Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.


  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Центробежная реосепарация и очистка - экологическая безопасность предприятий
4 мая 2018             

Авторы: Назаров В. В., Назаров С. В., Надточий А. Н. - ООО "Средства охранно-пожарной сигнализации" - Оренбург,
Гирин Д. В. - ГУ «Государственная жилищная инспекция Московской области». МОСТОГРУП - Оренбург - Московская обл. - Россия
 
Экологическая безопасность промышленных предприятий непосредственно связана с переработкой отходов производства и разными способами утилизации сточных вод. Один из них - центробежная реосепарация и очистка.

Центробежная реосепарация и очистка -  экологическая безопасность предприятийБольшое разнообразие существующих продуктов, перерабатываемых центробежными реосепараторами (ЦРС) и реоцентрифугами, многообразие свойств растворов, предназначенных для очистки, объясняет узкую специализацию этих машин почти во всех отраслях национальной экономики. Для каждого нового раствора необходимо разрабатывать новую конструкцию ЦРС.

Все продукты, особенно композитные (многофазные), обладают, кроме вязкостных, широким спектром пластических, упругих, прочностных свойств, присущих любому реальному материальному телу. Эти свойства базовые теории сепарирования Г. И. Бремера и Е. М. Гольдина не учитывают.

Одну модель ньютоновского течения растворов в ЦРС, которую берут за основу эти теории, использовать мы не рекомендуем, т. к. в ряде случаев в барабаны ЦРС не только поступает, но и выходит неньютоновская жидкость. Например, тяжёлая нефть
(представитель высоковязких материалов) и даже обезжиренное молоко (по Вайткусу В. В.) - представитель маловязких продуктов. Известен случай практического решения этой проблемы шведской фирмой «Alfa Laval». Она выпустила на рынок
реорепаратор MBUX, предназначенный для «извлечения дрожжей и микроорганизмов, легко перемещающихся в барабане против действия центробежных сил» (цитата), используя псевдопластические свойства суспензии.

Примеры сепарации сквашенного молока (явно неньютоновский структурированный материал) в производстве творога, тяжёлой нефти (для снижения вязкости) перед закачкой её в магистральный трубопровод показывают важность этой проблемы. В последнем случае используется реосепаратор Х20 фирмы «Alfa Laval».

Раньше этого добивались подогревом и насыщением нефти химикатами-дестабилизаторами. Этим создаётся новая проблема: как потом удалять дестабилизаторы из нефти? Это научное направление требует дополнительных исследований, т. к. в теории сепарации данный эффект не учитывается, а научные разработки зарубежных фирм закрыты - коммерческая тайна.

Характер движения дисперсной частицы в конусных рабочих зазорах (КРЗ) реосепаратора в среде, например, ньютоновской жидкости (веретённое, чистое моторное масла), значительно отличается от её поведения в дисперсионной среде, подчиняющейся законам Шведова-Бингама, Кэссона, Оствальда, Кельвина и др. Одни из этих материалов при течении больше проявляют свойства линейноПластического тела (например, сгущённое молоко), другие - дилатантной жидкости (сливки), третьи - нелинейнопластического тела (натуральный мёд при 30°С) [1, 2].
 
Многие материалы проявляют структурную вязкость, тиксотропию, реопексию и другие свойства. Долгое время проблема универсализации ЦРС оставалась не решённой.

Результат - модельный ряд реосепараторов и реоцентрифуг различных конструкций в мире сейчас составляет более двухсот наименований. Изучение свойств реально существующих продуктов - задача реофизики. Эта наука позволяет вести поиск необходимых заменителей натуральным продуктам, более эффективных и простых по составу (бинарных - одноФазных в идеале). Определение новых реологических моделей жидких и жидкообразных систем и их математических функций вызвано созданием более точной техники измерений, переходом к описанию реологических состояний материалов (при различных
реоФизических способах воздействия на них) уравнениями в интегральной форме.

Потребность в создании реосепараторов и реоцентрифуг универсального типа связана с появлением большого количества новых материалов (полимеров, композитов, пластмасс, пищепродуктов). Химический состав, механические свойства сточных вод на одном предприятии может меняться даже в течение суток.

Более глубокая переработка основных и вторичных материалов (отходов производства) требует автоматизации главных операции технологических процессов разделения и классификации составляющих элементов растворов [3].

В настоящее время задача первичной центробежной переработки многих растворов в основном решена. Одна из проблем современного производства - переработка вторичного сырья, представляющего собой в некоторых случаях равновесную (стабильную) систему, трудно поддающуюся очистке. Это затрудняет их сепарацию. Существующие специальные конструкции реосепараторов для их деструкции (разделения) почти не приспособлены или пользователи не знают о широких возможностях купленных ими машин.

В качестве примера можно привести переработку обезжиренного молока, молочной и творожной сыворотки и других отходов молокозаводов, очистку сточных вод. Задачами, стоящими здесь перед учеными и инженерами-технологами, является
деструкция этих многокомпонентных многофазных растворов, получение после полной операции очистки чистой дисперсионной среды (воды) и ценных белковых пищевых или технических продуктов.
 
Применение различных дополнительных методов воздействия на материал в КРЗ позволит предварительно дестабилизировать равновесную систему, объединить молекулы растворённого вещества в более крупные частицы, способные отделяться в
центробежном поле с более высокой скоростью. Внедрение новых регулируемых параметров в ЦРС повысит их производительность и улучшит качество разделения, даст новый толчок научно-техническому прогрессу.

Совершенствование конструкций реоСепараторов в целях увеличения количества параметров, поддающихся регулированию в автоматическом режиме, несомненно, повысит возможности использования этого перспективного устройства на транспорте. Выгода от такого внедрения следующая:
  • во-первых, повышается качество очистки материалов;
  • во-вторых, появляется возможность восстановления рабочих механических свойств, например, машинных масел, частичная или полная регенерация их уже в процессе эксплуатации и, может быть, автоматическая замена масла одного вида другим, более эффективным для данного режима (лёгкого, среднего, тяжёлого) работы;
  • в-третьих, автоматизируется процесс контроля качества нефтепродуктов во время работы того или иного агрегата;
  • в-четвертых, упрощаются конструкции машин в результате совмещения функций масляных насосов с центробежной очисткой, повышается работоспособность и эффективность их использования;
  • в-пятых, снижаются эксплуатационные расходы и трудоёмкость технического обслуживания; увеличивается долговечность деталей машин.
Развитие такого раздела механики жидкостей, как «Реология масел», применение в машинах центробежных автосепараторов позволяют с новой стороны взглянуть на проблему диагностики автомобилей с помощью вискозиметров поточного типа. Здесь открываются самые широкие возможности. Например, по состоянию масел, циркулирующих в системах смазки машин, можно определять их неисправности, находить причины отклонений от нормальной работы различных агрегатов.
 
По составу нефтяные масла - это сложные продукты. Они также обладают всеми свойствами, присущими реальным материальным телам. Изменения их в процессе работы машины, старение при длительном хранении вполне контролируемы
приборами и методами экспериментальной реологии, но требуют подробного изучения. Исследования должны быть направлены на решение следующих задач [4]:
  • диагностику неисправностей в работе различных агрегатов машин, связанных с системами смазки;
  • получение рекомендаций о возможных режимах очистки масла с последующим восстановлением его рабочих функций путём регенерации;
  • создание более простых (или бинарных) заменителей, представляющих собой чувствительные к различным силовым, электрическим, магнитным полям устойчивые композиции.

Одновременная реализация первых двух задач в современных машинах возможна с установкой центробежных автосепараторов-вискозиметров. Решение третьей задачи будет способствовать разработке систем гидроавтоматики с использованием магнитоРеологических и других эффектов, успешно внедряемых сейчас во многих машинах и устройствах [5]. Появится возможность создания единой системы смазки автомобилей.
 
Хорошо отработана реологией методика управления свойствами различных материалов [6]. В связи с этим встает вопрос о роли тех или иных компонентов (добавок), которые положительным образом влияли бы на качество очистки масла.

Эти добавки могут вноситься по мере надобности по команде контролирующих устройств, например магнитных датчиков, установленных в маслопроводе, или того же автосепаратора, работающего в режиме вискозиметрических измерений.

Равномерное распределение добавок по всему объёму рабочей жидкости возможно через реосепаратор после его автоматической перенастройки в режим концентратора. Таков же порядок настройки автосепаратора в режим регенерации
масла.

Создание систем автоматического регулирования (САР) с новыми регулируемыми параметрами позволит использовать их для переработки как первичных, так и вторичных продуктов. В этом перспективность новых моделей, дающая простор широким фундаментальным исследованиям.

Областью исследований «Механики жидкости» являются процессы переноса массы, тепла, энергии в реологически сложных средах, жидкостях-композитах [7].

Увеличение параметров, управляющих этими процессами, при действии на частицу жидкости центробежных сил - задача сепаратороСтроения.

В существующей теории сепарирования в качестве базовой принята (как говорилось выше) простая ньютоновская модель вязкой жидкости. Вязкость её зависит только от температуры. Основных же параметров, входящих в аналитические зависимости данной теории, значительно больше. Их можно разделить на следующие группы:
1. Геометрические - размеры конусной тарелки, их число; длина и ширина КРЗ; площадь сечения потока; объём жидкости, проходящей через барабан и т. д.
2. Кинематические - радиальная и окружная скорости движения частицы жидкости; скорость сдвиговой деформации; частота вращения ротора; время нахождения материала в зоне разделения и др.
3. Технологические - температура, вязкость, концентрация, размеры дисперсных частиц и т. д.
4. Динамические - напряжение сдвига, давление, энергия, мощность и др.

Управляющими из них являются:
  • температура;
  • частота вращения ротора;
  • скорость подачи и вывода жидкости из барабана;
  • давление;
  • время.
 
К управляющей относится автоматическая система нормализации молока и сливок, основанная на прямом измерении плотности сливок на выходе из барабана, разработанная фирмой «SEITAL», и некоторые другие. Это - небольшое число параметров управления - привело к тому, что ЦРС фактически являются неуправляемыми машинами.

Большинство материалов, перерабатываемых ЦРС и реоцентрифугами, неньютоновские, аномально-вязкие. Вязкость реальных жидкостей зависит не только от температуры, но и, например, интенсивности электрического, магнитного полей, скорости химической реакции, происходящей одновременно с процессом разделения в центробежных реакторах, от степени механического воздействия.

Узкие КРЗ, высокие давление и температура травмируют материал в рабочей зоне разделения. Добиваясь большой производительности, приходится жертвовать качеством. Напряжённый режим переработки в некоторых случаях вызывает
необратимые качественные изменения (например, высокая температура приводит к коагуляции белков). Это недопустимо при дальнейшем использовании в технологическом процессе продуктов, полученных на реосепараторе.

Опыт зарубежных фирм показывает решение этой проблемы в переработке некоторых продуктов. Например, при создании нового поколения лекарств и медикаментов, получаемых из клеточных культур млекопитающих, фирмой «Alfa Laval» разработан техпроцесс сепарации, требующий особенно мягкой обработки с минимальным механическим воздействием на жидкость. Её реосепаратор Culturefuge предназначен для осветления (тонкой очистки) высокоКачественных напитков от частиц, чувствительных к встряхиванию и лёгкому механическому воздействию.

Переработка таких материалов на других машинах приводит к разрушению частиц и создаёт проблемы с выделением, что резко снижает качество конечного продукта.

Такая же проблема решается фирмой «Westfalia Separator» (Германия) в проекте «Мягкий поток». Реосепараторы для молока и пива оснащаются гидрогерметичной системой подачи, предназначенной для щадящей загрузки продукта в барабан. Это
даёт оптимальный осветляющий эффект. Система сепарации с полирующим эффектом здесь является альтернативой процессу фильтрации.

Научные работы, посвященные разработке универсальных многоцелевых, высоко Производительных машин и аппаратов, более чем актуальны. Они нацелены на будущее: помогут выжить многим отраслям промышленности. О космической направленности работ по универсализации ЦРС говорится в статье [8]. Это касается любых универсальных технологий. Аксиома: «Все универсальные технологии - космические».

ЦРС малой и средней производительности пользуются большим спросом, поскольку дешевле, более просты в обслуживании. Например, ведущие зарубежные компании поднимают рентабельность производства заменой одного дорогого ЦРС большой производительности несколькими ЦРС малой производительности (но на порядок меньшей стоимости). Компания «Westfalia Separator» повысила рентабельность процесса производства пекарских дрожжей, заменив три реоСепаратора НFВ большой производительности двумя малой [9].

Несмотря на необходимость серьёзной перестройки техпроцесса реосепарации, такие решения быстро окупаются за счёт более интенсивной загрузки оборудования. Здесь также есть недостаток - быстрый износ машин.

Литература.

1. Азаров, Б. М. Реология пищевых масс /Б. М. Азаров, Н. И. Назаров. - М.:МТИПП, 1970. - 68с.
2. Реологические характеристики пищевых продуктов и полуфабрикатов. - М.:ЦНИИТЭИпищепром, 1971. - 161 с.
3. Назаров, В. В. Совершенствование систем регулирования центробежных сепараторов: сборник докладов научно-технической конференции ИФХМ - 96 /В. В. Назаров, И. А. Волкова. - М.: МГАПБ, 1996. - С.159.
4. Назаров, В. В. Анализ перспектив многоцелевого применения сепараторов /В.В. Назаров //Техника в сельском хозяйстве. - 1996. №5. - С.18 - 20.
5. Прикладная механика и реофизика: сборник научных трудов /Под общей редакцией д.т.н. З. П. Шульмана. - Минск: ИТМО АН БССР, 1983. - 175с.
6. Рябченко, В. И. Управление свойствами буровых растворов. /В. И. Рябченко. - М.: Недра, 1990. - 230с.
7. Трусдел, К. Первоначальный курс рациональной механики сплошных сред /К. Трусдел. - М.: Мир, 1975. - 593с.
8. http://www.i-mash.ru/materials/technology/93490-innovacii-v-reoseparaciitekhnologii.html
9. Седов, В. Ю. Повышение рентабельности процесса при производстве пекарских дрожжей с применением двух сепараторов /В. Ю. Седов //Пищевая промышленность. - 2005. - №3. - С.50 - 51.

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru