CC BY
43
Способ управления техпроцессом сепарации жидкости
Л.П. Карташов, д.т.н, профессор, В.В. Назаров, к.т.н., доцент, Оренбургский ГАУ
Центробежные жидкостные сепараторы применяются почти во всех отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине и т.д.
Перспективы создания систем автоматического регулирования (САР) процесса центробежного разделения различных растворов на фракции в сепараторах и основные направления исследований в этой области изложены во многих научных работах. Внедрение новых систем увеличивает мобильность барабана любого сепаратора при его перенастройке на переработку различных материалов.
Известны следующие способы управления техпроцессом сепарации жидкости:
— давлением жидкости в барабане;
— жирностью сливок в молочных сепараторах;
— температурой жидкости;
— равномерной подачей молока в барабан сепаратора;
— скоростью сдвига потоком жидкости в конусном рабочем зазоре (КРЗ) в окружном направлении, корректирующей траектории частиц и позволяющей выбрать наиболее благоприятный режим разделения;
— изменением ширины КРЗ.
В последнем случае при цикловом способе переработки (соблюдая режим рециркуляции подаваемой через ротор центробежного очистителя жидкости), уменьшая расстояние между конусами на каждом цикле, из раствора можно выделить частицы самого малого размера. Ранее этого добивались многоступенчатым способом очистки на нескольких центробежных очистителях, включая операцию фильтрации.
Как известно, фазовый (дисперсный) состав жира молока, диаметр его частиц определяется породой коров, сезоном, составом корма, лактационным периодом. От этого зависит среднее значение диаметра жирового шарика, колеблющееся в пределах от 2,0 до 3,9 мкм [1].
Процент содержания жира в обезжиренном молоке (обрате) повышается с увеличением среднего диаметра жирового шарика [2], что происходит при подаче в барабан молока разного сорта. Граница раздела фаз (координата нейтрального слоя), зависящая от объёмной доли легкого компонента (жира), смещается по отношению к оси вращения барабана сепаратора и перестает совпадать с питающими каналами, образованными отверстиями в тарелках. Этот отрицательный фактор не устраним
в современных промышленных сепараторах и центрифугах.
Координата нейтрального слоя (расстояние питающего канала до оси вращения барабана) определяется по известной формуле [3]:
Сг2 + г 2,
(1)
где С — объёмная доля лёгкого компонента (жира); R — максимальный радиус тарелки; г — уровень раствора во входном канале центральной питающей трубки.
Согласно этой формуле, чем больше С, тем больше должна быть координата Р. В современных промышленных сепараторах из-за фиксированного положения отверстий питающих каналов изменить Р невозможно. Перерабатывать на таких сепараторах другие растворы с разной объёмной долей лёгкого компонента и поддерживать при этом высокое качество разделения затруднительно. Разработанный нами способ регулирования положения питающих каналов позволяет это сделать с помощью реосепаратора [4], показанного на рисунке 1.
Барабан реосепаратора содержит тормозной механизм 2, крышку 3 и основание 4 барабана, разделительную тарелку 5, основной тарелко-держатель с пакетом тарелок 6. На рисунке 1 показана ось питающих отверстий 7, образующих свободный для прохода молока канал 17 (показан заштрихованным). Оси каналов 8 и 9, образованных дополнительными отверстиями в тарелках, закрыты для прохода молока. Верти-
Рис. 1 - Барабан реосепаратора молока (обозначения в тексте)
Рис. 2 - Схема питания конусных рабочих зазоров (обозначения в тексте)
кальный вращающийся полый вал 10 связан с приводом 1. Дополнительный пакет состоит из тарелок 11 с центровочными отбортовками по нижнему основанию конуса. Этот пакет установлен на тарелкодержатель, образующий боковую стенку барабана. Механизм-регулятор положения питающих каналов включает: винт-фиксатор 12, сквозное резьбовое отверстие 13, выполненное в верхней части разделительной тарелки 5, и радиальные глухие отверстия 14 в полом вале 10. Число этих отверстий соответствует числу групп питающих каналов, выполненных на разных расстояниях от оси вращения барабана. Для схемы барабана, показанной на рисунке 1, их три. Отвод сливок 15 и обезжиренного молока 16 производится обычным путём.
На рисунке 2 приведены проекции отверстий в тарелках дополнительного пакета 18 на горизонтальную плоскость (штриховые линии), проекции отверстий в тарелках основного пакета — 19 (сплошные линии). Отверстия 18 и 19 перекрыты для прохода жидкости. Заштрихованы питающие отверстия 17, свободные для прохода молока. Три группы каналов установлены на разных расстояниях от оси вращения Рі, Р2 и Р3. На рисунке 2 они показаны слева направо в порядке уменьшения Р. На рисунке 3 приводится горизонтальный разрез верхней части барабана.
После разгона барабана, подачи молока через вертикальный вращающийся полый вал 10 к питающим каналам одной из групп (например, 7) производится сепарирование. Закончив переработку первой порции молока, выключают привод сепаратора, включают тормозной механизм, останавливают барабан. После промывки пакетов тарелок подготавливают сепаратор к переработке второй порции. Для этого определяют координату нейтрального слоя Р2 по формуле (1), винт-фиксатор выворачивают из радиального глухого отверстия 14, разделительную тарелку 5 с крышкой и с дополнительным пакетом тарелок поворачивают на угол 40°, соответствующий положению Р2. Винт-фиксатор заворачивают в отверстие 20. Питающие каналы 8, которые находятся ближе к оси вращения барабана, открываются для прохода молока. Это положение
Рис. 3 - Винт-фиксатор (обозначения в тексте)
каналов соответствует границе раздела фаз, если объёмная доля жира С второй порции меньше, чем у первой.
Если С у второго раствора окажется больше, то, вычислив значение координаты Р3, поворотом дополнительного пакета тарелок в обратном направлении на угол 40° открывают для прохода раствора питающие каналы 9, которые находятся дальше от оси вращения. Остальные каналы перекрываются, винт-фиксатор 12 заворачивают в отверстие 21. После разгона барабана сепарируют вторую порцию. При сепарировании третьей порции операции настройки и установки питающих каналов на соответствующей границе раздела фаз повторяются. Наличие дополнительных групп питающих каналов расширяет функциональные возможности сепаратора.
Выводы. За счёт конструктивной реализации нового способа управления техпроцессом сепарации молока расширяются функциональные возможности центробежных сепараторов и область их применения, повышается степень универсализации, улучшается качество разделения молока на сливки и обрат, повышается производительность.
Литература
1. Зайковский Я.С. Химия и физика молока и молочных продуктов. М.: Пищепромиздат, 1950. С. 199—201.
2. Лукьянов Н.Я. Теория и расчёт молочных сепараторов. М.: Пищевая промышленность, 1977. С. 10.
3. Романков П.Г., Плюшкин С.А. Жидкостные сепараторы. Л.: Машиностроение, 1976. С. 11.
4. Патент RU №2368428, МПК G01N 11/14. Способ установки питающих каналов на границе раздела фаз / В.В. Назаров, Л.П. Карташов и др. (РФ). № 2008108060 /12 — Заявлено 29.02.08. Опубл. 27.09.09 в Бюл. № 27. 8 с.: ил.
