Диссертация (Смешение пенообразующих жидкостей в аппаратах циклонного типа), страница 2

Цилиндроконический гидроциклон. 1 — цилиндрическаячасть; 2 — крышка; 3 — верхний сливной патрубок; 4 — тангенциальныйпитающий (входной) патрубок; 5 — разгрузочный патрубок; 6 — коническаячасть.Цилиндроконический гидроциклон (рис. 1.1.1) для осветления и сгущениясуспензийработаетследующимобразом.Суспензияподаетсячерезтангенциальный питающий (входной) патрубок 4 в цилиндрическую часть 1аппарата, где под действием центробежных сил, более тяжелые частичкиотбрасываются к внутренней стенке аппарата, перемещаются по спиральнойтраектории в коническую часть 6 и разгружаются в виде сгущенного продуктачерез нижний разгрузочный патрубок 5. Более легкими частичками, радиальнымпотоком жидкости передвигаются к оси аппарата и выносятся восходящимосветленным потоком, выходящим через верхний сливной патрубок 3.11Рисунок 1.1.2.

Цилиндрический гидроциклон. 1 — тангенциальныйразгрузочный патрубок; 2 — корпус аппарата; 3 — тангенциальный питающий(входной) патрубок; 4 — нижний разгрузочный патрубок.Цилиндрический гидроциклон (рис. 1.1.2.) для разделения эмульсийработает следующим образом. Поток эмульсии подается через тангенциальныйпитающий (входной) патрубок, в корпус аппарата 2, где под действиемцентробежных сил, более тяжелая жидкость отходит к внутренней стенкеаппарата, перемещается по спиральной траектории и уходит в тангенциальныйразгрузочный патрубок 1, а жидкость с меньшей плотностью отходит к осиаппарата, перемещается по спиральной траектории и уходит в нижнийразгрузочный патрубок 4.При необходимости увеличения общей производительности единичныегидроциклоны объединяют в батареи (рис. 1.1.3.), причем количество элементов вбатареях может достигать нескольких десятков, а иногда и сотен штук(мультигидроциклоны).12Рисунок 1.1.3.

Батарея гидроциклонов. 1 — коллектор; 2 — гидроциклон; 3— бункер; 4 — подставка; 5 — входной патрубок; 6 — патрубок; 7 — отвод; 8 —патрубок бункера; 9 — патрубок отвода осветленного продукта.Батарея гидроциклонов (рис. 1.1.3.) для осветления и сгущения суспензийработает следующим образом. Коллектор 1 разделен внутренними перегородкамина две части верхнюю и нижнюю. В нижнюю часть, через входной патрубок 5,подается суспензия, а в верхнюю, через отвод 7, осветленный продукт.

В нижнейчасти коллектора 1 происходит распределение потока суспензии междуцилиндроконическими гидроциклонами 2 через патрубки 6. Сгущенный продуктуходит в бункер 3 и отводится далее через патрубок бункера 8, а осветленныйпродукт уходит из установки через верхнюю часть коллектора 1 и патрубокотвода осветленного продукта 9.Существует множество методик расчеты гидроциклонов для проведенияпроцессов разделения в системах жидкость-твердое тело, жидкость-жидкость,жидкость-газ [14; 15; 16; 53], но методики расчета процесса предотвращенияпенообразования при смешении пенообразующих жидкостей в аппаратахциклонного типа нет.131.2.Общая производительность гидроциклонов.Однимизнаиболееважныхпараметров,определяющихрежимыэффективность работы гидроциклонов, является общая производительность —.На сегодняшний день в технической литературе предлагается болеепятидесяти формул для расчета расхода гидроциклонов для таких систем какпульпы, суспензии и несмешивающиеся жидкости [53].

Среди них можновыделить несколько основных расчетных схем, используемых авторами привыводе зависимостей для определения значений[53]:I.Гидроциклон рассматривается как местное сопротивление на трубопроводе.II.Значениерассчитывается на основе формулы истечения черезводослив, образованный краями сливной трубки.III.Производительность определяется из общей формулы истечения жидкостииз затопленного отверстия.IV.Обработка экспериментального материала по производительности сприменением метода анализа размерностей и теории подобия.В работе [53] предложены следующие зависимости общего вида, покоторым можно определить производительность гидроциклона:I.;II.III.;;IV.здесь,,,— эмпирические коэффициенты, на рисунке 1.2.1.представлена общая схема гидроциклона, с указанными на ней геометрическимипараметрами, необходимыми для расчетов14Рисунок 1.2.1.

Общая схема гидроциклона, с указанными на нейгеометрическими параметрами, необходимыми для расчетовСхемагидроциклона. 1 — цилиндрический корпус; 2- крышка; 3- коническая частьаппарата; 4- питающий патрубок; 5- трубка для вывода осветленного продукта; 6насадка для вывода сгущенного продукта.Погрешность фактического значенияот рассчитанного по даннымзависимостям может достигать 20%, а иногда 100% и выше, поэтому ни одну изизвестных зависимостей нельзя считать универсальной. Поскольку они являютсяэмпирическими, то дают значения с удовлетворительной точностью только вдиапазоне конструктивных и режимных параметров работы гидроциклонов, вкоторых проводились экспериментальные исследования.В связи с этим, в ходе лабораторных исследований, мы определялипроизводительность, снимая показания непосредственно со счетчика на входе вгидроциклон, фиксирующего объем потока, проходящего через него.151.3.Механический метод разрушения пен.Как говорилось ранее, для того чтобы избавиться от пены прибегают кодномуиздвухосновныхспособовподавленияпены:химическому,«нехимическому».Ввидутого,чтопредотвращениепроцессапенообразованиявгидроциклоне ближе к «нехимическому» способу пеногашения рассмотрим егоболее подробно.

«Нехимическиий» способ подавления пены условно можноразделить на механические и физические [55].Сущность механических способов пеногашения заключается
в разрушениипены путем механического действия на пузырьки. Принцип работы физическихпеногасителей состоит в изменении физических параметров в аппарате (давления,температуры), на такие, при которых пена существовать не может. [55]Как правило, для механического разрушения пен используют устройства,имеющие вращающиеся элементы, такие как вал, к которым прикрепляютсярабочие части (сетки, диски и пр.) и уже они непосредственно разрушают пену.Рассмотрим несколько аппаратов механического метода пеногашения.Аппарат для культивирования микроорганизмов [47] содержит емкость,внутри нее перемешивающее устройство, выполненное из мешалок, ярусноукрепленных на валу, патрубки для ввода питательной среды, аэрирующего газа иотвода отработанного газа и готового продукта.

Перемешивающее устройствосостоит из трех мешалок. Верхняя мешалка выполнена в виде сплошного диска свырезанными на ней отверстиями, при этом на диске установлены лопатки Тобразной формы с прорезями волнообразной формы в козырьке. Центральнаявыполнена с вертикальными прорезями в боковых сторонах, а нижняя - в формепропеллера.

Питательная смесь (рисунок 1.3.1) вместе с дрожжевым автолизатоми с солями, необходимыми для культивирования микроорганизмов, вноситсячерез питательный патрубок 11, установленный в верхней части корпуса 1ферментатора, который установлен на основание 10. Одновременно с вращением16мешалок, которые приходят в движение от работы электродвигателя 13, вводитсявоздухчерезкультивированияполыйвал2.Длямикроорганизмовпротекания(поддержанияполноценногопроцессатемпературногорежима)аппарат снабжен теплообменной рубашкой 6. Засекается время культивирования.Производятся необходимые замеры.

По завершении процесса культивированияготовый продукт выгружается через выгрузной патрубок 9, а отработанные газывыводятся через патрубок 12. По окончании культивирования выключаетсяэлектродвигатель 13 и останавливается работа ферментатора. [47]Рисунок 1.3.1. Аппарат для культивирования микроорганизмов. 1 — корпусферментатора; 2 — полый вал; 3 — лопатки Т-образной формы; 4 — прорезиволнообразной формы; 5 — верхняя мешалка выполненная в форме диска; 6 —теплообменная рубашка; 7 — центральная мешалка в форме прямоугольника свертикальными прорезями; 8 — нижняя мешалка в форме пропеллера; 9 —17выгрузной патрубок; 10 — основание; 11 — питательный патрубок; 12 —патрубок для отвода газов; 13 — электродвигатель.

[47]Верхняя Т-образная мешалка с прорезями в козырьке волнообразной формыпозволяет не только гасить пену, но и предотвращать ее полное появление.Благодаря выполнению центральной мешалки в форме прямоугольной пластины спродольными прорезями происходит интенсивное и более полное перемешиваниясреды в ферментаторе. Выполнение нижней мешалки в форме предотвращаетоседание частиц на днище аппарата и максимально поднимает частицы доверхнего предела уровня культуральной жидкости в ферментаторе, чтоинтенсифицирует процесс перемешивания по всему объему аппарата.

[47]Так же известен центробежный пеногаситель [39], который содержиткорпус с цилиндрической и конической частями с загрузочным патрубком,цилиндрическуюрешетку,расположеннуюсзазоромотносительноцилиндрической части корпуса, патрубок для отвода воздуха и разгрузкиобеспененного продукта со шламом. Кроме того, он снабжен расположенным наоси симметрии корпуса валом с установленными на нем разбрызгивателем идожимателем,выполненнымисоспиральнымиребрами,противоположноориентированными в разбрызгивателе и дожимателе. Причем вал связан черезредуктор с электродвигателем, разбрызгиватель установлен в цилиндрическойчасти корпуса, а в конической части корпуса размещена коническая решетка свозможностью вращения внутри нее дожимателя. Центробежный пеногаситель(рисунок 1.3.2) работает следующим образом.

От электродвигателя 11 черезредуктор 10 на вал 9 передают крутящий момент, вызывающий вращениеразбрызгивателя 4 и дожимателя 5 со спиральными ребрами. Затем череззагрузочный патрубок 6 подают пеносодержащий продукт. Направленный наразбрызгиватель 4 пеносодержащий продукт под действием центробежных сил сбольшой скоростью попадает на цилиндрическую решетку 2. За счет ударенияпузырьков пены о цилиндрическую решетку 2 происходит разрушение большейих части.

Выделившийся газ и воздух отводят по патрубку 7 для отвода воздуха.Далее продукт с остатками пенной среды под действием сил гравитации попадает18на дожиматель 5 со спиральными ребрами, который производит разрушениеостатков пены. За счет конической решетки 3, происходит дополнительноемеханическое воздействие на пенную среду. Обесцененный продукт со шламомотводят по патрубку 8 для разгрузки обеспененного продукта.