Κεντριφούγα με οθόνη και σπειροειδές: Πώς βελτιώνει την ταχύτητα της διαδικασίας;

Η αρχή της συνεχούς διήθησης που αλλάζει την εξίσωση της παροχής

Μια κεντριφούγα με σπειροειδές φίλτρο λειτουργεί με μια ουσιαστικά διαφορετική αρχή από τις κεντριφούγες τύπου καθίζησης. Αντί να βασίζεται στη βαρύτητα ή στην κεντρομόλο δύναμη για την καθίζηση των στερεών μέσω μιας υγρής λίμνης, το σπειροειδές φίλτρο ωθεί τα στερεά πάνω από ένα κυλινδρικό φίλτρο, ενώ το υγρό αποστραγγίζεται μέσω των οπών του φίλτρου. Αυτή η συνεχής, θετικής μετατόπισης δράση σημαίνει ότι η μηχανή δεν περιμένει τα στερεά να καθιστούν· αντίθετα, τα μεταφέρει ενεργά μέσω της ζώνης διαχωρισμού. Το αποτέλεσμα είναι μια ρυθμός παροχής που μπορεί να είναι δύο έως τρεις φορές υψηλότερος από αυτόν ενός αποστραγγιστή αντίστοιχου μεγέθους που επεξεργάζεται την ίδια ελεύθερα αποστραγγιζόμενη κρυσταλλική πολτώδη μάζα.

Ο σχεδιαστικός συμβιβασμός του φίλτρου που καθορίζει το πρακτικό όριο ταχύτητας

Η οθόνη αποτελεί το συστατικό που καθορίζει το ρυθμό σε μια κεντριφούγο με οθόνη. Το υγρό πρέπει να διέρχεται από τις οπές της οθόνης, ενώ η συνολική ανοιχτή επιφάνεια καθορίζει τη μέγιστη υδραυλική χωρητικότητα. Μια οθόνη με σχισμές 0,10 χιλιοστομέτρων παράγει ένα πολύ διαυγές φιλτράρισμα, αλλά περιορίζει τη ροή. Μια οθόνη με σχισμές 0,25 χιλιοστομέτρων επιτρέπει τη διέλευση 30 έως 50 τοις εκατό περισσότερου υγρού, αλλά επιτρέπει σε περισσότερα λεπτά στερεά να διαφύγουν μαζί με το φιλτράρισμα .

Η πρακτική ταχύτητα ενός κεντριφούγου με σωλήνα οθόνης —δηλαδή ο ρυθμός τροφοδοσίας που μπορεί να διατηρήσει χωρίς υπερχείλιση ή υπερβολική μεταφορά στερεών— εξαρτάται απευθείας από την επιλογή της οθόνης. Ένα εργοστάσιο που επεξεργαζόταν κρύσταλλους θειικού νατρίου διαπίστωσε ότι η αντικατάσταση της οθόνης με σχισμές 0,15 χιλιοστού του μέτρου με οθόνη με σχισμές 0,20 χιλιοστού του μέτρου αύξησε τον βιώσιμο ρυθμό τροφοδοσίας κατά 38%. Η διαύγεια του φιλτραρίσματος μειώθηκε ελαφρώς, αλλά ο επόμενος κρυσταλλωτήρας μπορούσε να αντιμετωπίσει τα επιπλέον λεπτά σωματίδια χωρίς πρόβλημα. Η βελτίωση της ταχύτητας της διαδικασίας δεν προήλθε από την ταχύτερη λειτουργία της μηχανής, αλλά από την επιλογή οθόνης που αντιστοιχούσε στην ανοχή του επόμενου σταδίου για τη μεταφορά στερεών.

Η θόλωση του σιβηνιού αποτελεί έναν άλλο παράγοντα που περιορίζει τη διατήρηση υψηλής ταχύτητας. Καθώς λεπτά στερεά σωματίδια εγκλωβίζονται στις οπές του σιβηνιού, η ελεύθερη επιφάνεια μειώνεται και η μηχανή «πλημμυρίζει». Η καλύτερη προστασία κατά της θόλωσης είναι ένα σιβήνιο με κατασκευή από σύρμα σε σχήμα πρίσματος (wedge-wire), όπου οι ραφές διευρύνονται προς τα μέσα, επιτρέποντας έτσι στα σωματίδια να διέρχονται αντί να εγκλωβίζονται. Οι εγκαταστάσεις που επεξεργάζονται κολλώδη ή ελαφρώς υγροσκοπικά υλικά εγκαθιστούν συχνά σύστημα πλύσης του σιβηνιού, το οποίο περιοδικά εκτοξεύει πλυντήριο υγρό από την εξωτερική πλευρά του σιβηνιού για να απομακρύνει τα εγκλωβισμένα σωματίδια.

Η Γεωμετρία της Σπείρας που Διέπει τον Ρυθμό Μεταφοράς και τον Χρόνο Αποστράγγισης

Μέσα στην οθόνη του σπειροειδούς δράστη, η βίδα κάνει περισσότερα από τη μετακίνηση των στερεών—ελέγχει επίσης πόσο χρόνο παραμένουν τα στερεά σε επαφή με την οθόνη και πόση μηχανική πίεση ασκείται στο κέικ. Μια βίδα με μονή έλικα και στενή πιτσά κρατά τα στερεά στην οθόνη για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, παράγοντας ξηρότερο κέικ, αλλά περιορίζοντας την όγκο-ρυθμική απόδοση. Μια βίδα με διπλή έλικα και πιο επιθετική πιτσά μπορεί να σχεδόν διπλασιάσει τον ρυθμό επεξεργασίας των στερεών, παρόλο που το κέικ συνήθως εξέρχεται πιο υγρό. .

Η επιλογή της γεωμετρίας της βίδας αντιπροσωπεύει μια σκόπιμη συμβιβαστική απόφαση μεταξύ ταχύτητας διαδικασίας και ποιότητας του κέικ. Ένα εργοστάσιο που χρειάζεται ξηρό κέικ για μεταγενέστερη χειριστική επεξεργασία—όπως ένα περιστρεφόμενο στεγνωτήριο με συγκεκριμένο όριο υγρασίας—μπορεί να επιλέξει τη βίδα με μονή έλικα και να αποδεχτεί τη χαμηλότερη απόδοση. Ένα εργοστάσιο όπου το κέικ μεταφέρεται απευθείας σε δοχείο για περαιτέρω επεξεργασία μπορεί να επιλέξει τη βίδα με διπλή έλικα για να μεγιστοποιήσει την ταχύτητα της γραμμής.

Ορισμένα νεότερα σχέδια σπειροειδών διαχωριστικών οργάνων περιλαμβάνουν κοχλίες με μεταβλητό βήμα, οι οποίοι αρχίζουν με στενό βήμα στο άκρο εισαγωγής για να μεγιστοποιήσουν την αποστράγγιση και μεταβαίνουν σε ευρύτερο βήμα στο άκρο εκροής για να επιταχύνουν την έξοδο των στερεών. Αυτή η μεταβλητή γεωμετρία επιτρέπει στη μηχανή να επιτυγχάνει ταυτόχρονα καλή αποστράγγιση και υψηλή παροχή για την ίδια τροφοδοσία. Η μηχανική πολυπλοκότητα είναι μεγαλύτερη, αλλά τα κέρδη στην ταχύτητα της διαδικασίας μπορούν να είναι σημαντικά.

Η Κατανομή της Τροφοδοσίας ως Παραμέλητος Μοχλός Ικανότητας

Το πώς εισέρχεται η πολτώδης μάζα στον σπειροειδή διαχωριστή καθορίζει εάν η ολόκληρη επιφάνεια του σωλήνα φίλτρου εκτελεί χρήσιμη εργασία. Μια ανομοιόμορφη κατανομή της τροφοδοσίας πλημμυρίζει μία περιοχή του σωλήνα φίλτρου, ενώ αφήνει μία άλλη περιοχή υποφορτωμένη. Το αποτέλεσμα είναι μια μηχανή που λειτουργεί σε 60 έως 70 τοις εκατό της πραγματικής της ικανότητας, με κακή διαύγεια του φιλτρατού στην υπερφορτωμένη περιοχή και ανεκμετάλλευτη επιφάνεια φίλτρου σε άλλες περιοχές .

Η κατάλληλη κατανομή της τροφοδοσίας απαιτεί έναν κατανομέα τροφοδοσίας που διασκορπίζει ομοιόμορφα την πάστα σε όλο το πλάτος της σχάρας. Ορισμένες μηχανές χρησιμοποιούν έναν περιστρεφόμενο κώνο που εκτοξεύει την πάστα προς τα έξω με ομοιόμορφο μοτίβο. Άλλες χρησιμοποιούν έναν ακίνητο κατανομέα με προσεκτικά μηχανικά σχεδιασμένα εμπόδια. Ο κατανομέας πρέπει επίσης να αντιμετωπίζει μεταβολές στη συγκέντρωση της τροφοδοσίας — μια αιφνίδια αύξηση του περιεχομένου στερεών δεν πρέπει να προκαλεί φράξιμο του κατανομέα ή να στέλνει μια συγκεντρωμένη ροή σε μία περιοχή της σχάρας.

Μια εγκατάσταση στο Χεμπέι που επεξεργάζεται θειικό κάλιο αναβάθμισε τον κατανομέα τροφοδοσίας της από ένα απλό σωλήνα σε σχέδιο περιστρεφόμενου κώνου. Ο βιώσιμος ρυθμός τροφοδοσίας αυξήθηκε κατά 22% χωρίς άλλες αλλαγές στη μηχανή. Η βελτίωση προήλθε αποκλειστικά από την καλύτερη αξιοποίηση της διαθέσιμης επιφάνειας της σχάρας.

Προ-πάχυνση και η συγκέντρωση τροφοδοσίας που απελευθερώνει τη μέγιστη ταχύτητα

Οι κεντριφούγες με σπειροειδές φίλτρο λειτουργούν καλύτερα όταν η συγκέντρωση των στερεών στην τροφοδοσία είναι πάνω από ένα συγκεκριμένο όριο—συνήθως 40 έως 60 τοις εκατό κατά βάρος στερεών . Κάτω από αυτό το εύρος, ο όγκος του υγρού υπερβαίνει την υδραυλική ικανότητα του φίλτρου και η μηχανή «πλημμυρίζει» προτού επιτύχει τη μέγιστη δυνατότητα επεξεργασίας στερεών.

Η προ-πάχυνση της τροφοδοσίας—με τη χρήση δεξαμενής καθίζησης, υδροκυκλώνα ή μικρής κεντριφούγης αποσταθεροποίησης—μπορεί να αυξήσει τη συγκέντρωση των στερεών στο βέλτιστο εύρος και να απελευθερώσει την πλήρη δυνατότητα περιστροφής της κεντριφούγης με σπειροειδές φίλτρο. Ένα χημικό εργοστάσιο στην επαρχία Τσιανγκσού που επεξεργάζεται θειικό αμμώνιο εγκατέστησε έναν μικρό υδροκυκλώνα πριν από την κεντριφούγη με σπειροειδές φίλτρο. Ο υδροκυκλώνας αύξησε τη συγκέντρωση των στερεών στην τροφοδοσία από 32 τοις εκατό σε 48 τοις εκατό. Ο βιώσιμος ρυθμός τροφοδοσίας της κεντριφούγης με σπειροειδές φίλτρο αυξήθηκε κατά 65 τοις εκατό και η διαύγεια του αποχυτεύματος βελτιώθηκε, καθώς το φίλτρο δεν υπερτονώθηκε πλέον από τον όγκο του υγρού.

Το προ-παχύνσιμο βήμα προσθέτει εξοπλισμό και πολυπλοκότητα, αλλά η αύξηση της παραγωγικότητας συχνά δικαιολογεί την επένδυση. Για εγκαταστάσεις όπου η κεντριφούγος με σπειροειδές κόσκινο αποτελεί το «στενό σημείο», το προ-παχύνσιμο μπορεί να είναι ο πιο οικονομικά αποτελεσματικός τρόπος αύξησης της ταχύτητας της γραμμής.

Οι κατασκευαστές με εκτεταμένη εμπειρία σε εφαρμογές κεντριφούγων με σπειροειδές κόσκινο, όπως η Huada, προσφέρουν τεχνική υποστήριξη εφαρμογών για να βοηθήσουν τους χρήστες να επιλέξουν το κατάλληλο κόσκινο, την κατάλληλη γεωμετρία της σπείρας και την κατάλληλη στρατηγική προετοιμασίας της τροφοδοσίας για το συγκεκριμένο τους υλικό. Τα κέρδη ταχύτητας διαδικασίας από την κατάλληλη διαμόρφωση μπορούν να είναι εντυπωσιακά, αλλά απαιτούν μια συστηματική προσέγγιση για τη βελτιστοποίηση ολόκληρου του συστήματος διαχωρισμού, όχι μόνο της κεντριφούγου.