เครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบตะแกรงเกลียว: ช่วยเพิ่มความเร็วในการดำเนินกระบวนการได้อย่างไร

หลักการแยกแบบต่อเนื่องที่เปลี่ยนสมการอัตราการไหลผ่าน

เครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบสกรูหน้าจอทำงานตามหลักการพื้นฐานที่แตกต่างจากเครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบตกตะกอน โดยไม่พึ่งแรงโน้มถ่วงหรือแรงเหวี่ยงในการทำให้อนุภาคแข็งตกตะกอนผ่านชั้นของของเหลว แต่สกรูหน้าจอจะดันอนุภาคแข็งข้ามผ่านหน้าจอทรงกระบอก ในขณะที่ของเหลวรินผ่านรูเปิดบนหน้าจอ การทำงานแบบต่อเนื่องและแบบขับเคลื่อนเชิงบวกนี้หมายความว่าเครื่องไม่จำเป็นต้องรอให้อนุภาคแข็งตกตะกอน แต่จะลำเลียงอนุภาคเหล่านั้นผ่านโซนการแยกอย่างแข้งขัน ส่งผลให้อัตราการไหลผ่านสูงกว่าเครื่องแยกแบบเดแคนเตอร์ขนาดเท่ากันได้ถึงสองถึงสามเท่า เมื่อประมวลผลสารแขวนลอยผลึกที่สามารถระบายน้ำได้ดี

ข้อแลกเปลี่ยนในการออกแบบหน้าจอที่กำหนดขีดจำกัดความเร็วที่ใช้งานได้จริง

หน้าจอเป็นส่วนประกอบที่จำกัดอัตราการไหลในเครื่องเหวี่ยงแบบหน้าจอหมุน ของเหลวต้องผ่านช่องเปิดของหน้าจอ และพื้นที่รวมทั้งหมดของช่องเปิดจะกำหนดความสามารถในการไหลสูงสุดของระบบไฮดรอลิก หน้าจอที่มีร่องกว้าง 0.10 มิลลิเมตร จะให้ของเหลวที่กรองได้ใสอย่างมาก แต่จะจำกัดอัตราการไหล ในขณะที่หน้าจอที่มีร่องกว้าง 0.25 มิลลิเมตร จะยอมให้ของเหลวผ่านได้มากขึ้น 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ แต่จะปล่อยของแข็งขนาดเล็กผ่านเข้าไปกับของเหลวที่กรองได้มากขึ้นด้วย .

ความเร็วในการใช้งานจริงของเครื่องแยกสารแบบไซโคลนที่มีตะแกรงหมุน—ซึ่งหมายถึงอัตราการป้อนวัตถุดิบที่เครื่องสามารถรองรับได้โดยไม่เกิดภาวะน้ำท่วมหรือการพัดพาของแข็งส่วนเกิน—ขึ้นอยู่โดยตรงกับการเลือกใช้ตะแกรง โรงงานแห่งหนึ่งที่ผลิตผลึกโซเดียมซัลเฟตพบว่า เมื่อเปลี่ยนจากตะแกรงแบบช่องเปิดขนาด 0.15 มิลลิเมตร เป็นตะแกรงแบบช่องเปิดขนาด 0.20 มิลลิเมตร อัตราการป้อนวัตถุดิบที่สามารถรองรับได้อย่างต่อเนื่องเพิ่มขึ้นร้อยละ 38 ความใสของของเหลวที่ผ่านการกรองลดลงเล็กน้อย แต่เครื่องตกผลึกในขั้นตอนถัดไปสามารถจัดการกับอนุภาคฝุ่นที่เพิ่มขึ้นนี้ได้โดยไม่มีปัญหา ความเร็วในการดำเนินกระบวนการที่ดีขึ้นนี้เกิดขึ้นไม่ใช่จากการหมุนเครื่องให้เร็วขึ้น แต่เกิดจากการเลือกใช้ตะแกรงที่สอดคล้องกับความสามารถในการรับน้ำหนักของของแข็งที่ถูกพัดพาไปยังขั้นตอนถัดไป

การอุดตันของตะแกรงเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่จำกัดความเร็วในการทำงานอย่างต่อเนื่อง เมื่ออนุภาคแข็งขนาดเล็กเข้าไปติดค้างในช่องเปิดของตะแกรง พื้นที่เปิดที่สามารถผ่านได้จะลดลง ทำให้เครื่องเกิดภาวะน้ำท่วม การป้องกันการอุดตันที่ดีที่สุดคือการใช้ตะแกรงที่ผลิตด้วยโครงสร้างลวดแบบฟันเลื่อย (wedge-wire) ซึ่งร่องเปิดจะกว้างขึ้นเมื่อเข้าไปด้านใน ทำให้อนุภาคสามารถผ่านเข้าไปได้แทนที่จะถูกบีบติดค้างไว้ สถานประกอบการที่ประมวลผลวัสดุที่มีความเหนียวหรือมีความชื้นเล็กน้อยมักติดตั้งระบบล้างตะแกรง ซึ่งจะฉีดของเหลวสำหรับล้างผ่านตะแกรงจากด้านนอกเป็นระยะๆ เพื่อขจัดอนุภาคที่ติดค้าง

เรขาคณิตของสกรูที่ควบคุมอัตราการลำเลียงและระยะเวลาการแยกน้ำ

ภายในตัวกรองแบบเกลียว ตัวเกลียวไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เคลื่อนย้ายของแข็งเท่านั้น แต่ยังควบคุมระยะเวลาที่ของแข็งสัมผัสกับตัวกรอง และควบคุมแรงกดเชิงกลที่กระทำต่อเค้ก (cake) อีกด้วย ตัวเกลียวแบบเกลียวเดี่ยว (single-start screw) ที่มีระยะห่างระหว่างเกลียวแคบ จะทำให้ของแข็งอยู่บนตัวกรองนานขึ้น ส่งผลให้ได้เค้กที่แห้งกว่า แต่จำกัดอัตราการไหลของปริมาตรที่สามารถประมวลผลได้ ในขณะที่ตัวเกลียวแบบสองเกลียว (twin-start screw) ที่มีระยะห่างระหว่างเกลียวมากขึ้นสามารถเพิ่มอัตราการจัดการของแข็งได้เกือบเป็นสองเท่า แม้ว่าเค้กที่ได้จะมีความชื้นสูงกว่าโดยทั่วไป .

การเลือกรูปทรงเรขาคณิตของตัวเกลียวเป็นการตัดสินใจอย่างรอบคอบเพื่อแลกกันระหว่างความเร็วของกระบวนการกับคุณภาพของเค้ก โรงงานที่ต้องการได้เค้กที่แห้งสำหรับการจัดการในขั้นตอนถัดไป เช่น เตาอบหมุน (rotary dryer) ที่มีข้อกำหนดเฉพาะด้านความชื้น อาจเลือกใช้ตัวเกลียวแบบเกลียวเดี่ยวและยอมรับอัตราการไหลที่ต่ำลง แต่โรงงานที่เค้กจะถูกส่งไปยังถังเก็บโดยตรงเพื่อเข้าสู่กระบวนการต่อไป อาจเลือกใช้ตัวเกลียวแบบสองเกลียวเพื่อเพิ่มความเร็วในการผลิตสูงสุด

การออกแบบสกรูแบบเวิร์มสำหรับตะแกรงรุ่นใหม่บางรุ่นใช้สกรูแบบเปลี่ยนระยะเกลียวได้ ซึ่งเริ่มต้นด้วยระยะเกลียวที่แคบบริเวณปลายด้านป้อนวัสดุ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการแยกน้ำให้สูงสุด และค่อยๆ เปลี่ยนเป็นระยะเกลียวที่กว้างขึ้นบริเวณปลายด้านปล่อยของแข็ง เพื่อเร่งการปล่อยของแข็งออกอย่างมีประสิทธิภาพ รูปทรงเรขาคณิตแบบเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยให้เครื่องสามารถบรรลุทั้งการแยกน้ำได้ดีและอัตราการผ่านวัสดุสูงในปริมาณวัสดุป้อนเดียวกัน แม้ว่าความซับซ้อนเชิงกลจะสูงขึ้น แต่ผลลัพธ์ที่ได้จากการเพิ่มความเร็วในการดำเนินกระบวนการอาจมีนัยสำคัญ

การกระจายวัสดุป้อนเข้าเครื่อง ซึ่งมักถูกมองข้ามในฐานะปัจจัยที่ส่งผลต่อความสามารถในการประมวลผล

วิธีที่สารเลื่อนไหล (slurry) ถูกป้อนเข้าสู่เครื่องเหวี่ยงแรงเหวี่ยงแบบสกรูตะแกรง จะเป็นตัวกำหนดว่าพื้นที่ผิวตะแกรงทั้งหมดจะถูกใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่ หากการป้อนวัสดุมีการกระจายไม่สม่ำเสมอ จะทำให้ส่วนหนึ่งของตะแกรงถูกน้ำท่วม ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งกลับมีภาระงานต่ำเกินไป ส่งผลให้เครื่องทำงานที่เพียง 60 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ของศักยภาพสูงสุดที่แท้จริง โดยส่วนที่รับภาระงานมากเกินไปจะให้คุณภาพของน้ำที่แยกได้ไม่ดี (filtrate clarity ต่ำ) ในขณะที่พื้นที่ตะแกรงส่วนอื่นกลับไม่ได้ถูกใช้งานอย่างเต็มที่ .

การกระจายวัตถุดิบที่เหมาะสมจำเป็นต้องใช้ตัวกระจายวัตถุดิบที่สามารถกระจายสารแขวนลอยให้ทั่วความกว้างทั้งหมดของตะแกรงอย่างสม่ำเสมอ บางเครื่องจักรใช้กรวยหมุนที่เหวี่ยงสารแขวนลอยออกไปด้านนอกในรูปแบบที่สม่ำเสมอ ในขณะที่เครื่องจักรอื่นๆ ใช้ตัวกระจายแบบคงที่ที่มีแผ่นกั้นที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถัน ตัวกระจายยังต้องสามารถจัดการกับความผันแปรของความเข้มข้นของวัตถุดิบได้ เช่น การเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของปริมาณของแข็งไม่ควรทำให้ตัวกระจายอุดตัน หรือส่งกระแสที่มีความเข้มข้นสูงไปยังส่วนใดส่วนหนึ่งของตะแกรง

โรงงานแห่งหนึ่งในมณฑลเหอเป่ย ซึ่งดำเนินการแปรรูปโพแทสเซียมซัลเฟต ได้อัปเกรดตัวกระจายวัตถุดิบจากท่อธรรมดาเป็นแบบกรวยหมุน ทำให้อัตราการป้อนวัตถุดิบที่ยั่งยืนเพิ่มขึ้น 22 เปอร์เซ็นต์ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบอื่นใดของเครื่องจักร ผลการปรับปรุงนี้เกิดขึ้นทั้งหมดจากการใช้พื้นที่ตะแกรงที่มีอยู่ให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด

การข้นก่อนและค่าความเข้มข้นของวัตถุดิบที่ปลดล็อกความเร็วสูงสุด

เครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบสกรูตะแกรงให้ผลลัพธ์ดีที่สุดเมื่อความเข้มข้นของของแข็งในสารป้อนมีค่าสูงกว่าเกณฑ์หนึ่งๆ ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ที่ร้อยละ 40 ถึง 60 ของน้ำหนักเป็นของแข็ง หากต่ำกว่าช่วงดังกล่าว ปริมาตรของของเหลวจะมากเกินความสามารถในการไหลผ่านตะแกรง ทำให้เครื่องเกิดภาวะน้ำท่วมก่อนที่จะสามารถจัดการของแข็งได้ตามศักยภาพสูงสุด

การเพิ่มความเข้มข้นของของแข็งในสารป้อนล่วงหน้า—ด้วยถังตกตะกอน ไซโคลนไฮโดรไซโคลน หรือเครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบเดแคนเตอร์ขนาดเล็ก—สามารถยกระดับความเข้มข้นของของแข็งให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม และปลดปล่อยศักยภาพความเร็วสูงสุดของเครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบสกรูตะแกรงได้อย่างเต็มที่ โรงงานเคมีแห่งหนึ่งในมณฑลเจียงซู ซึ่งผลิตแอมโมเนียมซัลเฟต ได้ติดตั้งไซโคลนไฮโดรไซโคลนขนาดเล็กไว้ก่อนเครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบสกรูตะแกรง ไซโคลนไฮโดรไซโคลนนี้สามารถเพิ่มความเข้มข้นของของแข็งในสารป้อนจาก 32 เปอร์เซ็นต์ เป็น 48 เปอร์เซ็นต์ ส่งผลให้อัตราการป้อนสารที่เครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบสกรูตะแกรงสามารถรองรับได้อย่างต่อเนื่องเพิ่มขึ้น 65 เปอร์เซ็นต์ และคุณภาพความใสของของเหลวที่แยกได้ (filtrate) ดีขึ้นด้วย เนื่องจากตะแกรงไม่ถูกกดดันจากปริมาตรของของเหลวอีกต่อไป

ขั้นตอนการหนาแน่นล่วงหน้าเพิ่มอุปกรณ์และความซับซ้อน แต่ผลที่ได้จากการเพิ่มอัตราการผ่านวัสดุมักคุ้มค่ากับการลงทุน สำหรับโรงงานที่เครื่องแยกแบบสกรูหมุนผ่านตะแกรงเป็นจุดคอขวด การหนาแน่นล่วงหน้าอาจเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนมากที่สุดในการเพิ่มความเร็วของสายการผลิต

ผู้ผลิตที่มีประสบการณ์อย่างกว้างขวางในการประยุกต์ใช้เครื่องแยกแบบสกรูหมุนผ่านตะแกรง เช่น หัวต้า (Huada) ให้บริการสนับสนุนด้านวิศวกรรมการประยุกต์ใช้งาน เพื่อช่วยผู้ใช้เลือกตะแกรง ส่วนประกอบรูปทรงของสกรู และกลยุทธ์การเตรียมวัตถุดิบให้เหมาะสมกับวัสดุเฉพาะของตน ผลที่ได้จากการปรับแต่งเครื่องให้เหมาะสมสามารถเพิ่มความเร็วของกระบวนการได้อย่างมาก แต่ต้องอาศัยแนวทางเชิงระบบในการปรับแต่งระบบทั้งหมดที่ใช้แยกวัสดุ ไม่ใช่แค่เครื่องแยกแบบสกรูหมุนผ่านตะแกรงเพียงอย่างเดียว