СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОСАДКА ИЗ РОТОРА ЦЕНТРИФУГИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF REMOVING SEDIMENT FROM CENTRIFUGE ROTOR AND DEVICE TO THIS END (VERSIONS)

Изобретение относится к оборудованию для центробежного разделения суспензий, а именно к центрифугам, используемым для получения крахмала из крахмалосодержащего сырья, а точнее, для удаления осадка крахмала как из осадительной центрифуги непрерывного действия, так и осадительной центрифуги периодического действия.
Известен способ выгрузки осадка из ротора центрифуги с дополнительным счищением механическим ножом и устройство для его осуществления, предусматривающее штангу, на которой укреплен нож, к тыльной стороне которого прикреплена пружинная рамка, механически контактирующая со стенкой ротора (Авторское свидетельство СССР 1551429, В04В 11/08, 1987). Недостатком этого изобретения является повышенный износ рамки и внутренней поверхности ротора при счищении осадка из-за прямого механического контакта и вызванного этим повышенного трения, а также усложнение конструкции из-за высокого лобового сопротивления ножу, рамке и механизму выгрузки в целом в объеме удаляемого вещества, недостаточное качество выгрузки осадка из ротора из-за того, что осадок остается на неровностях поверхностей ротора и прочих деталей центрифуги.
Известен способ выгрузки осадка из ротора центрифуги механическим ножом, который может совершать возвратно-поступательное и радиально-поворотное движение, и средством для удаления остаточного слоя осадка, выполненным в виде пластинчатого скребка, закрепленного на раме и размещенного с зазором относительно стенки ротора (Патент Российской Федерации 2020003, В04В 11/02, 7/00, опубликован 30.09.94). Этому изобретению присущи те же недостатки, кроме того, из-за зазора между рамой и стенкой остается тонкий слой осадка.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является способ удаления из центрифуги для разделения жидкой неоднородной смеси путем взрыхления осадка и устройство для его осуществления в виде трубчатого скребкового элемента, создающего перепад давления между передней и задней кромкой, и взрыхления осадка таким образом и его удалением (Патент Российской Федерации 2080188, В04В 11/02, В04В 1/00, опубликован 1997.05.27). Этому изобретению присущи те же недостатки, что перечислены выше, из-за того что трубчатый скребковый элемент погружен в осадок.
Техническим результатом изобретения является более качественная выгрузка осадка из ротора центрифуги, исключение износа поверхности устройства из-за отсутствия прямого механического контакта между деталями, упрощение конструкции и его обслуживания из-за существенного уменьшения лобового сопротивления выгружаемого осадка.
Технический результат достигается благодаря тому, что в первом случае устройство для удаления твердого осадка в виде дисперсной системы крахмал-вода характеризуется тем, что включает в себя центрифугу с ротором, штангу, закрепленное к штанге сопло, выполненное с возможностью совершения возвратно-поступательного и вращательного движения вдоль и вокруг оси штанги соответственно, трубку для подачи жидкости в сопло, совмещенную со штангой, при этом сопло установлено на штанге с зазором 10-40 мм над поверхностью твердого осадка и под углом 30-70° к поверхности твердого осадка.
Во втором случае устройство для удаления твердого осадка в виде дисперсной системы крахмал-вода характеризуется тем, что включает в себя центрифугу с ротором, штангу, закрепленное к штанге сопло, выполненное с возможностью совершения возвратно-поступательного и вращательного движения вдоль и вокруг оси штанги соответственно, трубку для подачи в сопло сухого воздуха или эжектируемого воздухом сухого крахмала, совмещенную со штангой, при этом сопло установлено на штанге с зазором 10-40 мм над поверхностью и под углом 30-70° к поверхности твердого осадка.
Способ удаления твердого осадка в виде дисперсной системы крахмал-вода с использованием устройства по первому случаю, характеризующийся наличием операции разделения суспензии в поле центробежных сил центрифуги на жидкую и тяжелую фракции, в том числе в виде твердого осадка, причем перед удалением тяжелой фракции или твердого осадка увеличивают влажность последнего от 3 до 5% путем введения жидкости в дисперсную систему тяжелой фракции под давлением не менее 30 атм на время от 10 до 15 с.
Способ характеризуется тем, что в качестве жидкости используют воду.
Способ характеризуется тем, что осадок удаляют из ротора самотеком.
Способ удаления твердого осадка в виде дисперсной системы крахмал-вода с использованием устройства по второму случаю характеризуется наличием операции разделения суспензии в поле центробежных сил центрифуги на жидкую и тяжелую фракции, в том числе в виде твердого осадка, причем перед удалением тяжелой фракции или твердого осадка уменьшают влажность последнего от 3 до 8%, путем введения в дисперсную систему тяжелой фракции сухого воздуха или сухого крахмала путем эжекции воздухом под давлением не менее 15 атм.
Заявленное изобретение осуществляют следующим образом на примере удаления крахмала с поверхности ротора центрифуги после процесса разделения крахмалосодержащей суспензии. Способ удаления осадка из центрифуги в виде твердого осадка достигается путем уменьшения вязкости за счет незначительного изменения влажности путем введения воды внутрь дисперсной системы «крахмал-вода», удаления дисперсной системы в легкотекучем состоянии, дальнейшего выжимания излишней воды в поле силы тяжести Земли в течение от 3 ч до 8 ч и возврата дисперсной системы в исходное состояние. Другой способ согласно изобретению предусматривает взрыхление и удаление (например, путем подачи сухого теплого воздуха) и получение из дисперсной системы рассыпчатой структуры любым известным способом. Взрыхление осуществляется путем подачи под высоким давлением сухого воздуха или эжекции воздухом сухого крахмала.
Экспериментальные результаты измерения силы лобового сопротивления в зависимости от влажности представлены в графическом виде на Фиг.1 (Фиг.1а - для дисперсной системы «картофельный крахмал - вода», Фиг.1б - для дисперсной системы «пшеничный крахмал - вода»), на Фиг.2 представлено устройство выгрузки осадка указанным в заявленном изобретении способом.
На графиках, представленных на Фиг.1, наглядно видны следующие особенности.
кр
max1
кр1
max2
кр2
1. Наблюдается «пиковое» значение силы лобового сопротивления в критической точке W. Для дисперсной системы «картофельный крахмал - вода» (Фиг.1а) наибольшее значение силы лобового сопротивления F наблюдается в критической точке при влажности W от 49% до 51%, для дисперсной системы «пшеничный крахмал - вода» (Фиг.1б) F - при влажности W от 48% до 50%.
max1
1
max2
2
2. При небольшом уменьшении влажности при условии постоянного взрыхления сила лобового сопротивления уменьшается на порядок. Для картофельного крахмала (Фиг.1а) и пшеничного крахмала (Фиг.1б) при уменьшении влажности W от 3% до 8% сила лобового сопротивления уменьшается, при этом F/F составляет от 8 раз до 10 раз, F/F составляет от 5 раз до 9 раз.
max1
1
max2
2
3. При небольшом увеличении влажности W при условии введения воды в дисперсную систему сила лобового сопротивления также уменьшается на порядок. Для картофельного и пшеничного крахмалов при увеличении влажности от 3% до 5% сила лобового сопротивления уменьшается, при этом соотношения F/F и F/F составляет не менее 10.
1
2
4. При дальнейшем уменьшении влажности W существенного уменьшения силы лобового сопротивления F по отношению к значениям F и F соответственно не наблюдается.
1
2
5. При дальнейшем увеличении влажности W существенного уменьшения силы лобового сопротивления F по отношению к значениям F и F соответственно не наблюдается.
Уменьшение силы лобового сопротивления соответствует уменьшению динамического коэффициента вязкости дисперсной системы в соответствии с уравнениями Навье-Стокса.
На Фиг.2 представлено предлагаемое устройство для осуществления способа, заявленного в изобретении. Устройство выгрузки осадка содержит сопло 1, из которого осуществляется подача жидкости, или сухого воздуха, или эжектируемого сухого вещества осадка, например крахмала. Сопло 1 с помощью штанги 2 имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси штанги 2 и вращательное движение вокруг оси штанги 2. Сопло 1 вводится в ротор 3 за счет возможности возвратно-поступательного движения вдоль оси штанги 2 после завершения процесса разделения, удаления жидкой фракции, когда на стенке ротора 3 остается твердая фракция осадка 4. При этом сопло 1 располагается с зазором по отношению к поверхности осадка 4 за счет возможности вращательного движения вокруг оси штанги 2. Для выгрузки осадка 4 в виде крахмала зазор между соплом 1 и осадком 4 следует установить от 10 мм до 40 мм и под углом от 70 градусов до 30 градусов к поверхности осадка 4. Время удаления осадка 4 в виде крахмала путем введения через сопло 1 воды под давлением 80 атм составляет от 10 с до 15 с. В осадок 4, находящийся на стенке ротора 3, вводится из сопла 1 либо жидкость под давлением не менее 30 атм, либо сухой воздух под давлением не менее 15 атм, либо сухой крахмал путем эжекции воздухом под давлением не менее 15 атм. К соплу 1 подачу жидкости, или воздуха, или воздуха с крахмалом осуществляют через трубку, совмещенную со штангой 2. Осадок 4 с существенно уменьшенной вязкостью удаляется из ротора 3 любым известным способом, в т.ч., например, самотеком.
Способы удаления осадка из центрифуги и устройства для их осуществления поясняются следующими примерами.
Пример 1
Данное изобретение может быть воплощено следующим образом в осадительной вертикальной центрифуге периодического действия. Способ предусматривает увеличение влажности дисперсной системы «пшеничный крахмал - вода» с 48% после процесса разделения при центрифугировании до 51% после введения воды в дисперсную систему с целью выгрузки осадка после завершения процесса разделения и уменьшения частоты вращения ротора. После останова ротора осадок выгружается самотеком через отверстие в нижней части центрифуги.
После завершения процесса разделения и уменьшения частоты вращения ротора 3 в ротор 3 вводится сопло 1. По мере удаления осадка сопло 1 перемещается вдоль стенки ротора 3 за счет возвратно-поступательного движения штанги 2. Зазор между соплом 1 и поверхностью осадка 4 удерживается на постоянной величине и составляет 10 мм, а угол - 60 градусов. При медленном (не более 150 об/мин) вращении ротора 3 из сопла 1 подается вода под давлением 80 атм. После останова ротора 3 осадок выгружается самотеком через отверстие в нижней части центрифуги.
Пример 2
Данное изобретение может быть воплощено следующим образом в осадительной вертикальной центрифуге периодического действия. Способ предусматривает уменьшение влажности дисперсной системы «пшеничный крахмал - вода» с 48% после процесса разделения при центрифугировании до 37% после введения эжектируемого воздухом сухого крахмала в дисперсную систему с целью выгрузки осадка после завершения процесса разделения и уменьшения частоты вращения ротора. При этом из дисперсной системы получается рассыпчатая структура, которая удаляется любым известным способом.
После завершения процесса разделения и уменьшения частоты вращения ротора 3 в ротор 3 с помощью штанги 2 вводится сопло 1. По мере введения эжектируемого сухого крахмала в дисперсную систему сопло 1 перемещается вдоль стенки ротора 3 за счет возвратно-поступательного движения штанги 2. Зазор между соплом 1 и поверхностью осадка 4 удерживается на постоянной величине и составляет 40 мм, а угол - 50 градусов. При медленном (не более 150 об/мин) вращении ротора 3 из сопла 1 подается эжектируемый воздухом сухой крахмал в дисперсную систему под давлением воздуха 15 атм. Полученную из осадка 4 рассыпчатую массу удаляют любым известным способом.
Пример 3
Данное изобретение может быть воплощено следующим образом в осадительной горизонтальной центрифуге непрерывного действия. Способ предусматривает уменьшение влажности дисперсной системы «пшеничный крахмал - вода» с 48% после процесса разделения при центрифугировании до 37% после введения сухого воздуха в дисперсную систему с целью выгрузки осадка после завершения процесса разделения и уменьшения частоты вращения ротора. При этом из дисперсной системы получается рассыпчатая структура, которая удаляется любым известным способом.
После завершения процесса разделения и уменьшения частоты вращения ротора 3 в ротор 3 вводится сопло 1. По мере введения сухого воздуха в дисперсную систему сопло 1 перемещается вдоль стенки ротора 3 за счет возвратно-поступательного движения штанги. Зазор между соплом 1 и поверхностью осадка 4 удерживается на постоянной величине 30 мм, а угол - 70 градусов. При медленном (не более 150 об/мин) вращении ротора 3 из сопла 1 подается сухой воздух в дисперсную систему под давлением 15 атм. Полученную из осадка 4 рассыпчатую массу удаляют любым известным способом.
Пример 4
Данное изобретение может быть воплощено следующим образом в лабораторной центрифуге осадительного действия. Способ предусматривает увеличение влажности дисперсной системы «пшеничный крахмал - вода» с 43% после процесса разделения в пробирке при центрифугировании до 55% после введения воды в дисперсную систему с помощью моечного аппарата высокого давления с целью выгрузки осадка после завершения процесса разделения и останова ротора. После останова ротора осадок выгружается самотеком из пробирки.
После завершения процесса разделения и останова ротора в пробирку вводится сопло. Зазор между соплом и поверхностью осадка в пробирке устанавливается на постоянной величине 40 мм, а угол - 30 градусов. Из сопла подается вода из моечного аппарата высокого давления под давлением 30 атм. После получения однородной суспензии осадок выгружается самотеком из пробирки.
Таким образом, предложенный способ удаления осадка из ротора центрифуги, по сравнению с прототипом, позволяет уменьшить износ внутренней поверхности ротора при очищении осадка, а также упрощает конструкцию устройства, повышает качество выгрузки осадка из ротора центрифуги.