UTILAJE PENTRU SEDIMENTARE

Uti l a je pe ntr u se di me nta r e

VI. UTILAJE PENTRU SEDIMENTARE VI.1. Utilaje pentru sedimentare în câmp de forţe gravitaţional Utilajele de sedimentare în câmp de forţe gravitaţional se clasifică în: - camere de sedimentare sau de desprăfuire; - decantoare pentru suspensii solide în medii lichide; - decantoare – vase florentine pentru amestecuri lichid – solid. Camerele de desprăfuire se utilizează pentru separarea particulelor solide din aer, cu scopul purificării acestuia. Camera simplă de desprăfuire (figura VI.1) se compune din: 1 – gură de alimentare 2 – incinta de desprăfuire 3 – gură de evacuare pentru aer purificat. Modul de operare este următorul: amestecul intră în incinta de desprăfuire (2) prin gura de alimentare (1) dispusă la o înălţime suficient de mică pentru a obţine o viteză mică de sedimentare, ceea ce duce la sedimentarea cât mai multor particule de dimensiuni mici. Evacuarea aerului curat se face pe la partea superioară prin gura de evacuare (3), iar particulele solide se colectează la partea inferioară.

1

P r of. Dr . I ng. Te odor –I oa n Tr aş că UTI LAJ E Î N I NDUS TRI A ALI ME NTARĂ

Figura VI.1 – Schema camerei de desprăfuire

Un alt tip de cameră de desprăfuire este cea cu şicane (figura VI.2). Rolul şicanelor este de a schimba sensul de circulaţie a curentului de aer, astfel creştere pierderea de presiune şi în consecinţă se reduce viteza curentului de aer în cameră. Din punct de vedere constructiv – funcţional, camera de desprăfuire cu şicane se compune din: 1 – gură de alimentare 2 – incintă de desprăfuire 3 – gură de evacuare pentru aer purificat 4 – şicane verticale 5 – gură de evacuare pentru particule sedimentate 6 – şicane înclinate. Modul de operare este următorul: amestecul de separat intră în incinta de desprăfuire (2) prin gura de alimentare (1) şi se loveşte de şicanele (4), respectiv (6). Particulele solide se sedimentează şi se evacuează prin gura (5), iar aerul purificat se evacuează pe la partea superioară prin gura (3).

2


a

b

Figura VI.2 – Scheme ale camerelor de desprăfuire cu şicane

Efectul de pierdere a energiei particulelor solide dintr-un curent de aer se poate obţine şi prin lovirea acestora de nişte lanţuri montate în incinta de desprăfuire. Este cazul camerei de desprăfuire cu lanţuri (figura VI.3), compusă din: 1 – gură de alimentare 2 – lanţuri 3 – incintă de desprăfuire 4 – gură de evacuare pentru aer purificat 5 – şnec 6 – gură de evacuare pentru particule sedimentate. Modul de operare este următorul: curentul de aer intră în incinta de desprăfuire (3) prin gura de alimentare (1) şi se loveşte de lanţurile (2). Particulele solide se sedimentează, deci cad la partea inferioară de unde un şnec (5) le transportă către gura de evacuare (6). Aerul purificat se evacuează din cameră prin gura (4).

3


Figura VI.3 – Schema camerei de desprăfuire cu lanţuri

Decantoarele se împart în două mari categorii: discontinue şi continue. Decantoarele discontinue sunt aparate simple, formate în principal dintr-o incintă (un recipient), în care suspensia rămâne până ce se realizează sedimentarea, putând fi astfel folosite şi ca vase de depozitare. Decantoarele discontinue se utilizează în industria vinului, la decantarea din mustului tulbure - un sistem eterogen format dintr-un mediu lichid în care sunt dispersate particule solide. O altă utilizare a acestor tipuri de decantoare este în industria berii: în timpul fermentaţiei primare a mustului de bere, celulele de drojdie sedimentează în linuri şi tancuri de fermentaţie; în timpul fermentaţiei secundare are loc limpezirea berii prin sedimentarea componentelor ce formează tulbureala (celule de drojdie, proteine şi substanţe amare în formă insolubilă tec.) în tancuri metalice şi din beton armat.

4


Decantoarele continue pot fi de mai multe tipuri. Decantorul dreptunghiular cu îndepărtarea mecanică a nămolului se utilizează pentru decantarea apei de transport şi de spălare în industria zahărului şi pentru decantarea apelor potabile. În figura VI.4 se prezintă schema unui astfel de decantor. Din punct de vedere constructiv – funcţional el se compune din: 1 – conductă de alimentare 2 – preaplin 3 – pod rulant 4 – incintă de decanta 5 – conductă de evacuare pentru lichid purificat 6 – conductă de evacuare pentru nămol 7 – groapă pentru colectarea nămolului 8 – bazin 9 – răzuitor.

Figura VI.4 – Schema decantorului dreptunghiular cu îndepărtare mecanică a nămolului

Modul de lucru este următorul: amestecul intră prin conducta de alimentare (1) în incinta (2) prevăzută cu un preaplin, de unde se distribuie uniform în bazinul (camera) de sedimentare (8). Aici are loc separarea lichidului de nămol. Lichidul limpede obţinut deasupra nămolului se scurge peste deversor într-o incintă (4) unde are loc o ultimă decantare, după

5


care se evacuează printr-o conductă (5). Datorită înclinării fundului bazinului, nămolul alunecă spre groapa de nămol de unde se evacuează printr-o conductă (6). Curăţarea bazinului de nămolul depus se face cu un răzuitor (9) care este deplasat permanent de către un pod rulant (3). Un alt tip de decantor continuu este cel cilindric (figura VI.5), utilizat pentru prelucrarea tescovinei proaspete şi obţinerea de tartrat de calciu: precipitatul de tartrat de calciu se separă în două etape, în hidrociclon (particule mari) şi în decantorul cilindric. Din punct de vedere constructiv – funcţional, decantorul se compune din: 1 – racord pentru alimentare 2 – racord pentru evacuarea fazei decantate 3 – corp cilindric 4 – cilindru interior 5 – racord pentru evacuarea fazei sedimentate 6 – corp conic.

Figura VI.5 – Schema decantorului cilindric

6


Modul de operare este următorul: amestecul se alimentează prin racordul (1). Particulele de tartrat de calciu sedimentează, ajung la partea inferioară conică (6) şi se evacuează prin racordul (5). Particulele cele mai mici de tartrat de calciu rămase în suspensie, se evacuează din hidrociclon în cilindrul interior (4). Faza decantată se ridică în zona inelară şi trece prin racordul (2) la fermentare. Un alt decantor cilindric este cel cu agitator (figura VI.6), utilizat pentru tratarea debitelor mari de apă reziduală (12,5 m3/h). Din punct de vedere constructiv – funcţional, se compune din: 1 – sistem de acţionare 2 – ax 3 – tub central de alimentare 4 – rigolă 5 – racord de evacuare pentru lichid curat 6 – braţe de amestecare 7 – raclete 8 – bazin cilindric 9 – racord de evacuare pentru particule solide.

7


Figura VI.6 – Schema decantorului cilindric cu agitator

VI.2. Utilaje pentru sedimentare în câmp de forţe centrifugal VI.2.1. Centrifuge decantoare Centrifugele decantoare se clasifică după două criterii: - după factorul de separare (z): - centrifuge normale: z < 3000; - supercentrifuge: z > 3000; - după poziţia axei: - orizontale; - verticale; - înclinate.

8


Din punct de vedere funcţional, există în principal două mari tipuri de centrifuge decantoare: cu transportor elicoidal şi cu talere. Centrifuga decantoare cu transportor elicoidal se caracterizează prin funcţionare continuă, sedimentul se îndepărtează de pe suprafaţa de decantare şi se evacuează cu ajutorul unui transportor elicoidal. Astfel de centrifuge se construiesc în trei variante, funcţie de forma tamburului decantor: conic, cilindric, cilindro – conic. Centrifugele cu tambur cilindric asigură cea mai bună separare a fazelor, dar sedimentul se evacuează cu un conţinut mare de umiditate. În urma decantării în centrifugele cu tambur conic se obţine un sediment mai uscat, dar decantatul este mai puţin limpede. Centrifugele cu tambur cilindro – conic sunt cele mai utilizate, deoarece îmbină avantajele celorlalte două tipuri constructive. Centrifuga cu talere a fost concepută cu scopul de a micşora spaţiul din interiorul tamburului decantor şi astfel distanţa pe care trebuie să o parcurgă – pentru separare – fazele unei emulsii, cu consecinţe directe asupra scăderii duratei de sedimentare. Micşorarea spaţiului din interiorul tamburului se face prin împărţirea acestuia cu ajutorul unor talere suprapuse în lamele subţiri. În interiorul acestor lamele de lichid se realizează separarea fazelor: – faza uşoară urcă spre centrul centrifugei pe faţa inferioară a talerelor; – faza grea coboară spre periferia centrifugei pe faţa superioară a acestora. Dacă talerele sunt cu orificii (figura VI.7), emulsia supusă separării prin centrifugare se alimentează între talere prin găurile practicate în suprafaţa lor, găuri astfel dispuse, încât

9


faza care trebuie să rezulte în puritate mai mare să parcurgă un drum mai mare între conuri. Modul de lucru într-o astfel de centrifugă este următorul: emulsia se alimentează printr-un tub central în interiorul tobei de centrifugare şi ajunge astfel între talere unde are loc separarea fazelor. Faza uşoară se colectează lângă tubul central, iar faza grea ajunge la periferia rotorului de unde se evacuează prin deschiderile exterioare.

Figura VI.7 – Principiul separării la lamelele dintre conuri în cazul separatorului cu talere

În tabelul VI.1 se prezintă tehnologiile industriei alimentare în care se utilizează centrifugele cu talere şi operaţiile care le realizează.

10


Tabelul VI.1 – Centrifuge cu talere – utilizări

Tehnologii alimentare Tehnologia vinului Tehnologia sucurilor de fructe Tehnologia berii Tehnologia laptelui Tehnologia cărnii şi produselor din carne Tehnologia drojdiei de panificaţie Tehnologia glucozei Tehnologia amidonului

Operaţii Limpezire Limpezire Limpezire Separare de faze Curăţire Concentrare Separare de faze Concentrare Limpezire Concentrare Curăţire Concentrare

În figura VI.8 se prezintă şase tipuri de centrifuge cu tobă cilindrică şi talere. Din punct de vedere constructiv – funcţional, se deosebesc următoarele componente principale: 1 – tub central de alimentare 2 – taler superior 3 – talere curente 4 – taler inferior 5 – ax 6 – disc de presiune 7 – talere cilindrice. Figura VI.8 cuprinde: - centrifuga cu tobă cilindrică şi talere conice fără orificii (a); - centrifuga cu tobă cilindrică şi talere conice fără orificii cu disc de presiune (b, d) – pentru evacuarea sub presiune a fazei limpezite, se montează un disc de presiune (6); - centrifuga cu tobă cilindrică şi talere conice cu alimentare inferioară (c) – alimentarea prin tubul central se face pe la partea inferioară; axul (5) are secţiune inelară; - centrifuga cu tobă cilindrică şi talere conice cu orificii (d, e) – centrifuga funcţionează ca separator de faze şi realizează 11


separarea amestecului eterogen lichid – lichid în faze cu densităţi apropiate. Talerele curente au un număr de 3 – 6 orificii, în funcţie de mărimea lor; - centrifuga cu tobă cilindrică şi talere cilindrice concentrice (f) – se utilizează doar la operaţii de clarificare (must de bere, suc de fructe, vin), faza solidă fiind în proporţie redusă (sub 5% volum). Talerele (7) sunt cilindrice, au la una din părţi o arcuire spre interiorul tobei, arcuire care la montare este alternantă. Lichidul circulă printre talere cu viteză din ce în ce mai mică, ceea ce asigură depunerea pe pereţii talerelor a celor mai fine particule solide, astfel încât lichidul evacuat este limpezit. Un alt tip de centrifuge cu talere este cel cu tobă conică şi duze de evacuare a sedimentului (figura VI.9), utilizate pentru sisteme eterogene solid – lichid bogate în sediment, în operaţii de concentrare de fază. Faza solidă sub formă de particule de dimensiuni mici se concentrează într-o parte din lichid, cealaltă parte din lichid eliminându-se aproape limpede. Eliminarea sedimentului se realizează printr-un sistem de duze, periodic, într-un spaţiu colector, de unde este evacuat. Din punct de vedere constructiv – funcţional, aceste centrifuge se compun din: 1 – tub central de alimentare 2 – taler superior 3 – talere curente 4 – taler inferior 5 – ax gol 6 – orificii 7 – taler distribuitor 8 – arcuri 9 – spaţiu inelar 10 – conductă pentru sifonare.

12


a

b

c

d

e

f

Figura VI.8 – Centrifuge decantoare cu tobă cilindrică şi talere

Figura VI.9 cuprinde:

13


-

-

-

-

centrifuga cu tobă conică şi talere conice cu evacuarea sedimentului cu jet de apă (a) – un jet de apă este dirijat în zona de depunere a sedimentului printr-un ax gol (5); centrifuga cu tobă conică şi talere conice cu evacuarea sedimentului prin recirculare (b) – antrenarea sedimentului se face prin recircularea unui amestec obţinut din apă şi sediment alimentat pe la partea superioară prin orificii (6); centrifuga cu tobă conică şi talere conice cu descărcare automată (c, d) realizează evacuarea sedimentului prin declanşarea automată a unei instalaţii hidraulice de descărcare, la momentul atingerii unei anumite grosimi a stratului depus. Arcurile (8) ţin închise cele două părţi ale tobei. În momentul alimentării apei în spaţiul conic, arcurile se comprimă, corpul centrifugei se îndepărtează de capac şi astfel este posibilă evacuarea prin sistemul de duze. În momentul evacuării se întrerupe alimentarea cu amestec până la oprirea automată a introducerii apei în sistemul hidraulic de evacuare automată a sedimentului; centrifuga cu tobă conică cu talere conice cu orificii şi descărcare prin sifonare (f) – se utilizează la separarea amestecului eterogen în două faze de densitate diferită. Evacuarea fazei cu densitate mai mare se produce la partea inferioară a tobei, printr-un spaţiul inelar (9), de unde o conductă (10) asigură permanent sifonarea spre orificiul de evacuare.

14


a

b

c

d

e f Figura VI.9 – Scheme ale centrifugelor decantoare cu tobă conică şi talere

VI.2.2. Hidrocicloane Hidrocicloanele se utilizează pentru operaţii de separare centrifugală în sisteme solid – lichid. Din punct de vedere constructiv – funcţional, hidrociclonul (figura VI.10) se compune din: 1 – racord de evacuare pentru decantat 2 – racord de alimentare cu suspensie

15


3 – corp cilindric 4 – corp conic 5 – racord de evacuare pentru nămol subţire. Modul de operare este următorul: suspensia se alimentează cu viteză mare în hidrociclon prin racordul tangenţial (2), la partea superioară cilindrică (3). Suspensia parcurge un traseu elicoidal descendent, trece prin partea conică (4), timp în care particulele solide se îndreaptă spre peretele conic, iar lichidul ia o traiectorie elicoidală ascendentă. Particulele solide care ajung la perete coboară de-a lungul acestuia şi se evacuează ca nămol prin racordul (5), iar decantatul ajunge la partea superioară de unde se elimină din hidrociclon prin racordul (1).

Figura VI.10 – Schema hidrociclonului

În general, în hidrocicloane se separă particule cu dimensiuni între 600 – 4 μm. O separare mai bună (separări până la dimensiuni de 1 – 2 μm) se obţine prin înserierea mai multor hidrocicloane pe care suspensia le parcurge în paralel sau în serie. Totalitatea acestor hidrocicloane formează o baterie.

16


17

UTILAJE PENTRU SEDIMENTARE

Recommend Documents