сепаратор — это устройство также используется, но со своей спецификой.

По сфере применения

По назначению выделяются несколько категорий сепараторов:

Пищевая промышленность: получение сливок и молока различной жирности, обезжиривание творога, удаление посторонних примесей, производство спирта и пива.
Сельское хозяйство – переработка отходов бойни, сортировка зерна и семян, обработка помета отжимом, сушкой и разделением на фазы жидкую, для применения в качестве удобрения, и твердую, которую можно гранулировать для реализации.
Химическая промышленность: разделение эмульсий, очистка взвесей, выделение растворенных в жидкостях газов, производство топлива.
Фармацевтика и биотехнологии: очистка препаратов и реагентов от примесей, задействование при производстве антибиотиков, разделение крови на компоненты, сортировка сырья на особой тарельчатой конструкции.
Топливно-энергетический комплекс и промышленность: очистка нефти и нефтепродуктов от примесей, отделение масла от охлаждающей жидкости в масляных хозяйствах энергетических объектов, очистка топлива перед подачей в двигатель.
Горнодобывающая отрасль: обогащение и очистка рудных и нерудных материалов.
Сфера защиты окружающей среды: разделение пищевых и бытовых отходов, очистка сточных вод на предприятиях и льяльных вод на водном транспорте от нефтяных продуктов, масел, гидравлических жидкостей, антифризов и чистящих химикатов.
Транспорт: очистка топлива для автомобиля и ДВС — бензин, дизель.

Схема сепаратора

Как работают сепараторы молочные, видно по схеме:

Схема строения: 1 – выходные насосы; 2 – крышка барабана; 3 – отверстие распределения; 4 – набор тарелок; 5 – затяжное кольцо; 6 – держатель тарелок; 7 – днище барабана; 8 -корпус барабана; 9 – веретено.

То, из чего сделан сепаратор, может меняться в зависимости от рабочего вещества.

Эффективное отделение твёрдых частиц от жидкости обещает инновационная система очистки воды через центробежный (спиральный) сепаратор. Устройство обеспечивает качественную сепарацию, используя фактор силы тяжести и плотности среды. Эффект разделения получают за счёт организации вихревого потока, обеспечивая тем самым достаточную центробежную силу для организации сепарации компонентов. Благодаря разному удельному весу частиц рабочей среды, осуществляется очистка воды (или иных жидкостей) от примесей, когда более тяжёлые компоненты выносятся на периферию.

Технология вихревой сепарации жидкостей

Организовать вихревой поток проще всего внутри трубы, закрученной формой спирали. А отделить тяжелые компоненты от жидкой среды и собрать их в массу, доступно путём несложной модернизации спирального трубопровода.

В режиме вихревого движения жидкости тяжёлые частицы прижимаются центробежной силой потока к стенкам и далее продвигаются по спирали к точке врезки патрубка отвода тяжёлых частиц. Эта трубка является своеобразным конструкционным продолжением основной спирали.

Структура спирального (центробежного) сепаратора: С — центробежный сепаратор; 1 — вход жидкости; 2 — выход тяжёлых частиц; 3 — выход жидкости; СП — сепараторный патрубок; 1Ф, 2Ф — фланцы D100 мм; 3Ф — фланец D40 мм

Сепараторная трубка отвода тяжёлых частиц принимает скопившуюся на внешней периферии массу тяжелых компонентов и направляет их в сборник или на дальнейшую обработку.

Эта деталь устройства соединяется по касательной с основной спиралью, без изменения направления движения среды. Более легкие частицы, присутствующие в жидкости, тоже увлекаются потоком, но благодаря меньшей массе, перемещаются в центральных слоях вихревого потока.

Лёгкие по весу компоненты не выносятся на периферию основной трубы и не попадают внутрь патрубка, отводящего тяжёлые частицы. Турбулентность, возникающая на высокой скорости течения, противостоит закреплению осадка на стенках. Увеличением скорости движения среды турбулентность можно уменьшать. Эффективность отделения загрязнений при этом увеличивается за счет роста давления в спиральной трубе.

Узлы сепарации при желании могут быть легко изменены. Вот два варианта схемных решений: А — одиночная спираль; В — двойная спираль; 1 — вход субстанции; 3 — выход субстанции; 2 (2.1, 2.2) — слив отделённых тяжёлых частиц

Спиральную трубу и отводящий патрубок тяжёлых частиц можно изготовить из профилей круглой, квадратной или другой формы. Диаметр трубы для отвода тяжелых частиц определяется размером веществ, которые необходимо отделить.

Двух центробежных сепараторов.
Одного винтового сепаратора,
Двух флотационных установок вихревого потока.

Технологическая схема: 1 — технический слив с осадком; 2 — центробежный сепаратор; 3, 4 — аэратор, смеситель, диссольвер; 5 — сборник концентрата; 6 — винтовой сепаратор; 7 — сухое вещество; 8 — песочный фильтр

Первые тестовые исследования по очистке воды финны проводили поэтапными фазами, используя реальные отходы целлюлозно-бумажного производства. Особенность новой системы очистки – непрерывный цикл очистки промышленных вод (ила). Либо ежедневный цикл, начиная от момента выхода жидкости до полного завершения, без стабилизации и осаждения.

Тестовые прогоны оборудования отметились существенной экономией энергии и рабочего пространства. Эксплуатационные расходы сократились почти на 50%. Сравнение велось с расходами, которые неизбежны при эксплуатации других современных передовых систем очистки воды. Издержки по капитальным вложениям также оказались низкими.

Концепция очистки воды по-новому

Центробежный отделитель тяжёлых частиц в натуральном виде. Этот вариант изделия подготовлен для очистки воды на одной из целлюлозно-бумажных фабрик

Milston Hero (1) и продукты, полученные с помощью этой машины: 2 — смесь осадка целлюлозы; 3 — отделённая нижняя фракция; 4 — отделённая верхняя фракция

Результаты испытаний разделения технических стоков целлюлозно-бумажной промышленности получились впечатляющими.

Вихревой флотационный сепаратор

При этом на входящем потоке жидкости и в области потока вихревой флотации полным ходом идёт генерация пузырьков газа. Массы пузырьков вращаются, пересекают вихрь потока жидкости при оптимальном угловом вращении. Взвешенные частицы, закрученные водным вихрем, прилипают к пузырькам газа и переносятся, таким образом, на ячеистую поверхность.

Схема вихревого флотационного сепаратора: 1 — вход воды; 2 — подача, смешение, диссольвинг; 3 — подача газа; 4 — вихревая труба; 5 — флотатор; 6 — вспенивающее устройство

Преимущественные факторы новой системы очистки

Таким образом, преимущества очистки воды вихревым флотационным сепаратором основаны на следующих факторах:

Жидкость течет без остановки путем смешивания, растворения и разделения флотации, что повышает производительность и снижает потребление энергии.
Химические вещества и газы смешиваются непрерывно, растворяются в течение нескольких секунд непосредственно в потоке жидкости.
Пузырьки газа равномерно распределяются в потоке, количество пузырьков огромно, их размер мал и может контролироваться.
В потоке жидкости образуется смесь пузырьков воздуха и реакционного газа, что увеличивает эффективность отделения и очистки в целом.
Дополнительный сжатый воздух может подаваться в поток жидкости, чтобы при необходимости генерировать более объёмные пузырьковые потоки.
Поверхностная энергия границы раздела твердое вещество/ газовое вещество увеличивается с помощью микроскопичных пузырьков и вращательного эффекта, вызванного вихревым потоком. Притяжение твердых частиц к пузырькам газа увеличивается.
Вихревой поток формирует массы пузырьков и твердых частиц единой составляющей основного потока, что уменьшает влияние сдвиговых и гравитационных сил на отрыв.
Эффективность сбора флотационного процесса увеличивается благодаря высокой вероятности столкновения, небольшому размеру пузырьков и высокой плотности воздуха и реакционного газа.
Вихревой поток сохраняет флотационную ячейку чистой продолжительное время, что снижает затраты на техническое обслуживание оборудования очистки.
Конструкция очистки воды не содержит вращательных подвижных элементов, подобных импеллерам, поддерживающим функции смешивания/растворения, что снижает затраты на техническое обслуживание и потребление энергии.
Вихревой поток предотвращает рост популяции бактерий, сокращает их оптическую плотность, исключает ферментацию и удержание осадка на дне и стенках оборудования.
Химическое потребление кислорода быстро снижается благодаря эффективному растворению, высокой концентрации газа и непрерывному процессу обработки.

Технология очистки производственных стоков

Видеоролик в тему, содержимое которого наглядно демонстрирует особенности технологии очистки вод, в данном случае — производственных стоков:

Читайте также: