Трубчатые центрифуги: виды, назначение, конструкция и принцип работы
Трубчатая центрифуга представляет собой сепаратор постоянного или периодического действия. Используется для разделения жидких и твёрдых фракций, исследований, тестирования или контроля. Разделение происходит в камере трубчатого типа, установленной на вертикальном валу. Вал центрифуги приводится в движение электродвигателем, газовой турбиной или зубчатой передачей с ручным приводом, расположенной над ротором. Тип привода зависит от вида и модели.
В большинстве случаев центрифужные камеры поддерживаются снизу и сверху высокопрочными металлическими опорами на кронштейнах, а их ось всегда перпендикулярна оси вращения. В свою очередь осаждение происходит в радиальном направлении к оси вращения. Хотя в некоторых трубчатых центрифугах чаши наклонены под углом около 37°, чтобы уменьшить площадь оседания материала.
Виды трубчатых центрифуг
В настоящее время рынок предлагает промышленной и научной отраслям 2 вида вертикальных трубчатых центрифуг:
- ОТР – осветляющие трубчатые центрифуги.
- РТР – разделительные (сепарирующие) трубчатые центрифуги.
Осветление суспензий производится только в периодическом режиме (10—20 мин), поскольку время от времени требуется выгрузка осадка. В свою очередь разделение эмульсий, при отсутствии в них твёрдых частиц, ведётся непрерывным способом.
Назначение трубчатой центрифуги
Трубчатые центрифуги являются стандартным оборудованием для большинства пищевых, биологических, медицинских и химических лабораторий. А также они часто встречаются на предприятиях сельскохозяйственной отрасли (особенно в комплексах по производству молочных продуктов) и в нефтеперерабатывающей промышленности в качестве производственного оборудования.
Задача этих машин заключается в эффективном разделении твёрдых веществ во взвешенном состоянии; или в осветлении жидкостей, когда осаждение не происходит за разумное время в естественном гравитационном поле g. У большинства коммерческих трубчатых центрифуг центробежное поле тяготения может варьироваться от нескольких до десятков тысяч g. Поэтому их коммерческое использование получило широкое разнообразие функций:
- осветление и очистка пищевых продуктов, таких как эфирные масла, экстракты и фруктовые соки;
- разделение несмешивающихся жидкостей, которые нельзя разделить под действием силы тяжести;
- обработка трудноразделяемых эмульсий с незначительным содержанием твёрдой фазы;
- осветление суспензий с тонкодисперсной твёрдой фазой размерами частиц 0,5–5 мкм;
- определение осадка в неочищенных минеральных и растительных маслах;
- очистка смазочных и технических масел;
- тесты на содержание жира в молоке;
- различные испытания.
Трубчатая центрифуга используется в основном для непрерывного отделения жидкостей от эмульсий или мелких частиц от жидкостей. Хотя в некоторых случаях она используется в качестве сепаратора периодического действия. Как правило это требуется для осветления и разделения суспензий в более высоких центробежных полях.
Классификация трубчатых центрифуг
На рынке представлен развёрнутый ассортимент трубчатых центрифуг, которые также разделены на несколько классов. Поэтому в каталогах или в коммерческих предложениях можно встретить целевое обозначение этих машин.
По назначению- Промышленные – для отделения высокоплотной фракции от низкоплотной.
- Индустриальные – для удаления твёрдых частиц (например, из бурового раствора).
- Лабораторные – для исследований (клинические, сверхскоростные, препаративные).
- Аналитические – для седиментационного анализа грубодисперсных суспензий и эмульсий.
- Газовые – для сепарации газов с разными молекулярными массами, например, для разделения изотопов в газовой фазе.
- Фильтрационные – с перфорированными стенками барабана.
- Нефильтрационные – со сплошными стенками барабана.
Благодаря такому разделению легче ориентироваться при выборе, о чём говорят сами предприниматели.
Конструкция и принцип работы трубчатой центрифуги
Конструкции осветляющих и разделительных трубчатых центрифуг довольно схожи и внешне практически не различаются. У обоих вращающийся барабан состоит из длинной полой трубы, длина которой во много раз превышает её диаметр. Но есть у них различия по количеству выходов готовых материалов:
- 2 выхода у разделительных центрифуг (для 2-х фракций).
- 1 выход у осветительных (для одной лёгкой фракции).
В остальном оба вида состоят из таких элементов, как: станина, корпус, двигатель, шкивы, ременная передача, привод тормоза, опоры вала, система смазки, подающая нижняя форсунка, отражательная пластина, сменное регулировочное кольцо и дисковая перегородка.
Принцип работы разделительной центрифуги
Для непрерывного разделения сырье или эмульсия, подлежащие центрифугированию, поступают с нижней форсунки вблизи центральной оси. Далее суспензия отбрасывается отражательной пластиной на внутренние стенки ротора. Заполнение камеры эмульсией сопровождается её сепарированием и образованием разделительной цилиндрической границы раздела между внешним слоем тяжёлой жидкости, и внутренним слоем отсепарированной лёгкой жидкости.
Высота внутреннего слоя лёгкой фракции ограничивается дисковой перегородкой. Удаление разделённых фракций осуществляется через два верхних потока, размещённых не перпендикулярно относительно друг друга. Выход для лёгкого компонента всегда выше выхода для тяжёлой фракции. Схема на рисунке.
Во многих случаях разделение не является полным. Поэтому фракции приходится по несколько раз пропускать через машину. Разработчики используют множество различных конструкций для внутренней конфигурации камеры. Но, как правило, всегда применяются радиальные лопасти. Они увеличивают скорость подаваемого материала и замедляют потоки разделённых фракций перед выпуском.
В зависимости от конструкции, трубчатая центрифуга приводится в движение высокоскоростным электрическим двигателем, воздушной или паровой турбиной. Осаждение происходит по мере того, как жидкость перетекает из одного конца трубы в другой: снизу-вверх. Если очищаемый материал состоит из очень мелких частиц (пыли) или молекул, и его концентрация очень низка, то допускается осаждение твёрдого материала по стенке (обычно эта технология применяется для обеспылевания газовзвесей).
Принцип работы осветительной центрифуги
Эмульсия поступает в камеру через нижнюю форсунку. Далее суспензия отбрасывается отражательной пластиной на внутренние стенки ротора. Высота внутреннего слоя тяжёлой фракции ограничивается дисковой перегородкой. А поскольку в осветительной трубчатой центрифуге нет выхода для кека, то его необходимо периодически удалять со стенок камеры вручную.
В чём отличие трубчатой центрифуги от барабанной?
Различие трубчатых и барабанных центрифуг очень простое: у первых барабаны вытянуты в формы труб; а у вторых – в виде широких невысоких чаш. (Пример на картинке 2). А вот функционал у них довольно схожий – обе выступают скоростными электромеханическими сепараторами.
Преимущества и недостатки
Как и любого рыночного продукта, у трубчатой разделительной или осветительной центрифуги есть свои плюсы и минусы. Оценку этим машинам дают сами экплаутанционщики. Вот краткий перечень положительных и отрицательных сторон.
Преимущества:
- Компактная конструкция.
- Быстрый запуск и остановка.
- Относительно простой монтаж.
- Гибкое использование как для процессов сгущения, так и для обезвоживания.
- Работает автоматически с минимальным количеством блоков контроля и управления.
- Перерабатывает большой объем жидкости и способна справиться с более концентрированным сырьевым материалом.
- Производит много сухих веществ и лучше удерживает твёрдый кек, в зависимости от размера барабана и скорости вращения.
Недостатки:
- Требуется предварительное тестирование для выбора оптимальных настроек машины перед запуском.
- Иногда вызывает вибрацию, которая мешает электронному управлению и структурным компонентам.
- Меньшая площадь поверхности для сепарирования по сравнению с барабанной центрифугой.
- Рекомендуется готовить место с твёрдой поверхностью и под жёсткое крепление.
- Издаёт повышенный шум, особенно для центрифуг с высоким G.
Положительных особенностей больше. А отрицательные моменты не так существенны, чтобы исключить трубчатые центрифуги из орбиты внимания. Они пользуются спросом, и заслуженно занимают свою нишу.
Эвристика трубчатых центрифуг
Считается нормальным, если в обезвоженном первичном кеке останется 15-20% от всего объёма твёрдого вещества в эмульсии. Можно повторить операцию, и лёгкая фракция станет ещё чище.
Тестируемый материал считается идеальным для центрифуги, если твёрдые частицы уплотняются в течение 90–120 секунд, а на выходе прозрачный сток.
Если осевшие твёрдые частицы не выводятся с достаточной скоростью, то чаша заполняется и надлежащего разделения не происходит.
Более длительное время работы барабана обеспечивает более высокую плотность извлекаемого твёрдого вещества.
Для переработки сложного материала может потребоваться более высокая сила G, от 2500.
Как правило, полное извлечение твёрдого вещества составляет от 74 до 84%.
Обзор оборудования
Предлагаем краткий обзор трубчатых центрифуг с фотографиями и основными характеристиками.
| Модель | GF75-Y |
| Внутренний диаметр барабана (мм) | 75 |
| Эффективная высота барабана (мм) | 430 |
| Объем ротора (л) | 2 |
| Максимальная скорость вращения (об/мин) | 20000 |
| Максимальный коэффициент разделения (g) | 16770 |
| Диаметр входного патрубка (мм) | 2, 3, 5 |
| Давление материала на входе (МПа) | > 0,05 |
| Пропускная способность (л/ч) | ~ 500 (по воде) |
| Интенсивность вибрации (мм/с) | ≤4,5 |
| Рабочий шум | ≤85 |
| Скорость двигателя (об/мин) | 2840 |
| Мощность двигателя (кВт) | 1,5 |
| Напряжение (В) | 380 |
| Габаритные размеры (мм) | 500 х 400 х 1200 |
| Вес (кг) | 300 |
Центрифуга лабораторная GQ45-Y
| Модель | GQ45-Y |
| Диаметр резервуара (мм) | 45 |
| Эффективная высота резервуара (мм) | 225 |
| Объем ротора (л) | 0,4 |
| Максимальная скорость вращения | 28000 |
| Фактор разделения (g) | 19700 |
| Диаметр входного патрубка (мм) | 2, 3 |
| Рабочее давление (МПа) | ≥0,05 |
| Производительность для чистой воды (л/ч) | 100 |
| Материал, контактирующий с сырьём | Нержавеющая сталь 304 |
| Время запуска (мин) | ~ 2-3 |
| Время остановки (мин) | ~ 5 |
| Время разбора и чистки (мин) | ~ 5-10 |
| Мощность двигателя (кВт) | 0,6 |
| Макс. скорость вращения двигателя (об/мин) | 4500 |
| Напряжение (В) | 220 |
| Частота (Гц) | 60 |
| Габаритный размер (мм) | 580 х 620 х 730 |
| Вес (кг) | 120 |
| Модель | GQ105-J |
| Диаметр чаши (мм) | 105 |
| Эффективная высота чаши (мм) | 730 |
| Объем осаждения (л) | 6 |
| Скорость вращения (об/мин) | 1 – 16300 |
| Макс. коэффициент разделения (g) | 16000 |
| Диаметр подающего сопла (мм) | 5,6 |
| Входное давление (МПа) | > 0,05 |
| Пропускная способность воды (кг/ч) | ~ 1000 |
| Мощность двигателя (кВт) | 3 |
| Напряжение (В) | 380 |
| Частота (Гц) | 50 |
| Материал чаши | Нержавеющая сталь 304 |
| Габариты (мм) | 760 х 960 х 1700 |
| Вес (кг) | 450 |
| Модель | GF125 |
| Диаметр чаши (мм) | 125 |
| Объем чаши (л) | 8 |
| Скорость вращения чаши (об/мин) | 15000 |
| Макс. коэффициент разделения (g) | 15750 |
| Диаметр сопла (мм) | 4,6,8 |
| Входное давление (МПа) | ≥ 0,05 |
| Производительность (л/ч) | 200 – 500 |
| Мощность двигателя (кВт) | 3 |
| Напряжение (В) | 380 |
| Частота (Гц) | 50 |
| Материал чаши | Нержавеющая сталь 304 |
| Габаритные размеры (мм) | 1200 х 800 х 1800 |
| Вес (кг) | 600 |
| Модель | GQ200 |
| Диаметр барабана (мм) | 200 |
| Объем барабана (л) | 20 |
| Мощность двигателя (кВт) | 4.0 |
| Скорость вращения барабана (об/мин) | 11500 |
| Производительность (л/ч) | 3500 |
| Напряжение (В) | 380 |
| Частота (Гц) | 50 |
| Материал чаши | Нержавеющая сталь 304 |
| Габаритные размеры (мм) | 1200 х 800 х 1800 |
| Вес (кг) | 600 |
Представленные в обзоре центрифуги серии GQ/GF изготавливает китайская компания Shanghai XieLing Automation Technology Co., Ltd. Она принадлежит группе Shanghai ZhangChen (год основания 1994). Дочернее предприятие основано в 2013 году и расположено в Шанхайском парке индустрии роботов (№ 858 Fulian Rd). В основном Shanghai XieLing занимается разработкой и продажей прецизионной автоматизации и роботизированного редуктора. Главной продукцией подразделения выступают центробежные машины. Миссия компании – «Предоставить качество для развития бренда». Все машины сертифицированы, поэтому свободно поступают в РФ для продажи.
ЗаключениеТрубчатая центрифуга находит все большее число применений из-за высоких центробежных возможностей. Её активно используют индустриальные промышленники, производители продуктов и фармацевтические предприятия. На рынке представлен развёрнутый ассортимент этих машин, поэтому заинтересованному собственнику бизнеса будет из чего выбрать.
