Жидкостные сепараторы - Бремер Г.И.

Автор: Бремер Г.И.

Теги: инженерия машиностроение технологические процессы жидкости движение жидкостей

Год: 1957

Похожие

Большая техническая энциклопедия Т.22

Очистка сточных вод в химической промышленности

Раздел первый. Качество воды

Очистка производственных сточных вод

Текст

(ГК. Гремер
ЖИДКОСТНЫЕ
СЕПАРАТОРЫ
БРЕМЕР Г. И.
д-р техн, наук проф.
ЖИДКОСТНЫЕ
СЕПАРАТОРЫ
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1957
В книге изложены вопросы теории процесса центро-
бежного разделения жидких смесей в тонкослойно рабо-
тающих тарельчатых сепараторах.
На примерах технологического расчета молочного, кро-
вяного, латексного и нефтяного сепараторов показаны
приемы использования изложенных основ теории для
расчета рабочего процесса жидкостных сепараторов лю-
бого назначения при проектировании и эксплуатации.
В книге освещены достижения в сепаратостроении не
только отечественном, но и зарубежных стран.
Книга рассчитана на инженерно-технических и науч-
ных работников и студентов, а в своей прикладной ча-
сти также на мастеров и механиков различных пред-
приятий, применяющих жидкостные сепараторы.
Рецензент проф. В. А. Желиговский
Редактор инж. В. С. Силин
Редакция литературы по машиностроению и приборостроению
Зав. редакцией инж. Н. В. ПОКРОВСКИЙ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Инженеру-механику приходится часто встречаться с затрудне-
ниями при расчете рабочего процесса технологических машин.
Содержанием таких расчетов должно быть определение конст-
руктивных величин рабочих органов этих машин на основании свойств
обрабатываемого материала. Подобные расчеты обычно непривычны
и трудны для механика, так как почти всегда требуют знаний,
весьма далеких от его специальности.
Приобретение этих познаний инженеру особенно важно, если
машина по своему рабочему процессу столь универсальна, что может
быть применена в самых разнообразных отраслях техники и при-
способлена к обработке различных материалов. К такого рода тех-
нологическим машинам относится жидкостный сепаратор.
Первым по времени изобретения был молочный сепаратор. Опыт
изготовления и эксплуатации этого сепаратора имеет более чем
полувековую давность.
Чтобы использовать опыт молочного сепараторостроения в других
новых областях применения жидкостных сепараторов, все материалы
по молочному сепаратору изложены во втором разделе настоящей
книги особенно подробно.
В качестве характерных примеров такого использования даны
технологические расчеты и их экспериментальное обоснование для
кровяного, латексного и нефтяного сепараторов.
Этот прикладной раздел должен помочь инженеру использовать
в своей производственной деятельности изложенные в теоретиче-
ской части основы теории и расчет рабочего процесса жидкостного
сепаратора в тех случаях, когда необходимо спроектировать машину
для нового технологического процесса или проверить возможность
центробежной обработки нового продукта на имеющейся сепаратор-
ной установке.
Книг по теории и расчету рабочих процессов жидкостных тонко-
слойноработающих сепараторов за последние двадцать лет в зарубеж-
ной технической литературе не было опубликовано.
В советской технической литературе за последние годы появились
две монографии по центрифугам проф. В. И. Соколова [49], [50] и
монография проф. В. И. Соколова и Д. Е. Шкоропада [51], в которых
затронуты вопросы теории и расчета тарельчатых сепараторов. Кроме
того, в 1950 г. вышла книга Н. Я. Лукьянова: «Теория и расчет мо-
лочных сепараторов», в которой впервые дано систематическое изло-
1* 3
жение технологических, механических (прочностных), гидравли-
ческих и энергетических расчетов жидкостного сепаратора [361.
Это позволило исключить из настоящей работы ряд вопросов, в том
числе касающихся прочностных и других механических расчетов и
устройства отдельных машин.
В теоретической части работы автор пытался следовать методи-
ческому указанию своего покойного учителя, акад. В. П. Горячкина,
который неоднократно высказывал мысль, что формулы и их мате-
матические преобразования приобретают особую ценность, когда
они не только исходят из принципиально правильных физических
представлений, но и приводят в конечных выводах к новым физиче-
ским понятиям, облегчающим понимание и расчет процесса.
Второй раздел содержит как результат изложенных в нем экспе-
риментальных работ некоторые практические предложения для вне-
дрения их в производство. Предложенные кровяные сепараторы уже
использованы на четырех биофабриках Главбиопрома Министерства
сельского хозяйства. Предложение же применять в сельском хозяй-
стве специальные нефтяные или же выбракованные молочные сепа-
раторы как нефтяные после их несложной переделки машинно-трак-
торные станции и совхозы еще не реализуют.
В книге даны необходимые сведения по применению нефтяных
сепараторов и по переделке силами местных мастерских выбрако-
ванных молочных сепараторов на нефтяные. Это должно способ-
ствовать популяризации и внедрению в сельскохозяйственное про-
изводство центробежной очистки жидких нефтепродуктов, доказа-
вшей свою эффективность в самых разнообразных отраслях про-
мышленности.
Во втором разделе «Факторы, влияющие на технологический
к. п. д. конструкции» и «Практические указания к ручной дина-
мической балансировке сепараторных барабанов» написаны Г. П. Че-
сноковым, который принимал ближайшее участие во всех экспе-
риментах и оказал автору очень большую помощь при составлении
книги.
ВВЕДЕНИЕ
Следы первых попыток человека овладеть техникой использова-
ния центробежной силы для обработки жидкостей теряются в глу-
бокой древности.
В этом можно убедиться, знакомясь хотя бы с древними способами
сбивания масла или добычи плодоягодных соков. Даже в сушке
мокрых рук быстрым встряхиванием уже можно распознать идею,
использованную в одной из первых по времени изобретения цен-
трифуг — в сушильной отжимной центрифуге современных прачеч-
ных.
Древняя индийская маслобойка изображена во время работы на
фиг. 1, а.
Аналогичные примитивные устройства ' для сбивания молока и
сливок в масло обнаружены при раскопках в Месопотамии храма-
города Ур сумерийцев—древнего народа, пришедшего из Туркеста-
на и обитавшего в Вавилонии за пять — три тысячи лет до нашей
эры.
Древнекитайский способ центробежного отжима сока из плодов
представлен на фиг. 1, б.
Человеку потребовались века, чтобы от столь примитивных спо-
собов обработки перейти к вращающемуся барабану жидкостной
центрифуги (фиг. 2, а).
Сравнивая индийскую маслобойку, древнекитайский центро-
бежный сосуд и вращающийся барабан первого молочного сепаратора
(1878 г.) со столь конструктивно отличным от них современным гер-
метическим сепаратором (фиг. 2, 6), нельзя не поразиться этому при-
меру ускорительного характера технического прогресса.
Изучать теоретически центробежную силу [90] первым начал
Гюйгенс (1629—1695 гг.). Он ввел этот термин механики (1669 г.),
теперь общепринятый для обозначения силы инерции, возникающей
при изменении скорости тела по направлению.
Использовать центробежную силу для технических целей и
применять всякого рода центрифуги, в том числе и жидкостные,
в разнообразнейших отраслях техники и в лабораторной практике
5
начали еще раньше XIX века [130], [22]. Из производствен-
ных центрифуг особенно большое распространение получила непре-
рывнодействующая самобалансирующаяся центрифуга, изобретенная
для разделения жидких смесей по удельному весу инж. Г. Лавалем
в 1878 г.
Изобретатель назвал эту центрифугу сепаратором [6].
Сепаратор коренным образом преобразовывал установленные
многолетней практикой технологические процессы, создавая из
кустарных производств крупные индустриальные отрасли.
Фиг. 1. Способы использования центробежной силы в древности:
а — сбивание молока и сливок в масло (Индия); б — отжим сока из плодов (Китай).
С применением сепаратора в молочном деле были получены огром-
ные экономические выгоды благодаря тому, что оказалось возможным
быстро перерабатывать в больших промышленных масштабах такой
скоропортящийся продукт, как молоко, не опасаясь его скисания,
и значительно увеличить выход масла вследствие большей степени
обезжиривания.
Возможность быстрой переработки скоропортящегося сырья на
сепараторах послужила необходимейшей предпосылкой для органи-
зации индустриального производства во многих современных отрас-
лях промышленности.
В современном народном хозяйстве значение сепаратора исклю-
чительно велико. Его используют во всей химической промышлен-
ности, в лакокрасочном производстве, бензино-прачечном деле, в
пивоварении, рыбной промышленности, при изготовлении парфюмер-
ных и фармацевтических препаратов. Современные гигантские турбо-
установки немыслимы без сепараторов, обеспечивающих циркуля-
ционную смазку.
На крупных электроцентралях сепараторы очищают трансфор-
маторные и изоляционные масла.
Океанские суда с применением сепараторов увеличивают свой
полезный тоннаж и уменьшают пожарную опасность, беря вместо
6
больших запасов относительно небольшое количество технических
масел, подвергая их во время плавания судов очистке и восста-
новлению.
Некоторые важнейшие области
торов перечислены в табл. 1.
Сепаратор отличается от всех
других жидкостных центрифуг
своим тарельчатым барабаном
(фиг. 3). Тарельчатые вставки изо-
применения жидкостных сепара-
а) б)
Фиг. 2. Жидкостные сепараторы:
а - сепаратор «Лаваля 1878 г. б — современный герметический сепаратор:
1 — винт для регулировки объемных отношений; 2 — выход сливок; 3 — сливкомер; 4 — выход
обрата; 5 — поступление цельного молока.
бретены в 1888 г. Бехтольсгеймом. Патент Бехтольсгейма [16] по-
лучил название «Альфа-патента», так как первые вставки изгото-
влялись из стали марки «Альфа». Пакет тарелок сепараторного бара-
бана и до настоящего времени часто называют «альфа-устрой-
ством».
Как это ниже указывается, из всех форм тарельчатых вставок
(фиг. 3), предусмотренных патентом, практически применяют во
Фиг. 3. Сепараторный барабан с «альфа-устройством» и схемы тарельчатых вставок .
8
Таблица 1
Некоторые области применения жидкостных сепараторов
1. Сельское хозяйство
2. Пищевая промыш-
ленность
3. Парфюмерное, фар-
мацевтическое и медицин-
ское производство
4. Химическая про-
мышленность
5. Нефтяная промыш-
ленность
6. Газовая промыш-
ленность
7. Лакокрасочная про-
мышленность
Сливкоотделение и очистка молока. Добывание
ветеринарной сыворотки из крови животных. Освет-
ление меда. Осветление плодоягодных соков и вин.
Обезвоживание сливочного масла с целью его кон-
сервирования. Концентрация латекса каучуконосов.
Очистка жидкого топлива и смазки. Очистка отра-
ботавших автолов
Молочное производство. Очистка
молока, обрата и др. Сепарирование и нормализация
молока, сепарирование сыворотки и других продук-
тов.
Кровяное производство. Добывание
из крови животных альбумина.
Бродильное производство. Сепари-
рование дрожжевого сусла. Осветление мелассы на
дрожжевых заводах.
Кондитерское производство.
Очистка какао, масла, сахарной глазури и т. д.
Рыбоконсервное производство.
Очистка китового жира и жира рыбьего и морских
зверей на заводах и во время плавания на кито-
и зверобойных судах и траулерах. Добывание селе-
дочного жира. Очистка и восстановление жира и отва-
рочных масел на рыбоконсервных заводах.
Жировое производство. Очистка
и обезвоживание животных жиров (говяжьего, сви-
ного и бараньего сала), растительных масел (олив-
ковое, пальмовое, соевое), жира для жарения. Добы-
вание нейтрального жира из соапстока. Восстанов-
ление и очистка недоброкачественного коровьего
масла
Добывание лецитина из соевого масла. Осветление
панкреатина, зубопротезного воска, эфирных масел
и др. Очистка рыбьего жира. Сепарирование биоло-
гических жидкостей с целью получения антибиоти-
ков и других лечебных жидкостей
Добывание жемчужного пата для выработки искус-
ственного жемчуга, глицерина из мыльных вод.
Осветление костяного клея, массы и воска для грам-
мофонных пластинок, гумми-арабика. Очистка бен-
зина прачечных заводов
Отделение парафина из масел, гудрона. Очистка
масел в нефтяных перегонных установках, масла
при перегонке бурых углей. Очистка непрерывная
крекинг-бензина
Регенерация бензолопромывных масел. Обезво-
живание смол. Очистка уплотняющего масла сухих
газгольдеров, масел компрессоров
Осветление лаков, масляных красок. Очистка
олифы, типографских красок
9
Продолжение табл. 1
8. Текстильная про- мышленность Очистка вискозы. Добывание шерстяного жира (ланолина) из шерстепромывных вод. Осветление траганта и крахмала для выработки текстильных красок.
9. Авна-автотрактор- ная промышленность и моторостроение Очистка масел с испытательных стендов, промыв- ного бензина, парафина, касторового масла, топлива для дизелей. Восстановление авиа-автотракторного картерного масла.
10. Суда и корабле- строение Очистка непрерывная в период плавания смазоч- ных масел приводных двигателей, судов, катеров и подводных лодок. Очистка топлива для двигателей.
11. Машиностроение Очистка смазочных масел станков, компрессоров, прокатных станов, вакуумнасосов, камнедробиль- ных мельниц, прессов, тепловозов и других машин.
12. Энергоустановки Очистка от влаги и грязи трансформаторного масла и масла масляных выключателей, смазочных масел турбин и дизелей с непрерывной циркулирую- щей смазкой. Очистка топлива для дизелей.
всех современных конструкциях сепараторных барабанов почти
исключительно конические тарелки.
«Альфа-устройство» разделяет жидкость в сепараторном барабане
на тонкие слои.
Благодаря тонкослойности и высоким рабочим скоростям (5000—
12 000 об/мин) при помощи сепаратора обычно удается выделить
из центрифугируемой жидкости при весьма малой разности в удель-
ных весах (порядка 0,1 г/см3 или до 3%) частицы диаметром меньше
1 мк.
Для выделения столь мелких частиц достаточно продержать
жидкость в межтарелочном пространстве барабана всего лишь 1 —
3 сек. За этот короткий срок частицы успевают совершить внутри
потока необходимое для их выделения относительное перемещение,
которое равно в тонкослойноразделяющих сепараторах межтарелоч-
ному зазору и составляет обычно примерно 0,5 лои.
Замена силы тяжести центробежной силой и уменьшение рабочей
высоты отстоя — оба эти фактора вместе интенсифицируют процесс
отстоя в несколько миллионов раз. Это предопределяет огромную
производительность сепараторов или, что то же, их малые габариты.
Дрожжевой сепаратор с рабочей емкостью барабана в несколько
литров пропускает в час до 50 000 л дрожжевого сусла, занимая
площадь примерно 1 ju2 при высоте около 1,5 м.
По динамическим свойствам своего механизма жидкостной сепа-
ратор относится к типу сверхцентрифуг, т. е. к типу быстроходных
центрифуг, работающих на оборотах, которые в несколько раз превы-
шают критические (фиг. 4).
10
Находящаяся в рабочем пространстве такой центрифуги жидкая
гетерогенная система может рассматриваться как система изолиро-
ванная, так как в центробежном силовом поле сверхцентрифуги
практически можно пренебрегать действием земного тяготения из-за
его относительно ничтожной величины.
Проблема быстроходности механизмов впервые была разрешена
изобретением молочного сепаратора в 1878 г. Этот сепаратор делал
6000 об/мин при окружной скорости 49 м/сек [6].
Это была совершенно необычная для того времени рабочая ско-
рость в предназначенной для длительной эксплуатации машине.
Чтобы получить большое число оборотов барабана в механизме сепа-
ратора был установлен упругий горловой подшипник, который
и позволил достигнуть «самобалансировки» сепараторного бара-
бана.
В современных жидкостных сепараторах, особенно в крупных
промышленных машинах, упругость опоры вертикального вала до-
стигается самыми различными способами. В некоторых случаях гор-
ловой подшипник вообще отсутствует, и нужную упругость полу-
чают иными приемами.
Поэтому необходимо хорошо представлять себе способность
сепараторов самобалансироваться и всегда учитывать, что един-
ственной силой, предопределяющей эту способность механизма се-
паратора, есть упругая сила.
На заводе-изготовителе сепараторный барабан тщательно балан-
сируют. При жесткой посадке барабана на вал эту балансировку
производят на специальных станках. При свободной посадке, при-
меняемой в некоторых небольших по производительности и размерам
машинах (например, в мелких молочных сепараторах), успешно балан-
сируют вручную.
Однако даже самой тщательной балансировкой нельзя добиться
достаточного совпадения центра тяжести вращающегося барабана
и его главной оси инерции с геометрической осью вращения.
Неравномерное отложение выделяющихся частиц в грязевом
пространстве, небольшие сотрясения во время работы, ежедневная
сборка и разборка барабана в ходе эксплуатации сепаратора и раз-
личные другие причины всегда могут сместить центр тяжести и вы-
звать односторонне действующую центробежную силу. Эта центро-
бежная сила стремится еще больше увеличить создавшийся эксцен-
триситет. В результате барабан «бьет» и это биение становится наи-
большим при критических оборотах, т. е. когда период воздействия
бьющего барабана на упругую опору совпадает с собственным перио-
дом колебаний упругой опоры.
Первые центрифуги конструировали с расчетом, чтобы сопротив-
ляющиеся биению практически жесткие опоры не вызывали напря-
жений выше допускаемых. Это не позволяло увеличивать количе-
ство оборотов более 1000—1500 в минуту. При таком относительно
небольшом количестве оборотов в жидкостных центрифугах нельзя
было достичь ни большой производительности, ни нужной степени
разделения жидкости. Изобретатель сепаратора показал, что при
11
Сепарация, грубодисперсных
суспензий и эмульсий
(центрифугирование)
Интервал оборотов рабочих 4500—12000 19000— 65 000 75о0 65 000— 1 200 000
Окружная барабанов скорость От 50 до 120 м/сек От 40 до 120 м/сек 65 м/сек 500 м/сек
Фиг. 4. Классификация центрифуг.
12
наличии упругого горлового подшипника можно повышать рабочее
число оборотов до 5000 и больше в минуту. При этих больших обо-
ротах барабан вращается более уравновешенно, чем при малом числе
оборотов, считавшихся ранее предельными.
Это открытие способности механизмов работать устойчиво не
только до критических оборотов, но и перейдя их, способствовало
исключительно быстрому развитию сепараторостроения. Возмож-
ность повысить число рабочих оборотов выше критических составила
сущность изобретения жидкостного сепаратора, практически годного
для производственного использования.
Известные в общем машиностроении гибкие валы (лавалевы тур-
бины), работающие при больших оборотах, построены по тому же
принципу, что и сепараторный вал. В них Лаваль применил это же
свое открытие. В этих гибких валах роль упругого горлового под-
шипника играет упругость самого вала, который изготовляют отно-
сительно очень тонким.
Незначительное отклонение главной оси инерции вращающегося
барабана от геометрической оси опор вала не имеет значения, если
имеется в необходимых пределах возможность к смещению.
На схеме (фиг. 5, а) изображен сепараторный барабан в наклон-
ном положении.
Для наглядности угол значительно увеличен. Момент центробеж-
ных сил, увеличивающийся с повышением числа оборотов, после пуска
сепаратора практически приведет главную ось инерции к совпадению
с геометрической осью опор, так как конфигурация сепараторного
барабана делает эту пару восстановительной. Однако это может быть
не во всех случаях. При смещении прямоугольника может получиться
пара (фиг. 5, б), стремящаяся еще больше увеличить наклон
тела. Поэтому проверка роторов центрифуг на устойчивость необ-
ходима
Чтобы уяснить физическую сущность явления, рассмотрим в упро-
щенном виде смещение центра тяжести барабана (вернее, всей вра-
щающейся вместе с ним системы) с геометрической оси опор [132],
[81]. Такое смещение показано на фиг. 5. в в преувеличенном виде.
Если сепаратор приведен во вращение под действием пары, вели-
чина которой в сравнении со связями достаточно велика, то практи-
чески барабан можно рассматривать в пределах допускаемых опорой
упругих смещений как свободно вращающееся тело. В этом случае
вращение должно происходить вокруг оси, проходящей через центр
тяжести.
Возьмем на валу на высоте положения центра тяжести точку А,
совпадающую в спокойном состоянии машины с геометрической осью
опор в точке О (фиг. 5, г). Для наглядности отклонение центра тяже-
сти показано с большим преувеличением. Если бы горловая опора
была жесткая, то точка А во время вращения механизма не смеща-
лась бы со своего места и совпадала бы с точкой О. Центр тяжести S,
как и любая другая точка тела, не совпадающая с осью вращения,
двигался бы по соответствующей окружности. При свободном вра-
щении в случае достаточно упругих опор и большой пары центр
13
тяжести S должен остаться на месте, тогда точка А на валу, ранее
совпадавшая с геометрической осью опор в точке О, будет описывать
вокруг центра тяжести окружность, поскольку все тело вращается
вокруг оси, проходящей через центр тяжести.
Рассмотрим теперь деформации в пружине горлового подшипника.
Когда вращения нет, точка А совпадает с точкой О, давление пружины
на вал со всех сторон равномерное. Как только
вся система начнет вращаться вокруг оси, про-
ходящей через центр тяжести S, точка А перей-
a — наклон главной
центра тяжести барабана; г — движение вертикального вала; д — упругая опора до самобаланси-
ровки; е — после самобалансировки.
д)
Фиг. 5. Схемы процесса самоцентрирования:
оси инерции барабана; б — трубчатый полый барабан; в — эксцентриситет
ао самоба

дет, описывая окружность, в точку А, (фиг. 5, д), сжав пружину
на величину OAj. Возникающая в результате этой деформации пру-
жины сила упругости стремится йернуть точку в положение А, в
котором давление упругого подшипника на вал было со всех сторон
равномерное.
Окружность, описываемая точкой А при вращении системы
вокруг оси 0г8, показана на схеме пунктиром (фиг. 5, г).
14
Последовательные положения точки А при описывании полной
окружности дают деформации пружины подшипника, соответст-
вующие данному моменту. На схеме (фиг. 5, д) эти деформации
обозначены отрезками ОАЪ О А 2, ОА3 и т. д.
Рассматривая средние значения упругой силы, возникающей
в результате этих деформаций в течение одного полного оборота,
легко усмотреть, что вертикально слагающие упругих сил взаимно
уравновешены, так как для каждого произвольного положения
Дь А2 и т. д. можно найти симметричное положение Д5, А4 и т. д.
с равной и противоположно направленной слагающей сил упругости.
Горизонтально расположенные слагающие сил упругости склады-
ваются и дают результирующую, перемещающую центр тяжести
в сторону сближения S с О. В результате такого смещения S
в конце концов совпадет с О, а точка А сдвинется соответственно на ве-
личину первоначального эксцентриситета OS. Барабан, самобалан-
сируясь, наклоняет вал как раз настолько, чтобы центр тяжести
попал на геометрическую ось вращения. Такое рассмотрение явле-
ния самобалансировки, несмотря на всю свою схематичность, по-
зволяет получить правильное представление об упругости как при-
чине самоцентрирования сепараторного барабана. Доказанная
практически на молочном сепараторе возможность устойчивого
движения на скоростях, превышающих критические, была впосле-
дствии обоснована и аналитически проф. Foppl [81].
На фиг. 5, е дана схема упругой горловой опоры после самобалан-
сировки. Центр тяжести S совпал с точкой О, а точка А продолжает
описывать окружность вокруг S. Радиус этой окружности равен
первоначальному эксцентриситету OS.
Следовательно, после самобалансировки деформация пружины
равна величине первоначального эксцентриситета. Это обстоятель-
ство имеет большое практическое значение, так как из него следует,
что чем меньше первоначальный эксцентриситет, тем меньше дефор-
мация пружины горловой опоры во время работы сепаратора и тем
меньше действующая на вал сила упругости. Трение в горловом
подшипнике тем меньше, чем меньше первоначальный эксцентри-
ситет. Следовательно, несмотря на свойство самобалансировки,
необходимо тщательное балансирование сепараторных бара-
банов.
Если обозначить упругость через k, то сила давления на подшип-
ник в горловой опоре во время работы сепаратора будет равна k -е,
где е — первоначальной эксцентриситет OS. Давление k-e вал
воспринимает все время в одной точке В, которая находится на
противоположной эксцентриситету поверхности вала (фиг. 5, г).
Такое положение для износа машины неблагоприятно, так как вал
изнашивается односторонне. Односторонний износ наблюдается на
валах сепараторов, работающих с неудовлетворительно уравновешен-
ными барабанами. Все это показывает, что при недостаточно точном
выбалансировании большой первоначальный эксцентриситет уве-
личивает не только потребную мощность, но и износ даже при вра-
щении барабана без заметного биения.
15
Расчетом степени точности балансировки роторов, переходящих
критические скорости, занимались многие исследователи, в том числе
акад. П. Л. Капица, разрабатывающий конструкции быстровращаю-
щихся турбодетандеров для получения низких температур и ожиже-
ния воздуха [26]. Очень большое место в технической литературе
отведено и вычислению критических скоростей вращающихся меха-
низмов [54]. Методы балансировки тел, вращающихся вокруг вер-
тикальной оси при помощи станков, изложены в книге И. И. Волчкова
[11] и других авторов [61].
В современном сепараторостроении конструктивные разновид-
ности сепараторов весьма многочисленны и все больше увеличиваются.
При выборе конструктивного типа центрифуги или проектирова-
нии ее для нового технологического процесса прежде всего необхо-
димо:
1) выбрать сепараторный барабан, пригодный для данного тех-
нологического процесса;
2) определить, какие специальные приспособления необходимы
для питания и вывода получаемых фракций;
3) рассчитать длительность непрерывной работы, предопреде-
ляемую размером «грязевых» пространств;
4) рассчитать время пребывания жидкости в барабане, т. е.
определить часовую производительность при целесообразной и до-
стижимой остроте сепарации. Достижимая острота сепарации опре-
деляется при этом расчетом предела сепарации (см. ниже).
Если тяжелые отложения не превышают 0,1%, а размеры мель-
чайших и подлежащих выделению и выводу из барабана диспер-
гированных частиц исходной жидкости находятся в интервале от 0,5
до 5 лис в диаметре, то наиболее пригодным окажется тарельчатый
барабан («альфа-устройство») обычной конструкции, т. е. без при-
способления для непрерывного вывода грязевых отложений.
Тарельчатый барабан может быть приспособлен для сгущения
эмульсий или суспензий. В этом случае барабан принято называть
концентратором. Барабан, разделяющий смеси двух жидкостей по
удельному весу, работает как концентратор или пурификатор, а для
очистки и осветления жидкостей — как кларификатор, т. е. осве-
тлитель (фиг. 6).
Схема работы любого барабана-концентратора может быть объяс-
нена на примере сливокотделительного барабана молочного сепара-
тора. Частицы, более легкие по удельному весу, чем окружающая
среда, движутся по направлению к оси вращения (фиг. 7).
Это всплывание жировых частиц составляет сущность процесса
сепарирования. Кроме этого индивидуального движения отдельных
частиц, в сепараторном барабане происходят еще два явления:
проток жидкости сквозь барабан и образование сливочных токов.
Оба эти потока выводят получаемые фракции из сепараторного ба-
рабана, обеспечивая непрерывность работы.
1. Проток жидкости сквозь барабан. Посту-
пающее в центральную трубку молоко (см. фиг. 3) протекает через
межтарелочные пространства и выходит из отверстий выхода обрата
16
и сливок, разделенное на фракции различного удельного веса. Ко-
личество жидкости, поступающее в барабан и вытекающее из его
фракционных отверстий, зависит от размера отверстия истечения
поплавкой камеры и размеров обоих отверстий выхода сливок и
обрата, а также от соответствующих напоров. Для сепараторного
процесса имеет значение лишь скорость протока молочной жидкости
в межтарелочных пространствах. Именно эта скорость опреде-
ляет время пребывания жидкости' в рабочем объеме барабана, т. е.
время пребывания в рабочем участке межтарелочного пространства.
2. Всплывание жи-
ровых частиц. Сво-
бодная поверхность молоч-
ного кольца, вращающегося
вместе с барабаном внутри
Фиг. 7. Схема движения
жидкости и частиц в па-
кете тарелок.
Фиг. 6. Сепараторный барабан; левая сто-
рона показана в пурификаторной сборке,
правая — в кларификаторной.
него при большом числе оборотов, принимает практически верти-
кальное положение. Периферия барабана представляет собой «дно».
Жировые шарики всплывают к свободной поверхности, т. е. при-
ближаются к оси вращения (в кровяном сепараторе эритроциты,
более тяжелые по удельному весу, чем плазма крови, наоборот,
тонут, направляясь в сторону периферии барабана).
Это всплывание состоит в том, что все жировые шарики, попав-
шие в межтарелочное пространство, движутся от нижней поверхности
каждой верхней тарелки к верхней поверхности соответствующей
нижней тарелки.
Разрез ряда тарелок дан на фиг. 7 для наглядности с искажением
пропорциональности размеров. Стрелками показано направление
всплывания более легких по удельному весу частиц потока жид-
кой смеси. Расстояние между тарелками в молочном сепараторе-
сливкоотделителе равно 0,3—0,4 мм по нормали. Горизонтальное
расстояние соответственно в зависимости от угла наклона образую-
щей тарелки равно 350—500 мк. Жировой шарик, пробегающий это
расстояние, имеет размер 2—3 мк.
2 Бремер 1484 1 7
3. Образование потока сливок. С удалением
от оси вращения центробежная сила увеличивается, а скорость про-
тока жидкости уменьшается. В результате в местах действия большой
силы и меньшей скорости протока всплывают более мелкие жировые
шарики, скорость движения которых в местах, более близких к оси
вращения, настолько незначительны, что их увлекает поток.
Так как эти мелкие жировые шарики, выделившись из общего
потока жидкости, не могут подняться вверх индивидуально, то они
накапливаются у верхней поверхности нижней тарелки каждого
Фиг. 8. Схема сепараторного процесса:
а — концентратор; б — кларификатор; в — пурификатор; 1 — сепараторная слизь; 2 — механические
примеси; 3 — исходный продукт; 4 — более тяжелая фракция; 5 — более легкая фракция; 6 — очи-
щенный продукт; 7 — гидравлический затвор; 8 — вода (непрерывный отвод); 9 — очищенное масло-
межтарелочного пространства. Благодаря этому возникают потоки
концентрируемой фракции, в данном случае сливочные потоки.
Действительно, накапливающиеся жировые шарики уменьшают
удельный вес нижнего слоя жидкости каждого межтарелочного про-
странства настолько, что этот слой начинает как целое подниматься
вверх, образуя вдоль разделительной стенки сплошной поток сливок.
Таким образом, вдоль поверхности каждой тарелки образуется
непрерывный поток сливок, идущий в направлении, противополож-
ном потоку обрата. Чтобы попасть в сливки, жировому шарику не-
обходимо за время протока молока между тарелками достигнуть
сливочного потока. Сепараторные барабаны-концентраторы выделяют
из жидкой смеси мельчайшие частицы, накапливают их и выводят
сплошным потоком наружу по соответствующим фракционным кана-
лам. Эта способность улавливать индивидуальные частицы и обра-
зовывать из них фракционный поток и составляет основное свойство
концентратора и основу эффективности его технологического про-
цесса.
Схема работы кларнфикаторного барабана сходна со схемой кон-
центратора (фиг. 8). Различие состоит лишь в том, что процесс отло-
18
жения более тяжелых частиц на периферии барабана (например,
отложения сепараторной слизи в сливкоотделителе), имеющий в
концентраторе второстепенное значение, в кларификаторе является
основным В кларификаторе предусматривается не только воз-
можность индивидуального осаждения частиц на поверхности
тарелок (как правило, нижней поверхности), но и индивидуальное
соскальзывание осевших частиц в «грязевое» пространство.
Схема работы барабана с пурификаторной вставкой может быть
уяснена из фиг 8 Заливаемая до
тяжелой фракции образует
гидравлический затвор, ме-
шая проникновению более
легкой фракции к периферии.
Это позволяет непрерывно
выводить жидкую более тя-
желую фракцию. Например,
смазочное масло, загрязнен-
ное водой, пурификаторный
барабан не только очищает
от отлагающихся на перифе-
рии механических примесей,
но и непрерывно выводит из
барабана в' виде фракции
выделившуюся воду.
Накапливающиеся в сепа-
раторах по периферии бара-
бана отложения со временем
забивают «грязевое» прост-
ранство. Длительность непре-
рывной работы может быть п р и
этом подсчитана по формуле
начала работы порция более
Фиг. 9. Барабан сепаратора «Дзержинец»
(регулировка по обрату):
7 — основание; 2— шпилька;3 — посадочный вкладыш;
4 — крышка; 5 — ребро; 6 — регулировочный винт;
7 — крепительная гайка; 8 — ребро; 9 — разделитель-
ная тарелка; 10 — тарелкодержатель; 11 — тарелка;
12 — напайки; 13 — нижияя тарелка; 14 —резиновое
кольцо.
h
pL
(1)
где V гряэ — объем «грязевого» пространства в л;
р — процент отложений от общего объема поступающей
жидкости;
L — часовая производительность в л/час\
h — время непрерывной работы в час.
Соответственно своему назначению тарельчатый сепараторный
барабан имеет различную верхнюю тарелку и тарелки пакета с
разным расположением отверстий нейтрального слоя. Отверстия
нейтрального слоя образуют в пакете каналы, по которым сепари-
руемая жидкость поступает в межтарелочные пространства. Необ-
ходимо, чтобы исходный продукт поступал в межтарелочное про-
странство по нейтральному слою, иначе может нарушиться нормаль-
ный ход сепарирования.
В концентраторах верхняя (разделительная) тарелка имеет
относительно высокие ребра, играющие роль насосных лопаток.
2* 19
Чем ближе эти ребра подведены к оси вращения, тем больше выбра-
сывает барабан более тяжелой фракции. Это определяет объемное
соотношение выходящих фракций.
В ограниченном интервале объемные отношения в ходе эксплуа-
тации машины регулируют полым регулировочным винтом, кото-
рым обычно снабжают разделительную тарелку. Реже этот полый
винт устанавливают с той же целью на крышке барабана (фиг. 9).
В осветлительных и пурификаторных барабанах регулировку
объемных отношений осуществляют обычно при помощи сменных
шайб (см. фиг. 6). Пурификаторная верхняя разделительная тарелка
имеет больший размер максимального диаметра и выступает за пакет
тарелок для создания гидравлического затвора (фиг 6 и 8).
Чем меньшую часть составляет более тяжелая фракция, тем
дальше от оси вращения располагают отверстия нейтрального слоя
Фиг. 10. Сепараторный барабан для получения сверх
а — барабан; 1 — патрубок для отвода пахты; 2 — приемники высокожирных сливок
держатель; 6 — напайки тарелок; 7 — отводной рожок
20
жирных сливок и схема его технологического процесса:
Н пахты; 3— регулировочный винт; 4 — рычаг регулятора со шкалой внизу; 5 — тарелко-
лля высокожирных сливок; 8 — тарелки пакета; б — схема.
21
тарелок. В предельном случае эти отверстия совсем отсутствуют, и
жидкость поступает в рабочее пространство пакета с периферии,
огибая тарелки снизу.
Если необходимо концентрировать или разделять жидкую смесь,
в которой более легкая фракция составляет относительно незначи-
тельную часть, то отверстия нейтрального слоя в тарелках пакета
располагают ближе к оси вращения.
Значительную концентрацию более легкой фракции осуществляют,
например, при получении сверхжирных сливок Схематический раз-
рез сепараторного барабана для получения сверхжирных сливок кон-
струкции Лукьянова [36] показан нафиг. 10, а. Отверстия нейтраль-
ного слоя приближены к оси вращения в сравнении с обычной кон-
струкцией сливкоотделителя, а устройство регулировки позволяет
устанавливать объемное соотношение выходящих фракций, необхо-
димое для получения сверхжирных сливок. Схема технологического
процесса данного сепараторного барабана, понятная на основе
приведенного выше объяснения работы концентратора, приведена
на фиг. 10, б. По центральной трубке в барабан поступает цельное
молоко. Сконцентрированные жировые частицы в виде сверхжирных
сливок выходят из барабана через верхнее отверстие, а обрат, почти
не содержащий жира, барабан выбрасывает через отверстие, распо-
ложенное ниже. Для получения сливок жирностью 80% и боль-
ше приходится обычно прибегать к повторному сепарированию.
Н. Я. Лукьяновым предложена конструкция двухсекционного сепа-
раторного барабана для получения надлежащей жирности сливок
при однократном пропуске молока. Устройство такого двухсекцион-
ного сепараторного барабана можно легко себе уяснить из фиг 11, а,
дающей его разрез. Работа барабана пояснена на схеме технологи-
ческого процесса (фиг. 11, б). По центральной трубке в барабан сепа-
ратора поступает цельное молоко Нижняя секция работает как обыч-
ный сливкоотделитель, но сливки из этой секции поступают в верх-
нюю секцию, в которой происходит повторный процесс концентра-
ции. Полученные в результате двойного сепарирования сливки жир-
ностью 80% и более выводят из барабана через верхнее отверстие.
Ниже показано на схеме отверстие вывода обрата (пахты), получае-
мого после сепарирования сливок первого пропуска, а обрат этого
первого пропуска выведен в этой конструкции сепаратора через
имеющееся в дне барабана отверстие.
Двух- и многоступенчатость рабочего процесса широко применяют
в технологических схемах современных тарельчатых сепараторных
барабанов. Выше указаны конструкции с расположением отвер-
стий нейтрального слоя вблизи оси вращения.
Примером среднего расположения отверстий может служить
сливкоотделительный барабан обычного молочного сепаратора, в
котором соотношение фракций регулируется примерно в пределах
от 1:5 до 1 : 12.
В кровяном сепараторе отверстия тарелок располагают значи-
тельно дальше от оси вращения, так как фракция форменных элемен-
тов по объему только немного меньше сывороточной (см. фиг. 82У
22
Если при очистке жидких нефтепродуктов выделяемая вода отво-
дится непрерывно (пурификация), то отверстия тарелок делают
близко к периферии, так как вода составляет небольшую часть исход-
ного продукта.
В кларификаторах тарелки отверстий обычно не имеют. Выде-
ляемые частицы отлагаются в «грязевом» пространстве и на нижних
поверхностях тарелок, а очищаемый продукт поступает в межтарелоч-
ное пространство с периферии тарелок.
На фиг. 6 показан барабан нефтяного сепаратора в разрезе,
причем левая часть представлена в пурификаторной сборке, а пра-
вая — в кларификаторной. Всякий барабан нефтяного сепаратора
снабжен соответствующими сменными деталями и может быть собран
как кларификатор или как пурификатор.
Радиус расположения отверстий нейтрального слоя можно опреде-
лить для случая непрерывно выводимых двух фракций по следующей
формуле
где — искомый радиус в см\
R — максимальный радиус тарелки в см\
г — минимальный радиус в см\
© — объемное отношение более легкой фракции к более тя-
желой.
Нефтяные кларификаторы применяют, если содержание воды в
минеральных маслах или жидком топливе не превышает 0,3%.
Если отложения превышают 0,1 %, то при производительности 1 т
в час они могут составить за 4 часа работы свыше 40 л. Поэтому для
сепараторов большой производительности в некоторых технологи-
ческих процессах необходимы приспособления для непрерывного
или периодического вывода без остановки машины забивающих
грязевое пространство отложений. Задача вывода отложений из
вращающегося на рабочей скорости сепараторного барабана успешно
разрешена в разных вариантах (фиг. 12).
Например, сепаратор марки «САКЭ» завода «Смычка», приспособ-
ленный для периодической центробежной выгрузки с периферии бара-
бана накапливающихся отложений, показан на фиг 13, а барабан
этого сепаратора в разрезе — на фиг. 14.
Периодическую выгрузку отложений осуществляют через отвер-
стия при помощи плавающего конуса 2 и вспомогательной жидкости
(воды).
В пространство между крышкой барабана и плавающим конусом 2
перед началом рабочего хода сепаратора подают вспомогательную
жидкость, которая своим давлением на конус заставляет его опу-
ститься и сжать пружину. При этом опорная поверхность конуса
оказывается плотно прижатой к основанию барабана, и в этом поло-
жении она закрывает выпускные отверстия.
В течение всего рабочего хода вода в небольшом количестве про-
текает через указанное пространство и выпускное отверстие 5 в
23
приемник. После достаточного накопления отложений в грязевом
пространстве подачу исходного продукта прекращают и одновремен-
но перестают подавать вспомогательную жидкость
Вытекающая вода уменьшает свое давление на конус и пружина
поднимает его вверх, открывая тем самым выпускные отверстия.
Центробежная сила выбрасывает через эти отверстия накопившиеся
на периферии барабана отложения вместе с остатком жидкости.
После этого рабочий цикл повторяют. Управление всем этим про-
цессом автоматизировано.
Испытание и исследование сепаратора с центробежной раз-
грузкой отложений (фиг. 15) произведено проф. В. И. Соколовым
(НИИХИММАШ), который дал расчет цикла работы и пришел к
выводу, что при мягком осадке и небольшом процентном содержании
выгрузка отложений осуществляется хорошо, а потери продукта
относительно ничтожны, так как длительность рабочего периода
между выгрузками достаточно велика [51, стр. 314 и 324].
При некоторых технологических процессах открытый приток
жидкости в сепараторный барабан и открытый выход получаемых
1 а>
Фиг. 11. Двухсекционный барабан для получения сверх
а — барабан: / — секция первой сепарации; 2 — секция второй сепарации; 3 — нижний
ь — тарелкодержатель; 7 — верхняя тарелка; 8 — поплавок; 9 — кран; V/ — сборник
5 — обрат (пахта);
24
жирных сливок и схема его технологического процесса:
приемник; 4 — верхний приемник; 5 — крышка барабана с регулировочными винтами;
обрата; б — схема: / — сливки 45%; 2 — молоко; 3 — сливки 83%; 4 — сливки (масло);
б- обрат.
25
фракций вызывают ценообразование, бактериальные загрязнения,
необходимость применять добавочные насосы и др.
В настоящее время в этих случаях используют сепараторы за-
крытые или полузакрытые. В закрытых сепараторах питательный
насос подает в сепараторный барабан по закрытым каналам жидкость
под давлением. Полученные в результате сепарирования фракции
выпускаются и поднимаются по закрытым каналам на необходимую
Фиг. 12. Барабан сепаратора «Титан» с центробежной разгруз-
кой грязевого пространства:
I — выброс отложений; 2 — выход фракции большего удельного веса.
3 — выход фракции меньшего удельного веса;
4 — поступление исходного продукта.
высоту. Высота подъема жидкости может достигать 30 м и больше.
Закрытый так называемый герметический сепаратор, применяемый
для сепарирования молока и многих других жидкостей, пред-
ставлен на фиг. 2, б. Питание барабана исходным продуктом осу-
ществляют в этом сепараторе при помощи центробежного насоса
через полый вертикальный вал, а вывод фракций — через выход-
ные патрубки
Плотность соединения между вращающимися приемными и отвод-
ными штуцерами сепаратора и неподвижными отводными патрубками
достигают специальными резиновыми манжетами.
Закрытый жидкостный сепаратор другой конструкции изображен
на фиг. 16 В этой конструкции вывод более легкой фракции и пита-
ние происходят вверху, а более тяжелую фракцию выводят снизу по
трубке через чашу сепаратора в отводящий трубопровод.
26
Фиг. 13. Сепаратор «САКЭ» завода «Смычка» с центробежной
разгрузкой грязевого пространства:
/ — сборная камера; 2 — станина; 3 — сепараторный барабан с центробежной
выгрузкой отложений; 4 питательные коммуникации буферной жидкости;
5 — поплавковая камера, питающая барабан исходным продуктом; 6 — напор-
ный диск вывода очищенной фракции; 7 _ рукав выброса отложений.
27
Полузакрытый сепаратор имеет обычное открытое питание, а
вывод обеих фракций или же одной из них осуществляют в нем под
давлением, создаваемым вращающимся барабаном. Такие сепара-
торы показаны на фиг. 17. В полузакрытых сепараторах для вы-
вода фракций собственным подъемом используют напорные диски
(фиг. 18), которые неподвижны и помещены в соответствующие
камеры вращающегося барабана [11, стр. 62].
Испытания и исследования закрытых и полузакрытых сепарато-
ров производились Н. Я. Лукьяновым (ВНИМИ), который разрабо-
Фиг. 14. Разрез барабана сепаратора «САКЭ»:
/ — основание барабана; 2 — плавающий конус; 3 — крышка барабана; 4 — пружина
конуса; 5 — отверстия для выпуска воды; 6 — отверстия для выпуска отложений.
тал также и гидравлические расчеты по питанию и выводу фракций
[36 стр. 27, 141—148]. Весьма важным эксплуатационным преиму-
ществом закрытых и полузакрытых сепараторов является возмож-
ность регулировки соотношения выходящих фракций на рабочем ходу.
При осветлении различных жидкостей успешно используют в
химической, биологической, пищевой и других отраслях промышлен-
ности одно-, двух- и многокамерные сепараторы. Они пригодны для
осветления жидкостей с более грубодисперсными частицами (диамет-
ром более 1 мк), дающими отложения больше 0,1%, но менее 1%.
Камерные сепараторы имеют барабаны без тарельчатых вставок
(фиг. 19).
Тарельчатые кларификаторные барабаны выделяют только более
тяжелые отложения, которые оседают на нижней поверхности каждой
28
Фиг. 15. Сепаратор «Вестфалия» для выделения остатков творога
из сыворотки. Разгрузка грязевого пространства центробежная:
/ — сепараторный барабан; 2 — напорный диск вывода очищенной жидкости; 3— под-
вод исходного продукта; 4 — отвод очищенной фракции; 5 — подвод буферной жид-
кости; 6 — отверстия выброса отложений; 7 — отверстия выпуска буферной жид-
кости.
29
30
тарелки и по этой поверхности скользят в грязевое простран-
ство. Эти отложения могут соприкасаться с потоком сепарируе-
мой смеси, в результате чего поток жидкости может их взмучивать и
смывать. В камерных барабанах отложения не подвергаются воздей-
Фиг. 18. Разрез барабана полузакрытого сепаратора «Молмашстроя»
1 — манометр; 2 — поплавковая камера; «У — поплавок; 4 — регулирующий кран
обрата; 5— приемник сливок; 6 — приемник обрата; 7 — напорный диск обрата;
8 — разделительная тарелка; 9 — напорный диск слнвок; 10 — регулирующий кран
сливок; 11 — шкала сливкомера.
ствию движущегося потока в такой степени и поэтому их не смывает
с поверхности.
В некоторых технологических процессах нельзя допускать оса-
ждения более легких частиц и налипания их на поверхностях внутри
барабана. Например, нельзя допускать отложения жировых частиц,
во внутрибарабанных каналах молокоочистителей. Поэтому для.
31
очистки молока камерные барабаны неприменимы Но если необходимо
выделить из исходного продукта грубодисперсные частицы и опас-
ности налипания нет, то для этой цели более подходящи именно камер-
ные барабаны, которые могут надежно осаждать на своих рабочих
поверхностях частицы не только большего, но и меньшего, чем среда,
удельного веса. Для этого предусмотрена возможность отложения
этих более легких частиц через ситовые перегородки на внешних
поверхностях сплошных перегородок (фиг. 19, в).
Камерные барабаны способны работать до накопления отложений
объемом 20—70 л в зависимости от размеров своих грязевых про-
Фиг. 19. Три типа камерных барабанов:
м — двухкамерный; б — многокамерный; в — многокамерный барабан с двусторонним отложением
(более тяжелых и более легких частиц).
странств. Технологический расчет камерных барабанов аналогичен
расчету трубчатых полых сверхцентрифуг [49, стр. 77], [133], [137,
«стр. 370].
За последнее десятилетие получили широкое распространение в
химической, нефтяной, медицинской (пенициллин), пищевой и др. от-
раслях народного хозяйства еще мало описанные в технической лите-
ратуре многоступенчатые противоточные сепараторы-экстракторы.
Эти машины совмещают, как это видно из их названия, процессы
сепарирования и экстракции и позволяют весьма эффективно осу-
ществлять повторную экстракцию при минимальной продолжитель-
ности контакта.
Кратковременность контакта жидкостей, достигаемая сепара-
тором, позволяет практически осуществить многие технологические
процессы, в которых нежелательно взаимодействие двух фракций
при экстракции.
Принцип действия многоступенчатого сепаратора-экстрактора
«Лувеста» типа EG 10006 (фиг. 20) состоит в следующем. Машину
питают отдельно тяжелой А и легкой В фракциями. Сепаратор первой
ступени снабжен смесителем, представляющим собой вращающуюся
«вместе с барабаном распылительную шайбу. Пройдя смеситель, обе
32
жидкости образуют смесь. Сепаратор первой ступени эту смесь
вновь разделяет на фракции. Напорный диск той же конструкции,
ЧТо и в полузакрытых сепараторах, улавливает выходящие фрак-
ции и, смешивая их, подает смесь в последовательно приключенный
сепаратор следующей, второй ступени. В рабочем пространстве сепа-
ратора каждой ступени получаемые фракции движутся противотоком
достаточно тонкими
слоями, что создает
весьма благоприятные
условия для эффектив-
ной экстракции за ко-
роткое время контакта.
Внешний вид и раз-
рез сепаратора-экстрак-
тора представлен на
фиг. 21. Схематический
разрез отдельного бара-
бана (фиг. 22) позволяет
подробнее уяснить себе
устройство и техноло-
гический процесс.
Барабан (фиг. 22) со-
стоит из основания /,
крышки 2 и гаечного
кольца 3, при помощи
перегородок 4 и 5 он раз-
Фнг. 20. Схема барабана трехступенчатого
сепаратора-экстрактора «Лувеста».
делен на три сепаратор-
ные камеры I, II и III
(см. левую часть фигу-
ры). Каждая камера
образует самостоятельно
' ППМ UQ WTJV ПО 1
) работающий сепараторный барабан. В каж-
дом из них имеется по распределителю (соответственно 6, 7 и 8) и
шо разделительной тарелке (соответственно 9, 10 и 11). Неподвижный
’вертикальный вал 12 укреплен в станине. На нем насажены три ма-
леньких напорных диска 13, 14 и 15, служащих для отвода более
легкой по удельному весу жидкости. Для отвода более тяжелой
фракции имеются три напорных диска большего диаметра 16, 17 и 18.
Напорные диски 13 и 18 после завершения процесса экстракции
отводят под давлением обогащенный экстрактом растворитель и
освобожденную от экстракта жидкость. Давление доходит до Р/2 ати
и поэтому покидающие барабан фракции могут быть поданы в стоя-
щие выше аппараты.
На схематическом чертеже сплошными линиями показан путь
более тяжелой по удельному весу жидкости, а пунктиром — более
легкой. Эта последняя протекает через камеру III во II и потом в
камеру I, а более тяжелая фракция, наоборот, из камеры I во II
и потом в камеру III.
Перед поступлением в каждую из сепараторных камер жидкости
тщательно смешиваются и экстрагирование оказывается возмож-
3 Бремер 1484 33
ным проводить при длительности контакта в доли секунды. Если
растворитель по удельному весу тяжелее, то направление потоков
соответственно меняется на противоположное.
При помощи поршеньков 19, 20 и 21 можно регулировать объем-
ное соотношение фракций, так как эти поршеньки могут движением
стержня 22 устанавливаться на больший и меньший захват более
тяжелой фракции. Этой регулировкой экспериментально находят
оптимальное соотношение, дающее максимальное по остроте разделе-
ние фракций. Регулировку осуществляют маховичком 24, соединен-
ным с подвижным винтом 23. В случае необходимости можно не
допускать проникновения воздуха в барабан непрерывной подачей
инертного газа по каналу 25.
Технологический процесс сепаратора-экстрактора лучше всего
себе уяснить на конкретном примере. Пусть разделяемая жидкость
Фиг. 21. Общий вид и разрез
34
сепаратора-экстрактора «Лувеста».
3*
35
представляет собой раствор уксусной кислоты. Растворитель—бутил-
ацетат.
Ступень J (см. правую сторону схемы фиг. 22). Жидкая
смесь поступает в барабан сепаратора-экстрактора по каналу 25. Из
Фиг. 22. Схематический разрез барабана сепаратора-экстрактора «Лувеста».
камеры барабана II ступени напорный диск 14 подает по каналу 26
отсепарированный в этой камере растворитель. С большой силой
ударяясь о стенки быстровращающегося барабана, жидкости тщатель-
но перемешиваются. Благодаря большой контактной поверхности
концентрационное равновесие устанавливается в кратчайший срок.
36
Смесь направляется через камеру распределителя 27 в камеру се-
параторного барабана I ступени. Здесь протекает процесс сепарации.
Отсепарированный растворитель, обогащенный экстрактом (уксус-
ной кислотой), выводится из барабана при помощи напорного диска
по каналу 28.
Ступень II. Отсепарированная в камере барабана I ступени
более тяжелая по удельному весу жидкость протекает в пространстве
между разделительной тарелкой 9 и перегородкой 4, подступая к
напорному диску 16. К этому же диску напорный диск 15 подводит
по каналам и отверстиям 29 и 30 отсепарированный растворитель из
камеры барабана III ступени. В напорном диске 16 происходит
вторичное тщательное перемешивание и вновь устанавливается кон-
центрационное равновесие. Жидкая смесь поднимается поверх пор-
шенька 19 и через отверстие 31 попадает в камеру распределителя 32.
Камера барабана II ступени разделяет смесь на соответствующие
фракции и напорный диск 14 нагнетает выделившийся растворитель
в камеру барабана I ступени.
Ступень III. Отсепарированная более тяжелая жидкость
протекает через пространство между разделительной тарелкой 10
и перегородкой 5, направляясь к напорному диску 17. К этому же
диску подводят через канал 33 свежий растворитель. Перемешанная
напорным диском жидкость в состоянии концентрационного равно-
весия попадает через отверстие 34 в камеру распределителя 35,
пройдя поверх поршенька 20. В камере барабана III ступени проис-
ходит сепарация. Выделившийся растворитель нагнетается напор-
ным диском 15 в камеру барабана II ступени. Более тяжелая по
удельному весу жидкость, экстрагированная в камерах всех трех сту-
пеней и освобожденная от экстракта (уксусная кислота), протекает
поверх разделительной тарелки 11 и выводится из барабана напор-
ным диском 18.
Разборка сепаратора-экстрактора для чистки его трехступен-
чатого барабана несложна. Для маловязких жидкостей часовая
производительность сепаратора-экстрактора этого размера составляет
5 m/час. При емкости барабана 65 л грязевое пространство вмещает
до 18 л отложений.
Испытанием и исследованием сепараторов-экстракторов и раз-
работкой собственной конструкции на базе отечественных центрифуг
занимался кандидат технических наук И. В. Лысковцов [37]. На
основании его работ и при его участии машиностроительным заводом
разработан и серийно изготовляется на базе сепаратора НСМ-3
сепаратор САЖ-3, предназначенный для обработки производствен-
ных антибиотических жидкостей (фиг. 23). Барабан этого сепаратора
(фиг. 24) имеет пакет тарелок с двумя рядами отверстий, позволяю-
щих сепарировать антибиотические жидкости с различными соот-
шениями компонентов в производственных эмульсиях. Данный
барабан может собираться в трех вариантах путем замены нижней
тарелки. В первом варианте тарелки 1 (фиг. 24) имеют один ряд отвер-
стий, расположенных ближе к оси вращения, и позволяют сепари-
ровать эмульсию с большим содержанием более тяжелой фракции.
37
В другом варианте сборки нижние тарелки 2 имеют отверстия ближе
к периферии, что дает возможность сепарировать производственные
эмульсии с относительно меньшим содержанием более тяжелой фрак-
ции. Третий вариант предназначен для очистки (кларификации)
жидкостей. В этом случае устанавливают нижние тарелки 3 без
отверстий.
В автомобильных и тракторных двигателях применяют сепара-
торы, вращающиеся по принципу Сегнерова колеса от подаваемого
Фиг. 23. Сепаратор САЖ-3.
под давлением смазочного масла, подлежащего очистке в этом сепа-
раторе.
Предназначенный для этой цели сепараторный барабан фирмы
Глэсьер метал (Уэмбли, Англия) изображен в разобранном виде на
фиг. 25.
Выделяемые из смазочного масла загрязнители накапливаются по
периферии барабана, постепенно заполняя его почти полностью.
После заполнения грязью барабан должен быть разобран и очищен.
Основание кожуха 1 (фиг. 25, а) присоединено к циркуляционной
масляной системе полой осью, установленной в этом кожухе. Вра-
щающийся барабан 2 насаживается на эту полую ось. В барабане
две трубки, которые соединены с соплами.
38
Масло нагнетается под давлением из смазочной системы в барабан
через пустотелую ось. Заполняя барабан, масло проходит через
вертикальные трубки вниз к соплам, через которые центробежной
силой оно выбрасывается в кожух. Реакция струи масла, выбра-
сываемого через сопла, вызывает вращение барабана. При давлении
масла около 2 ати, допускаемом как минимальное, барабан
вращается со скоростью около 4000 об/мин. Масло вытекает обратно
в картер через центральное отверстие в дне кожуха. Основание
Фиг. 24. Барабан сепаратора САЖ-3.
мм, объем масла, очищаемого и идущего на
кожуха закрывается
крышкой 4, а ос-
нование барабана
крышкойЗ. Аналогич-
ный центробежный
сепаратор установлен
на тракторах ДТ-54
и ДТ-14. Такую ре-
активную масляную
центрифугу (фиг. 26)
включают в ответвле-
ние главной масля-
ной магистрали ди-
зеля Д-54 трактора
ДТ-54. Его основные
технические данные
следующие: полезный
объем барабана
600 см3, вес барабана
1150 г, давление мас-
ла в барабане 6кг/см2,
давление масла в
главной магистрали
2,6 кг/см2, диаметр
сопловых отверстий 2
привод барабана, 12 л/мин, число оборотов барабана 6000 в минуту
при давлении 6 кг/см2 и температуре масла 80°; срок работы на дви-
гателе до очистки барабана и смены масла 240 час.; вес реактив-
ного сепаратора в сборе 21,8 кг. Внедрение этого сепаратора
привело к увеличению срока службы масла и дало возможность от-
казаться от сменных фильтрующих элементов АСФО.
Для изыскания конструкции центрифуги, предназначаемой для
какого-либо нового технологического процесса, фирма Вестфалия
(ФРГ) изготовляет универсальный лабораторный сепаратор со смен-
ными рабочими органами и регулировкой рабочего числа оборотов.
Этот сепаратор имеет четыре сменных барабана: разделительный
(концентратор), экстракционный, осветлительный (кларификатор).
смесительный (эмульсатор) и, кроме того, еще патронную насадку
Для центрифугирования в двух патронах. Этот сепаратор подробно
описан инженером Gerh. Prahl в журнале «Chemiker Zeitung» № 7
за 1955 год в статье «Universale Laboratorzentrifuge».
39
40
Имеются и другие варианты использования жидкостного сепа-
ратора для непрерывной очистки смазочного масла в циркуляцион-
ной масляной системе машины или агрегата, неотъемлемой частью
которых он становится. Например, в некоторых дизелях и компрес-
сорах станина сепаратора составляет неотъемлемую часть станины
самой установки и иногда даже отливается с ней как одно целое
(см. фиг. 27). Разрез фланцевого сепаратора для передвижной дизель-
ной установки показан на фиг. 27, б.
Фиг. 26. Реактивная масляная центрифуга автотракторных двигателей.
Различные приспособления в коммуникациях позволяют вести
процесс сепарирования газонепроницаемо и даже под вакуумом
(см. фиг. 94). Это дает возможность обрабатывать взрывоопасные ве-
щества, предохранять воздух производственных помещений от
отравления, обрабатывать легко портящиеся от соприкосновения с
воздухом продукты, осуществлять стерильные процессы.
Сепараторы, предназначенные для работы на судах, приспосабли-
вают конструктивно к работе в условиях морской качки. Перед
выпуском заводы-изготовители подвергают эти сепараторы испыта-
ниям на специальных качающихся стендах (фиг. 28).
В СССР разработкой новых конструкций жидкостных сепараторов
Для разнообразных целей заняты исследовательские лаборатории
продовольственного и химического машиностроения (инженеры
Г. А. Потков и О. П. Новиков), а также и другие учреждения.
41
42
Кроме упомянутых конструкций, весьма широкое распростране-
ние в технике получили также центрифуги с полым трубчатым ба-
рабаном, так называемые суперцентрифуги или сверхцентри-
фуги.
Во многих технологических процессах они используются успешней,
чем сепараторы с тарельчатыми барабанами. Например, при центри-
фугировании жидкостей, не допускающих соприкосновения со зна-
чительной поверхностью металла, при невозможности тонкослойной
обработки продукта и др.
Эти сверхцентрифуги опи-
саны в ряде монографий по
центрифугам [5], [69], из
которых наибольший интерес
представляют монографии
проф. В. И. Соколова [49],
[50], а также монография
проф. В. И. Соколова и
Д. Е. Шкоропад [51], как
основанные в значительной
степени на собственных ори-
гинальных аналитических и
Фиг. 28. Качающийся стенд для испытания
жидкостных сепараторов, приспособленных
для работы на морских судах.
тонкослойной обработке продуктов.
экспериментальных исследо-
ваниях, в особенности в раз-
делах, посвященных полым
трубчатым сверхцентрифу-
гам. Это дает возможность в
настоящей работе не касать-
ся этих центифуг.
Цель данной работы —
разработать теоретически и
экспериментально обосновать
методы технологического рас-
чета жидкостных сепарато-
ров, приспособленных та-
рельчатыми вставками к
Отсутствие в технической литературе удобных для практического
использования способов расчета рабочих процессов жидкостных сепа-
раторов вынуждает эксплуатировать, конструировать и приспосабли-
вать сепараторы для какого-либо нового вещества наугад, экспе-
риментально нащупывая иногда путем значительных затрат времени
и средств правильное и оптимальное решение задачи. В отношении
жидкостных сепараторов, как и любой сверхцентрифуги, подобный
эмпиризм особенно недопустим.
Использование жидкостных сепараторов, интенсифицирующих
в громадной степени производственные процессы, приносит исклю-
чительные экономические выгоды. Но именно высокая интенсивность
сверхцентрифугальных процессов создает также и возможность ко-
лоссальных материальных потерь в результате нерационального и
недостаточного использования жидкостного сепаратора. В качестве
43
примера можно привести чрезвычайно распространенный в промыш-
ленности и сельском хозяйстве молочный сепаратор.
Если острота сепарации (степень обезжиривания) такого сепара-
тора немного уменьшилась, например, с 0,05 до 0,1% жира в обрате,
то при часовой производительности 600 л и 3-часовой ежедневной
работе месячная недовыработка сливочного масла может составить:
0,05° /
525 кг/час обрата *-. ° 3 часа 30 дней
-------------------------------= 27>8
Эксплуатация сепаратора в результате становится убыточной,
так как недополученное за один месяц масло стоит больше нового
сепаратора. В производственных условиях качество работы молоч-
ного сепаратора оценивают процентами жира в обрате.
В прикладной части работы приведен расчет молочного сепаратора
на обезжиривание, из которого следует, что процент жира в обрате
может колебаться в зависимости от свойства молока в пределах
0,02—0,1% и выше, т. е. в пределах, превышающих положенные
в основу приведенного расчета 0,05%.
Следовательно, при эмпирических методах расчета могут остаться
незамеченными крупные потери жира и, что не менее важно, можно
тратить средства и время на борьбу с потерями в тех случаях, когда
сепаратор работает нормально и устранимых потерь в действитель-
ности нет.
Теоретическим изучением процесса сепарирования жидкостей и
разработкой методов технологического расчета различные исследо-
ватели занимались с конца прошлого столетия 178], [79], [80], [85],
[86]. Но лишь в 1928 г. на основании работ, проведенных в Москов-
ской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева, была
получена аналитически [9] формула для расчета рабочего процесса
жидкостного сепаратора.
Эта формула выведена в применении к молочному сепаратору,
снабженному «альфа-устройством», и имеет вид
Q = $Ez^rf, (3)
где Q — производительность сепаратора в см31сек\
Р — к. п. д. сепараторного процесса;
z — число тарелок;
V — расчетный объем барабана, обусловленный размерами та-
рельчатой вставки Dmax, Dmln и высотой Н;
1/ _ Emax Emin ,
k
k = 4,6 lg^;
^mln
co — угловая скорость вращения.
44
Разделяемость молока равна
р_ (°' —°) 3(i) + V) 2
Ч 2TJ + 3V ’
где а' — о — разность плотностей;
ц — динамическая вязкость среды;
ц'—динамическая вязкость частицы;
г — радиус мельчайшей частицы.
Из этой формулы следует, что расчетной величиной в техно-
логическом процессе центрифуг является размер предельно малой
еще сепарирующейся частицы дисперсной фазы жидкой системы, а не
процентное содержание дисперсной фазы в соответствующей отцен-
трифугированной фракции.
Этот теоретический вывод объясняет причину неудач прежних
попыток рассчитать молочный сепаратор на обезжиривание.
В работах прежних исследователей процент жира в обрате исчи-
сляется из конструктивных факторов сепаратора, но он зависит также
от свойств молока и прежде всего от количества предельно малых
уже несепарирующихся частиц жира в цельном молоке
Поэтому оказывался неверным расчет процента жира в обрате на
основании одних лишь конструктивных данных машины без учета
свойств молока.
Формула (3) выведена с применением нового метода расчета рабо-
чего. процесса технологических машин. Сущность этого метода заклю-
чается в’следующем. Расчет рабочих процессов технологических ма-
шин сводят к установлению зависимости между физико-механическими
свойствами обрабатываемого материала, с одной стороны, и конструк-
тивными величинами, характеризующими способность рабочего орга-
на машины производить данный процесс,—с другой. Объединяя все
величины, характеризующие обрабатываемость материала, и отдельно
все величины, обусловливающие способность машины совершать
данный вид обработки, можно установить понятие обрабатываемости
материала и рабочего фактора машины.
Можно, например, говорить о способности материала дробиться
и дробильном факторе дробилки, разделяемое™ зерновой или жид-
кой смеси и разделяющем факторе соответствующего сепаратора.
Во всех этих случаях мы всегда придем к выводу, что чем легче
материал поддается обработке, тем меньше может быть та величина,
которая характеризует способность машины совершать данный про-
цесс, т. е. тем меньше может быть рабочий фактор машины.
Таким образом, рабочий фактор есть мера способности машины
совершать данного вида обработку или переработку материала.
Относя все изложенное к процессам обработки жидких гетерогенных
смесей, обозначим обрабатываемость жидкой смеси через Е, а раз-
деляющий фактор жидкостной машины через Ф. Имеем
45
Иногда с целью выпрямления графика функциональной зависи-
мости рабочий фактор жидкостной машины удобнее определять как
функцию величины обратной обрабатываемости.
Эта величина
Г = 4 (4а)
есть мера сопротивления, оказываемого жидкостью данному виду
обработки, и является сопротивляемостью обрабатываемой жидкой
смеси в условиях данного технологического процесса:
Не всегда удается найти аналитическое выражение для величин
обрабатываемости и рабочего фактора и для их функциональной
зависимости. Иногда получаемые для этих величин выражения поче-
му-либо для практического пользования неудобны и окончатель-
ный вид расчетной формулы целесообразнее представлять в другой
форме.
Несмотря на это, положенный в основу данного метода техноло-
гического расчета машин принцип оказывается полезен во всех
случаях исследовательских поисков обоснования конструкции ма-
шины свойствами обрабатываемых материалов, так как ориентирует
исследователя в деле изучения физико-механических и других свойств
этих материалов. Современная наука о материалах не дает обычно
достаточных сведений для расчетного обоснования рабочих процессов
машин.
Из общей массы свойств материала и машины необходимо выде-
лять с целью технологического расчета решающие для взаимодей-
ствия работающей машины и обрабатываемого материала величины.
При этом часто оказываются решающими свойства, неважные для
материаловедения или считавшиеся несущественными для харак-
теристики материала и поэтому мало изученные или совсем неиз-
вестные.
В качестве иллюстраций можно привести следующие примеры.
Выше указывалось, что степень обезжиривания, т. е. процент
жира в обрате, определяется количеством мелких жировых частиц в
сепарируемом молоке, так как эти частицы находятся в условиях
сепараторного процесса практически во взвешенном состоянии.
Поэтому степень дисперсности наиболее диспергированной части
жира —величина, очень важная для работы сепаратора, так как она
обусловливает выход масла из молока. Но в молоковедении к ней
должного интереса не проявляют, несмотря на то, что при изучении
свойств молока жировой фазе, как самой ценной составной части,
уделяется исключительное внимание. Однако при этом исследуют
процентное содержание жира, среднюю величину жировых частиц и
другие столь же несущественные для технологического расчета мо-
лочного сепаратора, но сами по себе несомненно чрезвычайно важ-
ные для оценки качества продукта, вопросы. Также обстоит дело и
с изучением свойств отечественных каучуконосных сагызов.
46
Для концентрации латекса сепарированием решающую роль
играет не процентное содержание каучука в техническом латексе,
которое прежде всего интересует растениеводов и селекционеров, а
степень дисперсности мельчайших глобул каучука.
Отдельные каучуконосные растения с высоким содержанием ка-
учука при чрезмерно высокой дисперсности могут оказаться менее
пригодными для добычи концентрированного латекса, чем более
бедные каучуком растения, в которых значительно меньше мельчай-
ших глобул, являющихся несепарирующимися взвесями.
Раздельное изучение материала и обрабатывающей данный ма-
териал машины без учета их механического взаимодействия не может
быть успешным. Как видно из приведенных примеров, в отдельных
случаях даже селекционеры, зоотехники и другие специалисты
должны согласовывать свою работу с данными технологического
расчета машины.
Особенно плодотворен метод расчета рабочих процессов техно-
логических машин с применением понятий обрабатываемости ма-
териала и рабочего фактора машины, если эти понятия для данного
технологического процесса легко истолковать физически, а расчет-
ные формулы могут быть получены в достаточно простом и удобном
для практического использования виде. В настоящей работе показано,
что при сепарировании жидкостей разделяемость жидких смесей
можно определить как время релаксации дисперсной системы в тол-
ковании М. Смолуховского [62, стр. 152], [119], т. е. время,_необхо-
димое для затухания скорости расчетной частицы выделяемых из
жидкостей сепаратором частиц до ~ своей первоначальной вели-
чины, где е—основание натуральных логарифмов.
Разделяющий фактор сепаратора будет при этом численно равен
величине, обратной времени релаксации.
В результате расчет жидкостного сепаратора на степень разде-
ления сводится, как это будет видно из дальнейшего, к следующему
замечательному по своей простоте основному положению.
Для выделения из жидкости взвешенных
в ней частиц необходимо, чтобы разделяю-
щий фактор сепаратора был численно равен
сопротивляемости дисперсной системы вы-
делению частиц:
Ф =W = — ,
т
где т— время релаксации, представляющее собой разделяемость
жидкой смеси Е.
Следовательно, для рабочего процесса жидкостного сепаратора
разделяемость смеси равна времени релаксации
Е = т. (5)
В прикладной части работы даны примеры приложения теории к
таким материалам, сочетание которых оказалось наиболее пригодным
для экспериментального обоснования разработанных методов
расчета производительности, степени и предела разделения жидко-
стных сепараторов. Эти материалы: кровь, молоко, латекс. Степень
дисперсности частиц в них дает, необходимый для сравнительной
оценки расчетных результатов перепад. Частицы при броуновском
движении имеют следующий пробег в зависимости от своего размера
(в микронах) по данным Сведберга [126]:
Диаметр частиц .... >4 <4 От 0,006 до 0,01
Пробег частиц 0 От 1 до 2 От 3 до 10 и даже 20
Эритроциты крови, диаметр которых превышает 4 мк, практически
не подвержены броуновскому движению, а средние по величине гло-
булы каучука латекса диаметром примерно 0,4 мк находятся в интен-
сивном броуновском движении и определенный размерный класс их
взвешен в условиях сверхцентрифугального процесса. Молоко в
этом отношении занимает среднее положение между кровью и латек-
сом. Несепарирующиеся взвешенные жировые частицы диаметром
меньше 1 мк составляют в отличие от латекса только небольшую
часть общего содержания жира в молоке.
Подобное сочетание материалов прекрасно иллюстрирует случай
допустимого при сепарировании пренебрежения влиянием диффузии
(кровь) и случаи, когда даже в технологическом расчете производ-
ственной центрифуги это обычно практикующееся пренебрежение
совершенно неприемлемо (латекс). В среднем случае при расчете
молочных сепараторов расчет с учетом диффузии необходим при опре-
делении предела сепарации и надобности в особо остром обезжирива-
нии, например при добыче из обрата казеина.
Кроме указанных трех сепараторов-концентраторов, в приклад-
ной части рассмотрены и два сепаратора-кларификатора: молоко-
очиститель и нефтяной сепаратор. На этих двух примерах показаны
особенности практического приложения теории к процессам освет-
ления и очистки жидкостей при помощи тарельчатых ^тарификаторов.
Опыт работы с сепараторами показывает, что для экономии вре-
мени и средств крайне важно перед экспериментом с какой-либо
новой жидкостью аналитически установить принципиальную воз-
можность задуманного технологического процесса, рассчитать дости-
жимую производительность, оптимальную степень и предел разде-
ления.
Прикладная часть наглядно показывает на примере рассмотрен-
ных типичных случаев сепарирования методику проведения анали-
тических и экспериментальных исследований для использования ее
на производстве с целью расчета производительности, степени и
предела сепарации.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ СЕПАРИРОВАНИЯ
1. ГОМОГЕННЫЕ И ГЕТЕРОГЕННЫЕ СМЕСИ, СЕПАРИРОВАНИЕ И ОТСТОЙ
Все вещества, находящиеся в капельно-жидком состоянии, при
механическом смешении их с’ другими твердыми, жидкими или газо-
образными телами могут образовывать жидкие смеси.
Жидкая смесь может не содержать частиц крупнее атомов и
молекул и в таком случае обладает в каждой своей части одними и
теми же физическими и химическими свойствами. Однородные в
этом смысле жидкие смеси называют гомогенными. Если в жидкости
содержатся тела, обладающие неодинаковыми физико-механическими
и химическими свойствами, то неоднородную в этом смысле жидкую
смесь называют гетерогенной.
Однородные внутри себя по своим физико-химическим свойствам
компоненты гетерогенной смеси являются ее фазами. Следовательно,
гетерогенная система состоит из гомогенных фаз. Для образования
смеси необходимо не менее двух веществ.
Граница между фазами, как бы ни были малы ее размеры, образует
в результате взаимодействия фаз граничные слои с особыми физико-
химическими свойствами. Поэтому все гетерогенные системы в сущ-
ности по меньшей мере трехфазны.
Весьма часто принимают граничные слои, пренебрегая их тол-
щиной, за поверхности раздела фаз. Если какая-либо фаза находится
в смеси в раздробленном состоянии и ее отдельные частицы распре-
делены в какой-либо непрерывной среде, то гетерогенную систему
называют дисперсной (рассеянной) системой, непрерывную сплош-
ную среду — дисперсионной фазой, а мелкораздробленное вещество—
дисперсной фазой.
Все жидкие смеси в большинстве случаев представляют собой
дисперсные системы. Они могут быть более или менее стойкими,
если оказавшиеся в смеси вещества достаточно индифферентны и сама
система, определяемая общим объемом, температурой' и давлением,
уравновешена. Гетерогенность некоторых жидких смесей легко
установить невооруженным глазом.
Другие вещества, как, например, кровь, молоко, латекс, микро-
гетерогенны и при непосредственном наблюдении кажутся совер-
шенно однородными, несмотря на то, что размеры того же порядка,
что и размеры взвешенных в этих веществах частиц, в других условиях
хорошо видимы.
Невидимые в крови эритроциты или невидимые в молоке частицы
жира могут быть по своим размерам значительно больше толщины
4 Бремер 1484 49
вполне различаемой невооруженным глазом нити пряжи (~2,5л1к) и
даже толщины хорошо видимого человеческого волоса (~ 8 мк).
Многофазность микрогетерогенных веществ можно обнаружить с
помощью микроскопа.
Если взвешенные частицы имеют размеры невидимых в микро-
скоп субмикронов (< 0,2 мк), то гетерогенность системы может быть
обнаружена при помощи ультрамикроскопа. В истинных растворах
частицы представляют собой уже невидимые амикроны молекуляр-
ных размеров (< 0,002 мк) и понятие дисперсности в приложении к
истинным растворам, как к гомогенным смесям, теряет смысл, так
как их неоднородность современными средствами микроанализа
обнаружить нельзя.
Поскольку, однако, материя в свбем строении неоднородна и
тем более неоднородна в своей молекулярной структуре всякая
смесь, то понятие однородности к молекулярно-дисперсным системам
еще в большей степени неприложимо, чем понятие дисперсности.
Именно поэтому в современной классификации систем вместо
терминов однородные и неоднородные смеси применяют деление
систем на гомогенные и гетерогенные (см. табл. 2).
Наличие физической поверхности раздела необходимо, чтобы
сепарирование смеси могло приобрести производственное значение,
хотя сепарации в центробежном поле подвержены и гомогенные смеси,
так как деление системы на гетерогенные и гомогенные условно.
Таблица 2
Дисперсные системы
Наименование частиц дисперсной фазы Разме- ры в мк Видимость Дисперсные системы Броунов- ское движение
Макрочастицы >20 Видны нево- оруженным глазом Суспен- зии и эмульсии Макро- гетеро- генны Грубо диспер- сны Незамет- но
Микроны >0,2 Видны в мик- роскоп Микро- гетеро- генны Тонко дисперс- ны Заметно, начиная с 4 мк
Ультрамикро- ны: Субмикроны Амикроны >0,002 <0,002 Обнаружи- ваются в ультрамик- роскоп Современным микроанали- зом не об- наружива- ются Коллоид- ные растворы Коллоид- но дис- персны Оживлен- ное
Истин- ные растворы Гомоген- ны Молеку- лярно дисперс- ны —
50
Впервые выделить центрифугированием из насыщенного истин-
ного раствора растворенное вещество удалось в 1904 г. Лобри де-
Брюну и ван Калькару (44], [111].
В настоящее время область наибольшего производственного ис-
пользования жидкостных сепараторов охватывает размеры частиц
диаметром от 500 до 0,2 мк [69, стр. 57], т. е. интервал дисперс-
ности, соответствующий разрешающей способности обычного микро-
скопа. Взвешенные частицы гетерогенных жидкостей в большинстве
случаев крайне неодинаковы по размерам, и все жидкие смеси
обычно не только многофазны, но и полидисперсны.
Многофазны и полидисперсны: молоко, латекс, кровь, жидкие
нефтепродукты, которые в качестве примеров рассматриваются
в прикладной части данной работы. Для образования в результате
сепарирования отдельных фракций необходимо направленное отно-
сительное перемещение внутри системы ее фаз или взвешенных ча-
стиц отдельной фазы.
Фракционное разделение можно достичь не только центрифуги-
рованием, но и различными другими путями и оно имеет место до
установления седиментационного равновесия даже в предоставлен-
ных самим себе гетерогенных жидкостях. В этом случае «само-
произвольно» идущий в поле земного тяготения процесс разделения
гетерогенной жидкости на фракции представляет собой общеизвест-
ное явление отстоя взвесей, отличающихся по своему удельному весу
от окружающей жидкой среды.
Сепарирование интенсифицирует процесс естественного отстоя
заменой поля земного тяготения центробежным полем В связи с
этим целесообразно теоретические основы сепарирования излагать
в сопоставлении с процессом естественного отстоя.
Процесс сепарации какой-либо диспергированной в смеси частицы
представляет собой в соответствии с только что сказанным определен-
ное относительное перемещение этой частицы S внутри смеси.
Поэтому исследование подобного процесса сводят к изучению
соотношения
S = f vdt, (6)
где v — скорость, a t — время.
2. ПРЕДЕЛ РАЗДЕЛЕНИЯ ОТСТОЕМ. СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ
Пусть слабо концентрированную жидкую многофазную смесь,
содержащую равномерно распределенные полидисперсные частицы
ничтожно малых'размеров, подвергают отстаиванию в проточном
отстойнике, имеющем горизонтальное дно. Допустим, что средняя
плотность частиц отличается от средней плотности среды. Например,
пусть эта плотность больше плотности среды и частица осаждается.
Ускорение силы тяжести может считаться постоянным, а сила зем-
ного тяготения по направлению — вертикальной.
Необходимое для завершения процесса отстоя относительное
перемещение какой-либо осаждающейся частицы представляет
4* 51
собой путь, который проходит частица в своем относительном движе-
нии внутри жидкости из своего начального до своего наинизшего
положения (фиг. 29). Частицы будут осаждаться с неодинаковыми
скоростями.
Медленнее всего будут осаждаться неагрегатированные более
мелкие частицы, а также частицы, более близкие по своей средней
плотности к плотности окружающей их среды.
Исходя из предъявляемых к процессу технологических требова-
ний, примем за расчетную некоторую частицу, которая характери-
зуется только определенной предельно малой скоростью осаждения.
щиеся из наиболее удаленного от дна слоя и обладающие ско-
ростью осаждения, принятой за расчетную, достигнут своего наи-
низшего положения до того, как соответствующий слой жидкости
пройдет сквозь рабочий участок отстойника.
До момента завершения отстоя у дна в нижних слоях скапливаются
частицы, осаждающиеся из более низких слоев, а также частицы,
осаждающиеся с более значительными, чем расчетная, скоростями.
При достаточно крупных размерах частиц, исключающих интен-
сивное броуновское движение их, за расчетное относительное пере-
мещение необходимо принять путь, который проходит частица в
ее относительном движении внутри жидкости до достижения дна.
В случае же достаточно малых размеров и нестесненного бро-
уновского движения частиц скопление их у дна при определенных
условиях может вызвать сравнимый по величине с движущей силой
т(а' — a)g перепад осмотического давления, и расчетная частица
окажется в своем предельно низком положении взвешенной на неко-
торой высоте от дна (фиг. 30).
Приходящаяся на единицу нормальной площади движущая сила
процесса для параллелепипеда толщиной (высотой) di равна
d£>(a'—a)g. (7>
Условие взвешенности по Эйнштейну [62]
dp = d& (а' — c)g
52
ИЛИ
, Nm /а' — а\
dp )g,
где N — число Авогадро;
tn — масса частицы;
v — грамм-молекулярный объем.
Заменяя V, получим
7? НГ \ о /ь’
где R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура.
Заменяя отношение давлений пропорциональным отношением
частичной концентрации и интегрируя, получим,
(7а)
где Hj и п2 —соответственно максимальная и минимальная концен-
трации, aS — высота над дном взвешенной частицы. Применяя
термин молекулярной физики, назовем эту высоту «толщиной отстой-
ного (седиментационного) слоя»1. В пределах этого слоя дисперсная
система обладает кинетической устойчивостью по отношению частиц
соответствующих размерных классов [44, стр 591
Следовательно, за расчетное относительное перемещение S необ-
ходимо принять путь расчетной частицы от начального положения до
отстойного слоя. Для осуществления отстоя значение & должно быть
в сравнении с рабочей высотой отстойника достаточно малым
Задаваясь отношением
6
найдем предел разделения в гравитационном поле, определяя экви-
валентный радиус предельно малой частицы при данном соотноше-
нии концентраций
Г пред
RT. щ
-ТТ In—L
N п2
4 ’
— тс (а' — а) уН
О
(8)
В начале процесса все частицы движутся неравномерно со ско-
ростями, которые могут носить случайный характер. Среда оказывает
сопротивление движущимся в ней частицам. Вопрос о величине
сопротивления, испытуемого движущимся телом в неподвижной
жидкости, относится к древнейшим задачам гидродинамики [39J.
, 1 Термин «толщина седиментационного слоя» предложен М. Смолуховским
162, стр. 387].
53
Однако, несмотря на работу над этой проблемой крупнейших
исследователей [39], [45], законы этого сопротивления в общем
виде еще не изучены достаточно, и аналитических формул для его
обобщенных расчетов нет.
В связи с отсутствием удовлетворяющей практику общей теории
сопротивления выработалась условная форма выражения этого со-
противления в общем виде через суммарное динамическое давление
на лобовую поверхность F:
W=cFt^ (9)
или по Ньютону через сопротивление, пропорциональное теряемому
количеству движения:
W = cFav2. (9а)
Следовательно, коэффициент с в формуле (9), которая теперь
более употребительна, в 2 раза больше, чем в формуле Ньютона
[45 стр. 220]
Экспериментальное изучение сопротивления среды сводят к
исследованию коэффициента с, непостоянство которого отражает
всю условность подобной общей формулы, не учитывающей, что на
величину сопротивления могут оказывать решающее влияние явле-
ния, происходящие не с передней стороны, а с задней и с боковых
сторон.
Для различных жидкостей и для геометрически подобных тел
коэффициенте практически постоянен в достаточно широком диапазо-
не скоростей только в том случае, когда сопротивление вязкой среды
обусловлено давлением, воспринимаемым телом с передней стороны.
Коэффициент с при значительной доле участия в общем сопротивле-
нии трения и сопротивления деформации весьма непостоянен и зависит
не только от формы и положения тела, но и от величины и скорости
частицы и свойств среды.
На этом основании из соображений механического подобия коэф-
фициент сопротивления представляют в виде функции числа Рей-
нольдса
C=/(Re),
т е. считают его постоянным для геометрически подобных течений
(а не тел).
3. ЗАКОН СОПРОТИВЛЕНИЯ СТОКСА
ЕГО НИЖНЯЯ И ВЕРХНЯЯ ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ
И СТЕПЕНЬ ДИСПЕРСНОСТИ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТИЦ. ВЛИЯНИЕ
НА СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ СТЕНОК, АНИЗОДИАМЕТРИЧНОСТИ,
АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ. ЛАМИНАРНОСТЬ ПОТОКА
В некотором интервале значений критерия Рейнольдса в случае,
когда эти значения столь малы, что силами инерции по сравнению с
силами вязкости можно полностью или частично пренебречь, тогда
при определенных допущениях в результате приближенного инте-
грирования общих уравнений движения Навье—Стокса удается полу-
54
чать хорошо согласующиеся с опытом аналитические формулы сопро-
тивления, оказываемого вязкой средой движущемуся в ней телу.
Это обстоятельство сыграло исключительную роль в разрешении
некоторых важнейших вопросов в самых разнообразных отраслях
науки и прикладных знаний (кинетика коллоидно-дисперсных систем,
классификация высокодисперсных сыпучих тел, седиментометрия,
вискозиметрия, реакция осаждения эритроцитов и др.). Оно пред-
определило и возможность аналитически рассчитать рабочий про-
цесс жидкостного сепаратора.
Впервые сопротивление среды аналитически — без эксперимен-
тальных коэффициентов — удалось определить Стоксу [91], [123].
Исходными при этом служили уравнения движения:
и уравнение непрерывности
g«o . dv„ до>0 __ п
дх ' ду дг ’
получающиеся из общих уравнений Навье—Стокса после исключения
инерционных членов, частных производных составляющих скоростей
по времени и внешних объемных сил, так как Стокс рассматривает
движение как стационарное и пренебрегает силами инерции и весом
жидкости.
Приняв в качестве пограничных условий прилипание жидкости
к поверхности обтекаемого ею шара, Стокс вывел следующее значение
сопротивления, встречаемого шаром, равномерно движущимся под
действием постоянной силы в неограниченной несжимаемой вязкой
жидкости
R7 =6гс7]гп
или, если ввести молекулярный коэффициент трения f = 6~т/,
W = fv. (10)
Нижняя граница применимости закона сопротивления Стокса
определяется возможностью принимать жидкость за сплошную среду,
т. е. пренебрегать молекулярным строением материи. Если размер
частиц становится величиной, сравнимой по порядку со средним
пробегом молекул среды, то к основной формуле Стокса
У
вводится поправка Куннингема [72]
(12)
55
В поправочном коэффициенте Куннингема I — средний свободный
пробег молекул; А — постоянная, величина которой определяется
упругим или неупругим характером ударов молекул среды о частицы.
Даже для гуммигутовых частиц диаметром 1 мк, падающих в
воздухе, еще остается практически справедливой основная формула
Стокса без поправочного коэффициента Куннингема [106]. В капель-
ных жидкостях свободный пробег молекул значительно меньше, чем
в газообразных системах. Поэтому поправка Куннингема, как это сле-
дует из проведенных обширных теоретических и экспериментальных
исследований различных авторов по вопросу применимости формулы
Стокса [12], [38], [45, стр. 236], [56], [57], [101], [102], при произ-
водственной сепарации гетерогенных жидких смесей не может
приобрести какое-либо практическое значение.
Верхний предел применимости закона сопротивления Стокса
обусловливается скоростью движения частиц. Движение должно
быть настолько медленным, чтобы пренебрежение силами инерции
в сравнении с вязкими сопротивлениями было практически допустимо.
Отношение сил инерции к силам трения представляет собой кри-
терий Рейнольдса, величина которого для необходимой степени мед-
ленности движения должна быть, как аналитически показал Рэлей
[95], [ПО], меньше единицы.
В связи с исследованиями пригодности формулы Стокса введено
понятие критического радиуса [64]. Этот радиус определяется на
основании формулы (13) равенством
г = А
КР av
или после подстановки в приравненное единице выражение критерия
Рейнольдса равномерной скорости по Стоксу:
OS)
причем
rev rs , 1С,
Re = —= -з-. (16)
’ ' кр
Условие медленности движения как верхний предел приложимости
закона Стокса может быть теперь представлено неравенством
г<гкр. (17)
По опытам Арнольда [66] для радиуса
г = °,6гкр,
что соответствует числу Рейнольдса Re = 0,2, закон Стокса выпол-
няется с точностью до 0,5—1%.
56
По экспериментальным данным различных авторов, обработан-
ным Кастельманом 156], [71], [134], отклонение от закона Стокса
до Re = 0,5 не превышает 2%, а при критическом радиусе, т. е. при
Re=l, ошибка меньше 7%.
Для чисел Рейнольдса, превышающих 1, предлагается формула
с поправкой Осеена [105]
BZ = Zv(14-3_Re), (18>
выведенная с частичным учетом инерционных членов в уравнениях
Навье—Стокса.
По некоторым экспериментальным данным эта формула дает для
чисел Рейнольдса в интервале
l<Re<3
более близкие к действительно наблюдаемым значения сопротивле-
ний, но эти значения чисел Рейнольдса уже выходят за пределы
расчетных режимов жидкостных сепараторов.
В существующих жидкостных сепараторах расчетные частицы
имеют диаметр порядка несколько микронов и меньше, а в соответ-
ствии с приведенными расчетами поправка к формуле Стокса ока-
зывается необходимой для частиц диаметром несколько десятков,
микрон [56, стр. 49].
Сделанные при выводе закона Стокса предположения о неогра-
ниченности пространства могут считаться практически выполненными,
если размеры движущихся частиц в сравнении с их расстоянием от
стенок достаточно малы [62, стр. 210].
По мере приближения к стенке ее тормозящее действие стано-
вится все более значительным, а в непосредственной близости к ней,
т. е. на расстоянии порядка диаметра частиц, закон Стокса неприме-
ним [62, стр. 271 и 325]. Влияние стенок на сопротивление,
оказываемое жидкой средой падению шаров, изучал ещеНыотон [104].
После упомянутых выше фундаментальных работ Стокса были
проведены многочисленные экспериментальные и аналитические
исследования, посвященные выводу и проверке теоретических и
эмпирических формул, учитывающих ограниченность пространства
введением в основную формулу Стокса поправочных коэффициентов
[45, стр. 236], [75], [92] — [95], [97], [113], [122], [134].
Несмотря на еще неудовлетворительное состояние теории вопроса,
обширный опытный материал позволяет надежно ориентироваться
в порядке величины соответствующих поправочных коэффициентов
при расчетах процессов сепарирования.
Аналитический интерес имеет вывод Лоренца [95, стр. 23].
Его формула имеет вид:
для движения на расстоянии I перпендикулярно вертикальной
стенке
W=^Vv (1+-|—L); (19>
57
для движения шара параллельно стенке
№=6^(1+-^ (20)
Ладенбургом [92] и Арнольдом [66] экспериментально проверена
с точностью до 1/2% в широком диапазоне дисперсности формула
Ладенбурга для движения шара радиуса г вдоль оси вертикального
цилиндра радиуса R с расстоянием I между параллельными горизон-
тальными крышками:
^ = (1+2,4^-)(1+3,3-^)б^г.
В этой формуле второй сомножитель поправочного коэффициента
относится к поправке на имевшиеся в опытах Ладенбурга соотно-
шения расстояний шара от обеих крышек (примерно 1 : 9 до 9 :1) и
как некоторая средняя величина непригоден для других соотноше-
ний этих расстояний [135, стр. 24].
Несмотря на это, данные Ладенбурга, подвергшиеся надежной
опытной проверке, вполне достаточны для оценки порядка поправоч-
ных величин, так как этот второй множитель из-за небольшой ве-
личины может в большинстве случаев не учитываться.
В опытах Ладенбурга отношение составляло примерно 0,005,
и обусловленная этим отношением поправка действительно незна-
чительна.
Множитель (1 +2,4 ) представляет собой аналитически получен-
ный из формулы Лоренца коэффициент, влияние которого удалось
экспериментально обнаружить и проверить, начиная с отношения
-^=0,01.
При этом соотношении поправка к основной формуле Стокса
составляла несколько процентов (2—3%).
Эмпирическая формула для движения между бесконечными па-
раллельными стенками с расстоянием между ними 2Z дана Вест-
грен [134]
W =6nVv (1 +3.3-J). (21)
Но точность этой формулы оценивается Вейсенгофом в 10% [135,
стр. 24].
Формула Вейсенгофа для того же случая при диаметре частиц
меньших одной десятой половины расстояния между параллельными
пластинками:
Й7=б1и1г*' (1 +“+)• (22)
Даже при тонкослойной сепарации межтарелочное пространство
все еще превышает диаметр расчетных частиц в несколько сот раз.
Поэтому поправка, учитывающая влияние стенок на сопротивле-
ние среды, в своем среднем значении на пути расчетного относитель-
на
ного перемещения не может иметь размеры, подлежащие учету в
производственных расчетных формулах. Например, в молочных сепа-
раторах расстояние между тарелками обычно не бывает меньше 500 мк,
а размер диаметра расчетных частиц диспергированного жира при
современной остроте сепарации (около 0,05% жира в обрате) меньше
1.5 мк.
В латексном сепараторе при том же межтарелочном пространстве
диаметр расчетных глобул каучука в несколько раз меньше расчет-
ных частиц молочного жира.
В кровяном сепараторе при размере диаметра расчетного эритро-
цита около 4 мк обычно увеличивают расстояние между тарелками
(до 1 мм). В случае анизодиаметричности под радиусом частицы
можно понимать радиус шара, объем которого численно равен дей-
ствительному объему частиц.
В этом случае для приложения закона Стокса к сопротивлению
шара расчетного эквивалентного радиуса необходимо, чтобы откло-
нение радиуса шара эквивалентного сопротивления от радиуса шара
эквивалентного объема были невелики.
Из ряда аналитических и экспериментальных исследований [65],
[112], [131] следует, что необходимо очень резкое отступление от
шарообразной формы, чтобы применение в расчетах эквивалентного
радиуса стало недопустимым.
Например, если большая ось эллипсоида в 2 раза больше меньшей,
то отклонения эквивалентного шара все еще практически ничтожны.
Это следует из расчетов, проведенных для сопротивления тел, откло-
няющихся от шарообразной формы, Гансом [84]. Ринде [112],
Шмиделем 1113].
Для продолговатых эллипсоидов, находящихся в броуновском
движении, сопротивления даются графически в функции соотношения
осей в работе Пржибрама [108].
Обширная теоретическая и экспериментальная литература имеется
по вопросу приложения выводов Стокса к телам, находящимся в
жидком состоянии [31], [35], [57], [70]. Но при радиусе частиц
0,01 см и меньше частицы следует принимать за твердые тела, так
как их агрегатное состояние при этой степени дисперсности не ока-
зывает практически никакого влияния на скорость их движения под
действием объемных сил [35, стр. 275], [135, стр. 45].
Весь, имеющийся экспериментально-теоретический материал по
вопросу влияния на сопротивление, которое оказывает жидкая
среда движущимся внутри нее частицам, позволяет прилагать в
расчетах молочных, латексных, кровяных и тому подобных жидкост-
ных сепараторов основную формулу Стокса, принимая частицы
жира, глобулы каучука, эритроциты за шарообразные твердые тела
(см. ниже).
В дополнение к изложенным соображениям о режиме относитель-
ного движения расчетных частиц следует еще указать, что поток
движения жидкости в рабочем пространстве сепаратора всегда лами-
нарен, так как сепараторный процесс в условиях турбулентности
в данном случае практически неосуществим (табл. 3).
59
Ламинарный режим для случая протока жидкости между двумя
находящимися в покое пластинками имеет место при значениях
числа Рейнольдса, меньших 3000 [137, стр. 367].
Re„p=^<3000.
Однако при увеличении расстояния между тарелками критическое
значение числа Рейнольдса снижается.-
По опытам В. Д. Суркова и Н Н. Липатова [52] турбулентный
поток возникал в пространстве между двумя находящимися в покое
коническими вставками при следующих значениях:
Расстояние между вставками в мм . 1 5 13
Число Рейнольдса 600—800 100—200 50—60
Значение чисел Рейнольдса в молочных сепараторах представлено
в табл. 3.
Таблица 3
Чис.:а Рейнольдса потоков в мо. очных сепараторах
Часовая произ- водительность сепаратора в л!час Число Рейнольдса Часовая произ- водительность сепаратора в л1час Число Рейнольдса
максимальное минимальное максимальное минимальное
5000 47,5 27,1 300 23,6 11,2
3000 47,2 25,2 100 20,8 9,6
1000 39,5 20,6 60 17,1 8.1
600 38,8 15,3
Все эти значения чисел Рейнольдса в 60 и больше раз меньше
критических. Это позволяет считать необоснованными попытки
использовать критические значения чисел Рейнольдса для расчетов
максимальной производительности сливкоотделительных барабанов.
4. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ОТСТОЯ. ПЕРИОД УСКОРЕННОГО ДВИЖЕНИЯ-
ВРЕМЯ РЕЛАКСАЦИИ И РАЗДЕЛЯЕМОСТЬ. МЕХАНИЧЕСКИЙ
РАЗДЕЛЯЮЩИЙ ФАКТОР ОТСТОЙНИКА
Рассматривая плоскостное движение в гравитационном поле, по-
лучим для данной частицы т, движущейся под действием силы,
уравновешенной сопротивлением среды W:
т-~~- = -№cosa,
at ’
т = mg (1 - — W sin a.
(23)
60
В проточном отстойнике необходимое для завершения процесса
относительное перемещение расчетной частицы S равно
S = H — 8 = §^dx-
(24)
В непроточном, спокойно стоящем сосуде это перемещение
т
S = Н — b = § vdt,
о
где Т — длительность процесса.
Для этого спокойно стоящего сосуда формула (23) принимает
вид:
(25)
а при падении частицы в жидкости под действием веса в случае
приложимости закона Стокса постоянная скорость определится для
сферической частицы из условия равенства эффективного веса ча-
стицы в окружающей среде встречаемому сопротивлению этой среды
mg (1 —
Отсюда имеем закона Стокса в его обычной форме:
2
v = -gS
До приобретения этой скорости частица движется ускоренно, но
периодом ускоренного движения из-за ничтожной его малости в
сравнении с длительностью производственных процессов всегда можно
пренебречь.
В этом можно убедиться, воспользовавшись расчетом Вейсенгофа
1135, стр. 33], который принял в каждый момент неравномер-
ного движения справедливым закон сопротивления Стокса, т. е.
пренебрег влиянием предыстории явления [62, стр 95], [83а].
В этом случае в уравнении движения сопротивление W слагается
из сопротивления равномерного движения по закону Стокса и
сопротивления шара, движущегося неравномерно в идеальной
жидкости.
Это последнее сопротивление заменяется увеличением массы
шара на половину вытесненной массы жидкости, т. е. к действитель-
ной массе шара добавляется «кажущаяся» [46, стр. 124].
Эти оба сопротивления представляют собой частные случаи
общей формулы сопротивления Стокса для шара, совершающего
61
внутри вязкой жидкости по прямой небольшие колебания с перио-
дом [135, стр. 31]:
п ’
W = ^rv + m' и+(4- + Л_)^],
где т' — масса вытесненной жидкости, а
Для бесконечно медленных колебаний п = 0; -^ = 0.
Тогда имеем
W — бкцги,
т. е. закон сопротивления Стокса для равномерного движения. Для
идеальной жидкости ц = 0; S = oo, следовательно
IV/ 1
№==ТтТГ
где -i- т' и есть „кажущаяся масса", обусловленная сопротивле-
нием идеальной жидкости при неравномерном движении.
Формула (25) примет вид:
+ = — — (26).
Для шара, брошенного внутрь жидкости с начальной скоростью
v0 время достижения скорости v будет равно
<=Zl|(o4’ 0\]п(^.
Т) 9 \ '2 ) \ xg—v J
г, „ , т*
В этой формуле т = — есть время релаксации в толко-
вании Смолуховского [62, стр. 152], т. е. время, в течение кото-
рого сообщенная извне скорость полностью погруженного в жид-
кость шара вследствие сопротивления среды уменьшается в е раз„
что видно из формулы
V = Voe 1 , (27>
которая непосредственно следует из формулы (26)-, если в соответ-
ствии с выводом Эйнштейна [62, стр. 67] пренебречь инерцией жид-
кости.
Масса
т* = (т — т')
здесь так называемая эффективная масса шара.
62
Для начальной скорости, равной нулю
<28>
Здесь vst — скорость равномерного движения по Стоксу.
Для расчетных частиц жидкостных сепараторов время, определяе-
мое формулой (28), действительно ничтожно мало в сравнении с еди-
ницей.
Множитель
по порядку близок к единице, а остальное выражение
в сравнении с единицей исчезающе мало, что непосредственно еле-
Г2
дует из возможных значений множителя — [135, стр. 34]
Этой величиной в сравнении с длительностью пребывания жид-
кости в рабочем пространстве барабана сепаратора (> 1 сек.) можно
пренебречь.
Пренебрегая временем неравномерного движения, из формулы (24)
получим
vT==S
или [см. формулу (11)]:
4-g^r*r=s,
откуда
Т^=1, (29)
О
где время релаксациии
m—т' 2 с'—а » /ол,
т = -—-— = —---г2 (30)
/ у
есть мера способности жи
ваться в гравитационном
емость смеси, а величина
11
дкой смеси отстаи-
п о л е, т. е. р а з д е л я-
й
(31)
включающая механические факторы, решающие для процесса есте-
ственного отстоя, представляет собой механический раз-
деляющий фактор отстойника. Здесь <$ = Нраб —
рабочая высота отстойника.
Зависимость между разделяемостью смеси и разделяющим фак-
тором представляется уравнением равносторонней гиперболы (фиг. 31)
тф= 1. <"32)
63
Графическая зависимость может быть представлена прямой
(фиг. 32), если разделяемость заменить обратной величиной — сопро-
тивляемостью жидкости разделению W.
Из уравнения (31) следует, что разделяющий фактор проточного
отстойника равен
Ф = -^-£, ОЗ)
где I — длина, а b — ширина отстойника.
Из формулы (33) следует, что при данном расходе жидкости Q
очистка последней от взвесей (наибольший размер еще неуспеваю-
Фиг. 32. Зависимость разделяю-
щего фактора от сопротивляемости
жидкости разделению.
щих полностью выделиться частиц) обусловлена в проточном отстой-
нике не объемом его или высотой, а только размером площади его
основания.
Этот вывод следует сопоставить с аналогичным выводом о роли
высоты межтарелочного пространства в пакете тарелок барабана
жидкостного сепаратора (см. ниже).
5. РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЖИДКОСТНОГО СЕПАРАТОРА
МЕХАНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛЯЮЩИЙ ФАКТОР СЕПАРАТОРА. РАЗДЕЛЯЕМОСТЬ
СМЕСИ И СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ СМЕСИ РАЗДЕЛЕНИЮ. РАСЧЕТ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СЕПАРАТОРА
В равномерно вращающейся вокруг вертикальной оси гомоген-
ной тяжелой капельной жидкости все частицы находятся в состоя-
нии относительного равновесия под действием трех сил:
центробежной силы собственной массы tnu2R,
давления окружающей среды
V(mw2R)2 -j- (mg)2,
силы веса mg.
64
Силовое поле с параболоидальными поверхностями уровня и
нормальными к ним линиями действия разделяющей силы
y=-^dR==-^lnR+c <34)
при пренебрежении влиянием силы тяжести заменяется полем с
цилиндрическими эквипотенциальными поверхностями давления и
горизонтальными линиями действия разделяющей силы (фиг. 33 а, б).
Фиг. 33. Эквипотенциальные линии:
а — кривые давления поля действия центробежной силы и силы тяжести (центри-
фугирование); б — линии давления центробежного поля (сверхцентрифугирование).
Допускаемая при этом погрешность может быть выражена отно-
шением
^ = <Р-
Это отношение при пренебрежении силой тяжести принимается
равным единице, а в действительности равно
у2(1-ф) + ^
‘ v2 (1 — ф) — gH ’
(35)
что легко вывести из сравнения объемов жидкости во вращающемся и
невращающемся сосудах.
В формуле (35): v — окружная скорость на периферии сепара-
торного барабана; ф —часть барабана, не заполняемая жидкостью;
Н — высота барабана.
Даже при наименьшей применяемой в сепараторах окружной
скорости
v = 50 м/сек
отношение <р равно
„_502 (1-0,2)+ 9.81-0.1 _ п
у 502 (1 -0,2) - 9.81-0,1 Вн-
если жидкость протекает через барабан, как это происходит в
непрерывно работающих жидкостных сепараторах, то на каждую
частицу жидкости воздействуют еще две силы:
5 Бремер 1484 65
сила Кориолиса1 *
2mo23io sin а
(36)
и сила
^23
dt ’
т
где о23 — относительная скорость движения жидкости внутри бара^
бана.
Отвлекаясь от тангенциальных течений в межтарелочном про-
странстве, найдем, что при данной производительности сепаратора
Q сма1сек, в случае установившегося движения, радиально направлен-
ная слагающая скорости частиц жидкости определяется для верти-
кальной цилиндрической пропускной поверхности, на которой
частицы имеют равные между собой скорости, из условия посто-
янства расхода:
dp
оР= o23cosa
О cos а
z 2пр6
><1
-Л cos a,
Р
(37)
если

Q
г2кб ’
где z — число межтарелочных пространств;
р — расстояние частицы от оси вращения по радиусу, т. е
р = / cos а; I — расстояние частицы от верхнего края рабочей
части образующей тарелки;
8 — расстояние между тарелками;
a—угол наклона образующей тарелки к горизонту.
Имеем
р = ]/2Kit cos a — 2К2-
Скорость
al Ki
dt V2Kit COS a -2K2
Ускорение
do23 _ a _______________________cos а_______
dt ~ 23 /(2KK cosa —2K2)3 *
В этих выражениях найденная из начальных условий постоян-
ная интегрирования равна:
rx Pmln
Лг —-------2 ‘
Пренебрегая ускорением, силой тяжести и кориолисовым уско-
рением по сравнительной малости с центростремительным и считая
загрузку тарелок равномерной как в пределах одного межтарелоч-
1 Индексы: 1 — расчетная частица; 2 — жидкая среда; 3 — барабан сепаратора.
66
ного пространства, так и по высоте всего пакета тарелок (см. ниже),
получим давление жидкости, равное
/?2<£>2р. (41У
Этому давлению подвержена совершающая свое относительное
перемещение сепарирующаяся частица, отличающаяся от жидкости
плотностью а'
Скорость движения этой частицы относительна барабана может
быть принята равной скорости движения относительно барабана
самой жидкости, т е.
И18 ~ ^23-
Действительно, пока жидкость протекает через межтарелочное
пространство, расчетная частица должна совершить относительное
перемещение, равное расстоянию между тарелками по горизонтали,
т е. путь, чрезвычайно малый по сравнению с длиной образующей
тарелки
Средние скорости о12 и о2з удовлетворяют в существующих сепа-
раторах соотношению
6 0,05 АП,
12 /sin а 10-0,5 23 ’ 23
Приняв
®13 = ^23,
получим эффективную Кориолисову силу
2m Q —тко. (42)
Этой силой в соответствии со сказанным выше мы можем пре-
небречь.
Под действием силы сепарации
— <о2р (43)
и силы сопротивления, принимаемой в каждый момент равной силе
сепарации и соответствующей закону Стокса
Vp 12,
частица движется с некоторой переменной скоростью, которая опре-
деляется из равенства
т 1 —<о2р = 6n:i]/'y12 . (44>
5*
67
Радиально направленная скорость о13 частицы относительно
барабана равна
dp Кг
dF = TC0Sa'rl’p12
или
dp Кг
v^ = 7fF~TC0Sa-
Отсюда
т 0 - 4)w2p - (5- - т1 cosa)=°> <45)
где / — молекулярный коэффициент трения [см. формулу (10)].
Определяя время t, получим
/K1C0Sa-m (1--^-) г^ах
t =--------—— 1g----------------А-------------(46)
2ть>^-^ /Kjcosa-m^l
Здесь итах и um)n — соответственно максимальные и минимальные
окружные скорости.
Молочный сепаратор производительностью 600 л/час имеет для
рабочего пространства барабана следующие максимальные и мини-
мальные радиальные расстояния:
Ртах = 80 ЛОИ И рт1п = 30 ММ.
Если вести расчет на предельную остроту обезжиривания диаме-
тром расчетной частицы 1 мк, то время пребывания по фор-
муле (46)
t = 2,99 ~ 3 сек.
Расчетная скорость жидкости относительно барабана
v23 = 1,775 см/сек.
Ускорение
_ dv^ = _ 0 2з7 см1сек,_
Эффективная Кориолисова сила
2m (1—щи sin <2=0,7975 • 10 10 гсмсек 2.
Эффективная сила сепарации для среднелогарифмического ра-
диального расстояния от оси вращения, на котором эта сила имеет
свое среднее значение.
& _ Ртах РтШ
‘ СР 1п Ema;
Pmln
(47)
68
равна
т (1 - <o2Pfp = 3460 Ю”10 гсмсекГ2.
Из этого расчета следует, что в сепараторах эффективная Кори-
олисова сила составляет менее 0,1 % от действующей силы сепа-
рации [138, стр. 38]. Остальные отброшенные силы относительно
еще более ничтожны.
Под воздействием эффективной силы сепарации расчетная части-
ца, т. е. частица предельно малая и наиболее удаленная от конечного
места сепарации (наименее благоприятный случай), совершает за
время нахождения жидкой смеси в рабочем пространстве барабана
необходимое относительное перемещение внутри жидкости. Это
перемещение в предельном случае равно расстоянию между тарелками
по горизонтали:
5 = J vcdt.
о
Время нахождения жидкости в рабочем пространстве опреде-
ляется скоростью протока ее сквозь барабан, т. е. производитель-
ностью (питанием) жидкостного сепаратора.
Для произвольного сечения эта скорость протока определяется
формулой (37):
Q
СР zzrcpo
Для радиального расстояния имеем [см. формулу (38)]
р = ]/27? j / cos а — 2Ка,
(48)
или, подставляя постоянные
1 / О COS а
р — I/ ------— t —}— р, ,
‘ г кго ' Г1
скорость сепарации определяется из закона сопротивления Стокса:
2 о с о 0 . ,
°=VmP—(49)
Для расчетного относительного перемещения получаем:
О о
t t
= 4 <о2^ г2 [ xdt = 4<й2 г2 f x2dx,
9 in J 9 -n Q cos a J
о о
69
где
х —
Q COS a n
z^T ' + pl ;
dx____ Q cos a ________ xdx2r.?>z
dt 'Ыгбх ’ Q cos a
Следовательно,
(50>
Из уравнения (48) получим для времени пребывания молока
в рабочем пространстве
, (Ртах Ptnin) /К1\
Подставляя / в уравнение (50), получим
S --= ~ <‘>* (° 7 С>) [р3 — р3. 1. (52)
27 cos а [стах ст1п] V /
Имея в виду соотношения
8 = Smax s'n W = (Pmax —Рт1п)^а’ (53)
сгруппируем соответственно' величины, входящие в формулу (52),
2 / Р^ах Pmln \1 | _2_ г2 I = I. (54)
Q 3 \ Ртах Pmln / L У Ч J
Введем понятие приведенного радиуса RnpU8, равного
радиальному расстоянию:
R-прив з (Ртах “Ь PmaxPtnln 4“ Pmln) • (55)
Тогда в формуле (54) величина
<56>
может быть принята за расчетный объем сепараторного
барабана.
Формула (54) представляется в виде
|2^ш2][т1 = | <57)
или [см. формулу (32)]
Фс = 1. (58)
70
В левой квадратной скобке формулы (57) содержатся величины,
которые определяют разделяющую способность сепаратора, и в
совокупности представляют собой по аналогии с процессом естествен-
ного отстаивания [см. формулу (31)] механический раз-
деляющий фактор сепаратора. Время релакса-
ции так же, как и при отстое, определяет разделяемость смеси
[см. формулу (30)].
Аналитически полученная зависимость между разделяющим фак-
тором и разделяемостью жидкости может быть представлена в кри-
териальной форме. С этой целью находим общеизвестными приемами
анализа размерностей для пяти количественных характеристик два
критерия подобия, которые необходимы и достаточны для однознач-
ного определения процесса. Эти количественные характеристики
следующие:
Да — разность плотностей;
к) — вязкость среды;
г — радиус частицы;
ы — угловая скорость;
t — длительность процесса, равная расчетному времени пре-
бывания.
Критерии подобия оказываются равными:
(59)
Сопоставляя эти критерии с аналитическими выводами, полу-
чаем искомую критериальную форму зависимости, которая могла
бы быть определена и экспериментальным путем
Рг-Р1 — const
(60)
Для разделения данной смеси необходим минимально разделяю-
щий фактор:
т. е. разделяющий фактор, равный величине обратной разделяе-
мое™. Эта обратная величина
W= ——
храсч
(62)
представляет собой сопротивляемость жидкой смеси разделению
1см. формулу (4а)].
В формулах (61) и (62) т v — разделяемость расчетной частицы
в данной среде. Частица задается сообразно с предъявляемыми к
технологическому процессу требованиями.
Производительность сепаратора определяет формула (57)
<Э = тгУрогХ-
(63)
71
Действительная производительность сепаратора меньше этой
теоретической, и отношение
7Г~--- = ? < 1 (64)
те орет
дает к. п. д. жидкостного сепаратора (технологический к. п. ц.),
который и является одним из решающих факторов оценки степени
совершенства конструкции сепаратора.
Технологический к. п. д. сепаратора тем выше, чем меньше
разделяющий фактор
ф==г^ю2э (65)
нужный для достижения одной и той же остроты сепарации, опреде-
ляемой разделяемостью смеси.
Именно этот вывод и является критерием для оценки степени
действительного совершенства сепаратора. В малосовершенной кон-
струкции надлежащая степень сепарации достигается за счет сниже-
ния производительности.
Переходя от системы CGS к техническим единицам измерения,
получим прикладную формулу производительности сепаратора в
следующем виде:
L 0,04₽тгVn2, (66)
где L — производительность сепаратора в л/час\
Р — технологический к. п. д. сепаратора;
г — разделяемость в сек.;
z — число тарелок (межтарелочных пространств);
V — расчетный объем в см3 [см. формулу (56)];
п — число оборотов барабана в минуту.
6. КРИТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ
СЕПАРАТОРНОГО ПРОЦЕССА.
КИНЕТИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЫ
И ПРЕДЕЛ СЕПАРАЦИИ
По аналогии с процессом отстоя [см. формулу (7)] условие взве-
шенности частиц в сепараторе определяется приложением формулы
Эйнштейна к центробежному полю:
dp — db(a' — а) огр. (67)
Из дифференциального уравнения
dp Nm а' — с 9
T=d ° (68)
интегрируя его и заменяя отношение давлений пропорциональным
отношением частичных концентраций, получим для движущей силы
сепараторного процесса:
RT, о’ — а ,
С = 6А *П ~^ = т—~<69)
72
Для того чтобы расчетная частица достигла противоточной фрак-
ции, толщина отстойного слоя должна быть не больше радиуса
этой частицы, т. е. по терминологии Пескова [44, стр. 21J, дисперс-
ная система должна быть в условиях сепараторного процесса кине-
шчески неустойчивой.
Для соблюдения этого условия движущая сила сепараторного
процесса должна быть не меньше определенной величины, обуслов-
ленной кинетической неустойчивостью и соотношением частичных
концентраций заданным требованиями технологического процесса.
Это критическое значение движущей силы сепараторного процесса
равно:
С = In = т ( огр. (70)
h/' rN п2 \ о / '
Определяя отсюда радиус предельно малой еще выделяемой сепа-
ратором частицы, находим предел сепарации
4Л
г — у 3 RT п* (71)
'пред ' 4 Л/ л (o'— а)ы2р’ '
7. РАБОЧИЙ И РАСЧЕТНЫЙ ОБЪЕМ СЕПАРАТОРНОГО БАРАБАНА.
ПЕРЕПОЛНЕНИЕ
Если бы сепараторный барабан не вращался, а жидкость зани-
мала рабочий объем отдельного межтарелочного пространства
V , = тг(р2 —р2 ) h, (72)
раб птах гт1п/ ’ ' 7
то время пребывания жидкости в этом объеме будет равно
. Ураб к (Ртах Pmln)
'действ Q Q '
г
Здесь Л — расстояние между тарелками по вертикали.
При вращении же эквивалентное время пребывания равно
. У расч *RnPueHz /74Л
1расч~ Q ~ Q ‘ ’
z
Из последних двух формул следует, что рабочий объем сепара-
торного барабана работает с переполнением
t расч , Н .7С,
Р= . , =9 ~h' (75)
^действ и
2
где коэффициент формулы переполнения представляет собой -д от
неполного квадрата максимального и минимального радиусов та-
релки, деленного на разность квадратов тех же величин:
(2 2 X
Ртах Ртах Рт!п “Ь Pmln \
--------------------/ (76)
“max гт[п /
73
Переполнение 1 р дает соотношение рабочего и расчетного объема
сепараторного барабана:
Урасч = раб' С77)
Формулы (63) и (66) теперь примут вид, который, возможно,
наиболее целесообразен для практического применения:
Q = vzpVtsy2 см8/сек, (78)
L ~ 0,04$т:грУп2л1час. (79)
В этих формулах V — действительный рабочий объем отдельного
межтарелочного пространства [см. формулу (72)], а разделяемость
жидкой смеси
может для удобства подсчитываться с подстановкой значения рас-
четного радиуса частицы непосредственно в микронах (вместо сан-
тиметров), если угловую скорость или соответственно число оборо-
тов п уменьшать (до возведения в квадрат) в 10 000 раз.
8. ЗНАЧЕНИЕ ТОНКОСЛОЙНОСТИ. РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ТАРЕЛКАМИ.
УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ ЖИДКОСТНОГО КОЛЬЦА. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ
ПО СЕЧЕНИЮ ПОТОКА.
РАВНОМЕРНОСТЬ ЗАГРУЗКИ ТАРЕЛОК
Из формулы (78) следует, что производительность пакета тарелок
сепараторного барабана зависит не от расстояния между тарелками,
а от числа тарелок, подобно тому, как в проточном отстойнике про-
изводительность не зависит от его высоты [см. формулу (33)]. При
прочих равных условиях более производителен тот сепаратор, бара-
бан которого вмещает больше тарелок независимо от расстояния
между ними. Этот вывод и представляет собой основное аналитиче-
ское обоснование тонкослойного процесса жидкостного сепаратора.
Физически он истолковывается очень просто.
Уменьшая расстояние между тарелками, мы сокращаем путь отно-
сительного движения частиц внутри жидкости, но если число тарелок
и часовая производительность остаются прежними, то время пребы-
вания жидкости между тарелками соответственно уменьшается, что и
оставляет остроту сепарирования без изменений.
Поэтому с увеличением скорости прогона данного количества жид-
кости через пакет тарелок и с уменьшением расстояния между та-
релками пакета острота сепарации не должна ухудшаться.
Чтобы максимально использовать данный рабочий объем барабана
жидкостного сепаратора, необходимо вместить в него возможно боль-
ше тарелок, но увеличение числа тарелок ограничено механическими
свойствами материала тарелок и условиями технологического про-
цесса. Прочность тарелок не позволяет уменьшать их толщину ниже
1 Термин .переполнение* предложен автору акад. В. П. Горячкиным.
74
предельного значения (обычно 0,5 мм). Опасность забивания межта-
релочного пространства требует высоты межтарелочного пространства
в предельном случае для таких жидкостей, как молоко, латекс,
дизельное топливо, бензин, вина и другие столь же маловязкие про-
дукты 0,4 мм и для малых производительностей (менее 300 л/час)
как минимальное значение 0,3 мм, поскольку мелкие сепараторы
работают обычно не дольше 20—40 мин. [138], [136]. Чем добро-
качественнее материал и чем точнее изготовлены тарелки, тем ближе
могут быть взяты размеры к предельным значениям [19].
В некоторых сепараторах расстояние между тарелками в различ-
ных конструкциях колеблется. Так, например, в молокоочистителях
оно выбирается в пределах от 1 до 8 мм, а в кровяных — от 0,4 до
1 мм.
Следует считать, что условие свободного протока фракций в
межтарелочном пространстве является единственным фактором,
который определяет минимальное расстояние между тарелками как
оптимальное значение этого расстояния.
Однако удовлетворительных аналитических исследований этого
вопроса в литературе еще нет, так как предлагавшиеся методы расчета
оптимальных расстояний между тарелками жидкостных сепараторов
экспериментально не подтвердились [116[, [115]. Наименьшие пути
всплывания частиц дают вертикально стоящие крыльчатые вставки,
ранее широко применявшиеся.
Но крыльчатые вставки быстро деформируются в эксплуатации,
дополнительно нагружают стенки барабана центробежными силами
собственной массы, скорее забиваются отложениями и сложнее в
изготовлении. Поэтому во всех тарельчатых жидкостных сепарато-
рах применяют в настоящее время, как правило, конические вставки,
называемые обычно тарелками сепараторного барабана.
В этих конических вставках угол наклона к вертикали выбирают
так, чтобы выделяемые отложения продвигались свободно к перифе-
рии барабана в грязевое пространство, а более легкая фракция —
вверх по образующей тарелки.
Например, угол наклона образующей к горизонтали выбирают в
зависимости от угла трения сепараторной слизи по нижней поверх-
ности тарелок. Его берут равным 50 —60° исходя из расчета, обо-
снованного ниже (стр. 161):
/<tga, (81)
где f— коэффициент трения сепараторной слизи по стали в условиях
сепараторного процесса (фиг. 34).
Экспериментально доказано, что этот коэффициент в практиче-
ских пределах так же, как и при сухом трении, не зависит от дей-
ствующей силы [114].
Тарельчатые вставки создают в значительной степени органи-
зованный процесс сепарации, принудительно направляя необходи-
мым образом фракции и гарантируя ламинарный режим жидкост-
ных потоков. В этом состоит второе важное преимущество тонко-
75
слойного процесса сепарации в сравнении с центрифугированием в
целых роторах центрифуг.
В некоторых новейших конструкциях молокоочистителей при-
меняют значительно увеличенное расстояние между тарелками
до 10 мм и даже больше. К тому же и пропускная способность сепа-
ратора-молокоочистителя в 2 раза больше в сравнении со сливкоотде-
лительным барабаном тех же габаритов. Но в молокоочистительный
пакет тарелок поступает уже предварительно частично очищенное
на периферии барабана молоко, а в целях большей равномерности
Фиг. 34. Схемы действия сил на осажденную частицу:
а — составляющие центробежной силы; б — действующие на осажденную частицу силы.
В сливкоотделительных барабанах значения чисел Рейнольдса
столь далеки от критических (см. табл. 3), что использовать их для
производственных расчетов и определения максимально допустимой
производительности нет оснований.
На процесс сепарации велико влияние входящей в квадрате
величины угловой скорости. В современных жидкостных сепарато-
рах применяют угловые скорости обычно в пределах от 600 до
до 1200 сек~1, т. е. относительно высокие.
Сложность задачи состоит в том, что при расчете рабочего про-
цесса необходимо учитывать действительную скорость жидкости,
которая может отличаться от скорости движения самого барабана.
Однако новейшие исследования Ф. и К- Шмитц [116], [115], под-
твержденные стробоскопическими наблюдениями, показали, что
весьма большая суммарная поверхность тарелок пакета, на которой
относительное движение жидкости в пределах пограничного слоя
имеет скорость, равную нулю, обеспечивает при небольшом расстоя-
нии между тарелками хороший захват жидкости и в средних слоях.
Этот хороший захват жидкости в направлении вращения приводит,
как это показано в работах Шмитца, к весьма равномерному распре-
делению жидкости по поверхностям тарелок как внутри одного меж-
тарелочного пространства,-так и по всему пакету тарелок. Приводи-
мые ниже соображения основаны на работах Шмитца и отчасти
76
Прандтля [45]. В подводящих каналах жидкость принудительно
вращается с той же угловой скоростью, что и сепараторный барабан.
Поэтому с достаточной для расчетов точностью можно принять угло-
вую скорость жидкости в месте входа в межтарелочные пространства
пакета тарелок барабана равной в машинах, по конструкции сход-
ных с открытым молочным сепаратором, угловой скорости бараба-
на [17]. Если бы через вращающийся на рабочих оборотах барабан
жидкость не протекала, то вся жидкость, находящаяся в межтаре-
лочном пространстве, практически вращалась бы при установив-
шемся движении с той же угловой скоростью, что и тарелки. Давление
жидкости в этом случае, как известно, равно
dP = — Rdr<£?.
g
Откуда
(82)
где Р — перепад давления в рассматриваемом месте;
to — угловая скорость вращения;
R — расстояние от рассматриваемого места до оси вращения;
/?га1п — минимальный радиус, т. е. расстояние от места поступле-
ния жидкости в пакет тарелок до оси вращения.
При достаточном заполнении барабана жидкостью и установив-
шемся движении во всем рабочем пространстве пакета тарелок
должен иметь место этот перепад давления. Только в этом случае
вращающееся жидкостное кольцо может находиться в относитель-
ном равновесии. Отсюда следует, что все пространство между та-
релками сплошь заполнено жидкостью.
Пусть теперь жидкость начинает протекать сквозь барабан.
В молочном сепараторе степень обезжиривания решает поведение
потока обрата. По мере удаления от оси вращения поток обрата
должен начать все больше отставать в своем вращении от вращения
металла и возникающая относительная угловая скорость жидкости
по отношению к тарелке определяет степень этого отставания. Угло-
вая скорость вращения в слоях жидкости, удаленных от поверхности
тарелки на расстояние г, должна понизиться пропорционально какой-
то функции.
(83)
где ш — угловая скорость жидкости относительно тарелки 145,
стр. 437], a v — кинематическая вязкость.
Допустим, что угловая скорость жидкости в середине межтарелоч-
ного пространства стала в 2 раза меньше угловой скорости тарелок.
Это вызовет разность давления:
Ро-^= 7-0,375^(7?-/?га1п),
(84)
77
что составит даже в местах, близких к месту поступления жидкости
в пакет тарелок, весьма значительную величину. Все межтарелоч-
ные пространства сообщаются между собой. Поэтому не только в
пределах одного межтарелочного пространства, но и во всем пакете
тарелок практически не могут возникнуть отклонения в давлениях
вращающегося кольца жидкости от того давления, которое присуще
данной эквипотенциональной поверхности, определяемой уравнением
боковой поверхности цилиндра (см. фиг. 33).
В работах Шмитца сделано в соответствии со стробоскопическими
наблюдениями допущение, что скольжение жидкости (отставание
обрата) пропорционально разности соответствующих радиальных
расстояний от оси вращения до рассматриваемого места. Если ма-
ксимальное скольжение на периферии тарелки равно s, то сколь-
жение на радиусе Rx равно
кшах /А-п11п
Тогда окружная скорость vOKp:
voKp = — R^ = — bmax —+
R max s
^max — ^mln
= RxKt -f- К
2>
где
If _..._______'s' . R ._ Rmaxs
1 «max-finin’ 2 Kmax-Kmln
а перепад давления равен
V/ К2Ч
P = _L J Z?^ + 2KtK2 + -^-JdRx=
= + 2KiK2 (7?max _ ^min) + /qln /^x
На основании такого расчета Шмитц определил для своего экспе-
риментального сепаратора, что изменение линейной скорости на пери-
ферии одного межтарелочного пространства в сравнении с соседним
всего лишь на 1 мм/сек вызывает разность давления в 4,5 мм вод. ст.
при окружной скорости в этом месте 88,2 м/сек [116, стр 421J.
Непосредственным стробоскопическим наблюдением установлено при
этом, что отставание жидкости от вращения тарелок действительно
возрастает пропорционально удалению от оси вращения и относи-
тельно ничтожно. Так, при окружной скорости 45 м/сек скольжение
жидкости составило 0,11 м/сек [116, стр. 420].
На процесс сепарирования неблагоприятно влияют сепараторная
слизь, отлагающаяся преимущественно на нижних тарелках, шипики.
фиксирующие расстояние между тарелками, возможные неточности в
78
изготовлении тарелок или их деформация. Все эти факторы нарушают
свободный проток жидкости. Но они не могут вызвать имеющие
практическое значение отклонения в давлениях вращающегося мо-
лочного кольца.
В результате угловая скорость жидкости во всех слоях, нахо-
дящихся в пакете тарелок, практически одинакова и не может отли-
чаться существенной для производственных расчетов величиной от
угловой скорости вращения тарелок при применяемых в молочных
сепараторах межтарелочных расстояниях [116].
При протоке жидкости между двумя находящимися в покое
параллельными пластинками распределение скоростей подчинено
известному параболическому закону. Но только что изложенные
соображения указывают на то, что в межтарелочном пространстве
не может быть распределения скоростей такого характера. В отличие
от потока жидкости между двумя неподвижными параллельными
пластинками средние слои между тарелками в сепараторном барабане
должны иметь скорость протока меньше, а не больше. Средние слои
имеют тенденцию отставать по угловой скорости от слоев, приле-
гающих к поверхности тарелок, вследствие чего давление в этих слоях
понижается и движение в радиальном направлении задерживается.
Но этой разностью в скоростях, отвлекаясь от пограничного слоя,
можно в производственных расчетах пренебречь.
Изложенные исследования исключительно важны для практики
молочного сепараторостроения, они устраняют, в частности, ошибоч-
ные представления о меньшей загрузке верхних тарелок пакета в
барабанах молочных сепараторов и указывают на бесцельность
предлагавшихся дроссельных колец [7].
Результаты этих исследований можно свести к следующим основ-
ным положениям:
1. Жидкость внутри межтарелочного пространства при при-
меняемых в молочных сепараторах расстояниях между тарелками
вращается практйчески с той же угловой скоростью, что и тарелки.
2. Чтобы повысить производительность молочного сепаратора
необходимо выбирать экспериментальным путем минимально допу-
стимое расстояние между тарелками.
3. Загрузка тарелок в молочных сепараторах практически рав-
номерна по всей высоте пакета [115].
Шмитц не дал своим экспериментальным исследованиям ана-
литического обоснования. Хотя результаты этих исследований
и должны быть соответственно использованы в практике немолоч-
ного сепараторостроения, но при обобщении их на другие жидкостные
сепараторы необходимо учитывать особенности других конструкций
и отличные от молока свойства других жидкостей.
Так, например, при слишком значительном расстоянии между
тарелками недостаточный захват жидкости поверхностью тарелок
вращающегося пакета нарушит установленные в работах Шмитца
закономерности; если исходная жидкость на своем пути к вводу в
отдельные межтарелочные пространства подвергается такой сепа-
рации, что ее состав при поступлении в верхние слои пакета иной,
79
чем состав, питающий нижние межтарелочные пространства, то
условия загрузки тарелок по высоте пакета могут создаться раз-
личные.
Весьма существенны для уяснения физических явлений, про-
исходящих в межтарелочном пространстве молочного сепаратора,
и их более строгого расчетного обоснования аналитические иссле-
дования, проведенные канд физ-мат наук Е. М Гольдиным [17].
В соответствии с этими исследованиями основной характеристикой
потока может быть безразмерный параметр
где а — угол наклона образующей тарелки к вертикали;
v — кинематическая вязкость;
h — расстояние между тарелками.
В зависимости от величины этого параметра может весьма разно-
образиться профиль скоростей потока в межтарелочном простран-
стве. Так. например, для молочных сепараторов параметр Гольдина
лежит в пределах от 2 до 4. При этих значениях профиль скоростей
имеет примерно параболический характер, но вершина параболы
не только искажена, но и направлена в обратную сторону потока.
Этот аналитический вывод находится в соответствии с указанными
выше соображениями Шмитца, высказанными им на основании своих
экспериментальных исследований При увеличении Л могут возникать
самые разнообразные искажения профилей скоростей по сравнению с
обычной параболой
Несомненно, что характер профиля скоростей потока влияет
на процесс осаждения частицы, однако в слсчае достаточно симметрич-
ного потока и применимости к процессу осаждения закона сопроти-
вления Стокса принятая в настоящей работе осредненная схема может
быть, как это показали расчеты Гольдина, аналитически обоснована,
исходя из общих уравнений движения жидкости Навье — Стокса.
9. СОПОСТАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОТСТОЯ И СЕПАРАЦИИ.
ЗАДАЧА АКАД. В. П. ГОРЯЧКИНА. ФИЗИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
РАСЧЕТНЫХ ВЕЛИЧИН. КРИТЕРИЙ ФРУДА. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ
Жидкостный сепаратор, как это уже сказывалось во вводной
части, интенсифицирует процесс отстоя.
В собрании сочинений акад. В. П. Горячкина [18| приведена
задача № 50, сформулированная следующим образом:
«Во сколько раз необходимо увеличить массу Земли, чтобы сливки
отстаивались с той же скоростью, что и в сепараторе
Ответ: Во сколько раз центростремительное ускорение больше
ускорения силы тяжести.
<о2/? . 4л2л2г _ и2г /осх
602£ ~900’
где г выражено в м».
80
В ответе В. П. Горячкина необходимо расшифровать значение
радиуса г, под которым обычно ошибочно подразумевают максималь-
ный или какой-то средний радиус сепараторного барабана.
Такая расшифровка практически необходима, так как соотноше-
ние центростремительного ускорения и ускорения силы тяжести
используют для характеристики степени интенсификации центри-
фугой отстойных процессов и для классификации центрифуг по кри-
терию подобия Фруда [50, стр. 162], [131, стр. 189].
Пользуясь плоскостными представлениями, изобразим разде-
ляющий фактор отстойника [см. формулу (31)] в виде постоянной
угловой скорости диска, радиуса R = S, имеющего на периферии
окружную скорость, равную конечной скорости тела, свободно
падающего на Землю из состояния покоя в течение времени, равного
времени отстоя (фиг. 35):
о г!
где И — в данном случае рабочая высота от-
стойника.
Разделяющий фактор сепаратора равен со-
гласно формуле (78)
. paf> о
Ф = г—Q~ ю •
Учитывая формулу (73) для времени пребывания жидкости в
этом объеме, можно написать
Ф = р/«Л (86)
Необходимое для завершения процесса сепарации относительное
перемещение расчетной частицы, принятое равным расстоянию между
тарелками по горизонтали, в соответствии с его геометрическим смыс-
лом обозначим через Д/?
s = д/? -Л-.
tga
Представим формулу (86) следующим образом:
р<ш2Д/?
ДА! ‘
(87)
(88)
По аналогии с фИ1 35 можно разделяющий фактор сепаратора
представить себе в виде постоянной угловой скорости диска (фиг. 36),
имеющего на периферии окружную скорость, равную конечной ско-
рости тела, свободно падающего из состояния покоя на поверхность
некоторой воображаемой планеты в течение времени, равного вре-
мени пребывания жидкости в расчетном объеме барабана сепаратора.
При этом — по аналогии с земным — ускорение свободного падения
тел на данной планете необходимо считать равным
<о2Д/? — const, (89)
6 Бремер 1484
а радиус планеты:
<osA/?
3 ™
(90)
где & — средняя плотность планеты.
Упомянутую выше расчетную скорость
v=ptu2bR (91)
тела приобретают на данной планете при свободном падении из со-
стояния покоя с высоты
Д = (92)
tu!AR
г-ДН
а)
Фиг. 36.
где
a = ptis>. (93)
есть угол поворота ба-
рабана сепаратора за
время пребывания жид-
кости в расчетном
объеме.
Этот угол поворота
показывает, во сколько
раз угловая скорость, равная разделяющему фактору машины
Q = Ф
больше угловой скорости вращения барабана сепаратора
Ф
Для сравнения процессов отстоя и сепарирования необходимо
сравнять разделяющие факторы отстойника и сепаратора [см. фор-
мулы (31) и (57)], так как только в этом случае степень разделения
будет одинаковой:
Ф„ = Фг или ~ — p/w2.
6 е п
Отсюда
1 <^Н
t —р g ’
(94)
где t — время пребывания жидкости в рабочем объеме, ар — расчет-
ное переполнение [см. формулу (75)].
Следовательно, чтобы отстой совершался так же быстро, как сепа-
рация, необходимо иметь планету, на поверхности которой ускорение
свободного падения тел равно
а — ю2 (Ир).
(95)
82
Если средняя плотность этой планеты равна средней плотности
Земли, то радиус г в решении задачи В. П. Горячкина определяется
как увеличенная в р раз рабочая высота того отстойника, с которым
сравнивают сепаратор,
г = рН, (96)
а отнюдь не радиус барабана, как это неправильно принимают.
Таким образом, масса Земли должна быть в задаче В. П Горяч-
кина увеличена в
п'^рН
х = Раз’
(97)
(98)
где п — число оборотов барабана сепаратора;
р — переполнение рабочего объема [формула (75)];
Н — рабочая высота того отстойника, с которым сопоставляют
сепаратор.
На основании изложенной физико-механической интерпретации
расчетных величин легко определить интенсификацию
процесса разделения жидкой смеси сепаратором.
Действительно, эта интенсификация i дана формулой (94)
Т «PH
1 = — =р -----.
* и g
Для ручного сепаратора производительностью 300 л!час при
сопоставлении его с отстоем молока в кринке интенсификация равна':
.1000*. 140-0,2
i ж----g-gj---= 3 000 000 раз.
Следовательно, в молочном сепараторе расчетная частица жира
совершает необходимое для завершения сепарации относительное
перемещение внутри протекающей сквозь межтарелочное простран-
ство молочной жидкости примерно в 3 000 000 раз быстрее, чем рас-
четная
высоте
В
ю т с я
кринке
Если отвлечься от интенсификации процесса отстоя сепаратором
в результате сокращения пути, проходимого расчетной частицей в
ее относительном движении внутри жидкой смеси (т. е. от «интенси-
фикации по пути»), и сравнить средние скорости движения расчет-
ных частиц в сепараторном барабане и спокойно стоящем сосуде, то
получим интенсификацию процесса по скорости:
частица достигает в кринке слоя сливок, находящегося на
0,2 м.
молочном
примерно
с м о л о
сепараторе сливки выдел я-
в 3 000 000 раз быстрее, чем в
ком.
(99)
iCK = P g
Данная формулой (98) интенсификация процесса служит той
величиной, при помощи которой сопоставляют в процессах отстоя и
Центробежного разделения действительно сравнимые в расчетном
6* 83
отношении явления. Эго и следует учитывать, используя критерий
подобия Фруда для классификации жидкостных центрифуг. Для этой
цели использовали критерий Фруда советские и зарубежные иссле-
дователи (проф. В. И. Соколов, д-р X. Травинский и др.) [50, стр.162)
и [131, стр. 189[.
10. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОГЕННЫХ СМЕСЕЙ.
ВЯЗКОСТЬ, СТЕПЕНЬ ДИСПЕРСНОСТИ, ПЛОТНОСТЬ, РАЗДЕЛЯЕМОСТЬ
КАК РАСЧЕТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ
Вязкость. Расчетная величина в рабочем процессе жидко-
стного сепаратора — разделяемость жидкой смеси
зависит от вязкости среды, степени дисперсности частиц и разности
плотностей среды и частицы.
Для создания оптимальных условий сепарирования из всех
этих свойств используют прежде всего вязкость как величину,
весьма просто поддающуюся воздействию в производственных усло-
виях подогревом жидкости.
Пользоваться вязкостью как расчетной величиной при исчисле-
ниях разделяемости смеси сложно, так как явления вязкости тео-
ретически не изучены, в особенности в приложении к гетерогенным
жидкостям, отклоняющимся обычно в определенном температур-
ном интервале (при более низких температурах) от установленных
Ньютоном и Пуазейлем для нормальных жидкостей законов.
Действительно, вязкость по этим законам представляет собой
характерную постоянную для данной жидкости. Эта постоянная
однозначно определяется температурой, а для жидких смесей —
температурой и концентрацией, так как с увеличением последней
вязкость обычно возрастает.
Иначе говоря, в формуле Ньютона
(10°)
dx
напряжение сдвига k растет в данной жидкости при данной темпе-
ре»
ратуре и концентрации пропорционально градиенту скорости
Необходимая точность широко применяемых в практике темпе-
ратурных кривых вязкости может быть достигнута достаточным для
удовлетворительной графической интерполяции количеством экспе-
риментальных точек, поскольку показания вискозиметров одно-
значны. Поэтому практически нетрудно определить необходимые дан-
ные для расчетов нормальных по вязкости жидкостей в нужном произ-
водству интервале температур.
В результате этого не имеет практического значения для нормаль-
ных жидких смесей неудовлетворительное состояние теории вопроса
84
и ненадежность предлагаемых аналитических и эмпирических фор-
мул, определяющих вязкость в зависимее ги от температуры [67] [100],
концентрации [73], [13], эффективного объема и форм частицы [33]
и электрокинетических явлений [120]
Несколько сложнее вопрос с определением расчетной вязкости
аномальных в своих вязких свойствах жидкостей.
В этих жидкостях простая пропорциональность между напряже-
нием сдвига и градиентом скорости опытом не подтверждается и для
сохранения в силе закона Ньютона необходимо принимать вязкость
за величину переменную, что приводит к необходимости устанав-
ливать зависимость:
i=/(fe)- <101’
Но это равносильно тому, что вязкость уже нельзя однозначно
определять температурой и концентрацией.
При достаточно малом давлении в этих жидкостях в отличие от
явления нормальной вязкости поток может и не возникнуть, так
как в сопротивлении истечению не исключена в этом случае роль
структурных факторов, придающих системе некоторую «жесткость».
Структурная вязкость может подвергаться изменению под влия-
нием всех факторов, которые воздействуют на структурные образо-
вания внутри жидкой системы: от повышенных скоростей, турбулент-
ности (тиксотропия) [3] и др.
При повышении давления в аномальных жидкостях вязкость
уменьшается В течении температурных кривых вязкости на повышен-
ных температурах могут обнаруживаться резкие отклонения от
обычной плавности.
Существующие вискозиметры в своих показаниях не дают обя-
зательно совпадающих результатов и не только при применении
приборов различной конструкции, но даже и при повторных опре-
делениях. Связанная со всеми этими фактами неопределенность
физических основ вискозиметрической техники вынуждает к осторож-
ности в присвоении всем получаемым показаниям размерности абсо-
лютной вязкости.
Иначе говоря, определенная при помощи вискозиметров величина
не всегда годна для подстановки в аналитическую формулу. Поэтому
прежде чем подсчитывать при помощи этой величины разделяемость
жидкости, необходимо убедиться, что можно пренебречь при данных
температурах и концентрации и в данных физических условиях по-
тока влиянием структурных факторов.
Почти во всех случаях можно достичь таких физических условий
(температура, скорость потока), при которых полностью или ча-
стично аномальность в вязких свойствах исчезает [44, стр. 275].
Все это имеет решающее значение при сравнительной оценке
степени пригодности схем, положенных в основу технологического
пасчета жидкостных сепараторов.
Действительно, уточнения расчетной схемы, связанные с внесе-
нием физически неопределенных величин, могут лишить прикладную
85
формулу ее обоснованности и вместо ожидаемого приближения к
реальным явлениям давать при подсчетах менее совпадающие с
действительностью результаты.
Именно этим следует объяснить, что, несмотря на ряд попыток к
усложнению, та простая расчетная схема, которая была предложена
для технологического расчета сепаратора еще в 1928 г [9, стр 71,
остается в своих принципальных чертах и до сих пор наиболее при-
годной для прикладных целей в применении к сепараторным бара-
банам с альфа-устройством.
По этой схеме расчетным взят участок межтарелочного простран-
ства, в который протекающая сквозь барабан жидкость поступает
уже сильно разбавленной по концентрации частиц, так как подавляю-
щее большинство последних успевает завершить свое необходимое
для сепарации относительное перемещение, не достигая расчетного
пространства барабана.
В результате расчетная частица, находящаяся в наименее бла-
гоприятных условиях вследствие удаленности от потока фракции
концентрата, совершает свое относительное необходимое для сепара-
ции перемещение внутри жидкой среды, в значительной степени
лишенной взвесей. Это дает все основания для таких жидкостей, как
молоко, кровь и латекс, не только брать в расчет вязкость дисперсион-
ной среды, т. е. обрата, кровяной сыворотки и латексного серума,
но и вообще пренебречь взаимодействием между частицами дисперс-
ной фазы и всеми более крупными, чем расчетная, частицами, при-
лагая введением в расчет наименьшей и наиболее удаленной от фрак-,
ции концентрата частицы, общепринятой в технике, принцип наиме-
нее благоприятного случая.
Если расчетные частицы близки по своим размерам к пределу
сепарации [см. формулу (71)], то снижение вязкости подогревом
может и неблагоприятно повлиять на результаты сепарирования,
так как вследствие интенсификации броуновского движения радиус
частиц предела сепарации может возрасти [43], [10], [133, стр. 163].
Поэтому иногда, чтобы получить необходимый технологический
результат, жидкую смесь охлаждают.
Степень дисперсности. Степень дисперсности опре-
деляют в полидисперсных системах величиной, обратной радиусу
средней по размеру частицы:
где гСр — средний радиус;
п — число диспергированных частиц;
Jv(x)dx — суммарный объем всех частиц радиусом от 0 до х, опре-
о
деляемый при помощи кривой частоты.
При сепарировании более важное значение, чем средняя дис-
персность, имеет дисперсность мельчайших частиц, в особенности же
86
дисперсность частиц, находящихся вследствие своей малости и
броуновского движения надлежащей интенсивности во взвешенном
в условиях центробежного поля состоянии. Эти частицы обусло-
вливают предел сепарации данной жидкой смеси.
В большинстве случаев наличие частиц данного предельного по
малости размера служит не только характерной особенностью под-
вергающихся сепарации жидкостей, но и более постоянным призна-
ком, чем средняя дисперсность, которая может подвергаться изме-
нению под воздействием различных случайных причин [12, стр. 271].
В рассматриваемых в настоящей ра-
боте жидкостях предел сепарации для мо-
лока представляет собой частицы жира
диаметром около 0,5мк, для латекса — гло-
булы каучука диаметром около 0,4 мк.
Средняя плотность частицы —обычно ве-
личина, недостаточно определенная. По-
этому затруднительно точно эксперимен-
тально определить и предельный диаметр.
Но для практических целей в большин-
стве случаев можно пользоваться для рас-
чета предела сепарации величиной
Разность плотностей
Фиг. 37. График зависимо-
сти размера предельной ча-
стицы от разности плотно-
стей: /4(о' — о) = const.
г4 (о'—а) = const, (103)
значение которой найти с достаточной
точностью значительно проще.
График зависимости размера предель-
ной частицы от разности плотностей (фиг. 37) показывает решающее
значение в этой зависимости величины радиуса частицы, входящей
в четвертой степени.
Кровь, как система в условиях центробежного поля кинетически
неустойчивая, может быть сепаратором полностью разделена на
свободную от форменных элементов плазму и концентрат этих эле-
ментов. Основной предпосылкой к однозначному определению сте-
пени дисперсности служит практическая взаимная нерастворимость
частиц и среды, или ограниченная способность частицы к набуханию.
В большинстве лиофильных систем вещества могут неограниченно
набухать, и степень дисперсности в силу своей неопределенности
не может явиться объектом расчета для определения разделяемости
жидкой смеси. В лиофобных системах можно пренебречь влиянием
сольватации на степень дисперсности.
В промежуточных случаях степень дисперсности ограниченно
набухающих частиц целесообразно относить к случаю конечного
разведения и таким путем получать достаточно определенные для
практики расчетные данные. Сказанное соответственно относится
к грубым дисперсиям — эмульсиям и суспензиям.
Адсорбционные слои могут несколько снижать степень дисперс-
ности частиц Однако это влияние приобретает заметную величину
при такой степени дисперсности, которая в производственных про-
цессах сепарирования уже не встречается и поэтому практического
87
значения не имеет. Например, как это следует из приводимых ниже
данных (см. фиг. 43), увеличение диаметра жировой частицы белковым
адсорбционным слоем в расчетном случае выражается величиной
меньше десятых долей процента.
Плотность. К расчетным частицам в рабочих процессах
жидкостных сепараторов еще вполне приложимо понятие средней
плотности, имеющее в основе отвлечение от молекулярной структуры
материи.
Чем меньше разность плотностей дисперсной фазы и дисперсион-
ной среды, тем с большей точностью требуется определение плотностей
[12, стр. 271], [3, стр. 179], [69, стр. 52].
В зависимости от температуры вязкость изменяется в гораздо
большей степени, чем разность плотностей. В формулу разделяе-
мости степень дисперсности входит в квадрате, а остальные величины,
в том числе и разность плотностей, в первой степени. Поэтому раз-
ность плотностей практически всегда удается определять с достаточ-
ной для производственных расчетов точностью, если это определение
учитывает рабочие условия сепарации (температура и давление).
При высокой дисперсности частиц на среднюю плотность могут
заметно влиять ее адсорбционные слои, что иногда неполностью ком-
пенсируется снижением степени дисперсности.
Все эти соображения относятся, однако, к лиофобным системам,
в которых частицы практически не подвержены набуханию.
В лиофильных системах однозначное определение средней плот-
ности, в особенности при переменной концентрации, становится
практически невозможным, и поэтому расчеты в этих случаях не-
надежны и неизбежно носят условный характер, так как степень
набухания лиофильных частиц трудно количественно оценить.
Разделяемость В современной практике эксплуатации
жидкостных сепараторов искусственное воздействие на жидкую смесь
с целью повышения ее сепарируемости сводится в большинстве слу-
чаев только к подогреву жидкости перед пуском ее в машину.
Подогрев снижает вязкость и этим повышает расчетную разде-
ляемость. Разделяемость можно увеличить также, если укрупнить,
расчетные частицы дисперсной фазы и увеличить разность плотностей.
Укрупнением частиц можно было бы добиться полного выделения
диспергированных частиц в концентрат. Всякое увеличение расчет-
ной разделяемости ведет к увеличению производительности сепа-
ратора. Из этих соображений следует, что для дальнейшего совер-
шенствования жидкостных сепараторов важно изучать способы
воздействия на жидкость, чтобы искусственно изменить свойства,
определяющие ее разделяемость.
С этой же точки зрения представляют интерес электрическое и
электромагнитное воздействия на дисперсную систему («шнурообра-
зование», катафорез), хотя эти исследования еще не дали результа-
тов производственного значения [29], [109], [5, стр. 144].
Установлено [109], [82], что жировые частицы укрупняются и
агрегатируются внутри барабана молочного сепаратора, так как их
электрические заряды способствуют агглютинации [23].
88
Препарат
Фиг. 38. Схема коротковолнового
передатчика.
Для экспериментального изучения свойства мелких жировых
шариков агрегатироваться и сливаться в более крупные и выяснения
возможности использования этого свойства для повышения разде-
ляемое™ молока была применена В. Фрицем [82] установка, схема
которой показана на фиг. 38. Обычный коротковолновый радио-
аппарат (длина волны 3—6 м) позволяет подвергнуть препарат про-
дукта электромагнитному воздействию. Препарат наблюдают в
микроскоп. Под влиянием электромагнитного поля высокой частоты
жировые шарики шнурообразно сближаются, как это видно на
фиг. 39, а и б. При нагреве происхо-
дит их сливание в более крупные.
Сливание шариков в более крупные
может быть вызвано также электро-
литическими явлениями, способ-
ствующими образованию газовых
пузырьков. При лопании пузырьков
приставшие к ним жировые шарики,
как это видно на фиг. 39, в и г, от-
деляются в виде целого укрупнен-
ного шарика (см. стрелки на этих
снимках).
Сливание шариков требовало в
данном эксперименте нагрева, до 90°.
При размыкании тока шнурообраз-
ные кучки скопившихся шариков
сейчас же распадались. Этот распад
не позволяет еще уверенно пользо-
ваться подобными явлениями для
производственных целей, т. е. повы-
шать производительность сепарато-
ров и добиваться максимального извлечения возможно более мелких
частиц путем увеличения разделяемости укрупнением мельчайших
частиц дисперсной фазы и увеличением разности плотностей [55].
Несмотря на широкое внедрение жидкостных сепараторов в раз-
личные отрасли народного хозяйства, успехи в этом деле еще не-
значительны.
Дальнейшие успешные исследования в этом направлении должны
иметь исключительно важные практические результаты, так как
позволят значительно увеличить производительность машин и
преодолеть те затруднения по полному выделению из смеси дисперс-
ной фазы, которые связаны с приближением технологического про-
цесса сепаратора к пределу сепарации.
В химической промышленности уже давно применяют с целью
укрупнения частиц адсорбцию более поддающегося разделению по
удельному весу материала [43], [133, стр. 163], различные методы
агломерации, ионного обмена и адсорбции. Воздействие на вязкость
соответствующими добавками иногда целесообразнее, чем подогрев, в
некоторых случаях оно оказывается необходимым дополнением к
нему. Эффективен в некоторых технологических процессах и перевод
89
подлежащих сепарированию частиц в другую среду — растворитель,
более доступную обработке с целью разделения [43], [27].
Условия, содействующие внутри барабана или же в сепараторном
агрегате слипанию, сливанию, адсорбции, а также различным дру-
гим процессам, облегчающим необходимое разделение жидких сме-
сей машиной, могут требовать особых конструктивных приспособле-
ний и специальных конструкций, примером чего является сепаратор-
экстрактор.
Фиг. 39. Микроисследования молока:
а — микроснимок препарата молока в электромагнитном поле; б — шнурообразованне жировых
частиц в электромагнитном поле; в — жировой шарик подошел к газовому пузырьку; г — жировые
шарики сливаются.
Иногда конструктивное приспособление барабана сепаратора к
воздействию в желательном направлении на разделяемость обра-
батываетой жидкости — единственный реальный путь, чтобы повы-
сить степень разделения, увеличить производительность, уменьшить
габарит машины.
Это прежде всего относится к тем случаям, когда практикой дан-
ного технологического процесса достигнут предел сепарации.
Основная трудность работы в этом направлении состоит в том,
что при искусственных мерах воздействия вся система легко может
подвергаться недопустимым изменениям. Так, попытки укрупнить
мельчайшие глобулы каучука легко приводят к коагуляции латекса,
так как техника еще не владеет умением управлять процессами
90
коагуляции в степени, необходимой для разрешения возникающих в
данном случае задач.
Во всяком случае важно подчеркнуть, что конструктор может
совершенствовать машину и ее технологический процесс созданием
в центрифугах условий, способствующих повышению сепарируемости
жидких смесей.
Вот почему успехи физико-химического изучения разделяемости
жидких смесей и методов искусственного на нее воздействия должны
непосредственно интересовать не только технолога, но и машино-
строителя.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ ТЕОРИИ К РАСЧЕТУ СЕПАРАТОРОВ
ГЛАВА 1
МОЛОЧНЫЙ СЕПАРАТОР
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА МОЛОЧНОГО
СЕПАРАТОРА
Молочные сепараторы непрерывно разделяют молоко на две
неравные части — сливки и обрат, концентрируя в меньшей части в
сливках все жировые частицы, кроме самых мелких. Следовательно,
по принципу своей работы молочные сепараторы должны быть отне-
сены к концентраторам (сгустителям).
При технологическом расчете молочного сепаратора молоко
следует рассматривать как двухфазную полидисперсную систему:
жир — молочная плазма (фиг. 40), отвлекаясь от многофазности
дисперсионной среды и от сопутствующего процесса отложения на
периферии барабана так называемой «сепараторной слизи». Расчет
процесса выделения сепараторной слизи приобретает значение для
сепараторов-молокоочистителей, которые работают прерывно как
кларнфикаторы (осветлители).
В расчетный участок межтарелочного пространства молочная
жидкость в сравнении с цельным молоком поступает уже со снижен-
ной в значительной степени концентрацией жира. Этот жир может
находиться в молоке в твердом, жидком или жидком переохлажден-
ном состоянии.
При расчете молочного сепаратора на обезжиривание имеется в
виду жидкое агрегатное состояние жира, но расчет ведется на твер-
дые шарики. Объясняется это степенью дисперсности рас гетных
частиц жира.
Эти частицы жира имеют диаметр меньше 2 мк [109, стр. 42].
Все более крупные частицы не являются расчетными и переходят в
сливочные токи еще до достижения молочной жидкостью расчетного
участка барабана и во всяком случае значительно раньше указан-
ного размерного класса.
Частицы же дисперсной фазы эмульсии при таком порядке сте-
пени дисперсности ведут себя как твердые шарики вследствие дей-
ствия капиллярных сил и вызываемого этими силами поверхностного
натяжения при движении под действием объемных сил (см. стр. 59).
Это обстоятельство существенно для последующих расчетов, так
как сепарация молока в большинстве случаев производится в парном
92
или в подогретом до температуры парного молока (35—37°) состоянии
и жировые частицы попадают в сепараторный барабан в виде жид-
ких капель. Эти жидкие капли во всех расчетах, касающихся их
перемещений в центробежном поле, принимаются за твердые шаро-
образные тела.
Фиг. 40. Микроснимок
молока, разбавленного
в 4 раза, и микроскопи-
ческие измерения жиро-
вых частиц при помощи
микрометрического оку-
ляра.
В соответствии с современным воззрением' на молоко как на слож-
ную многофазную полидисперсную систему агрегативная устой-
чивость дисперсной системы жир — молочная плазма обуслов-
ливается присутствием коллоидального белка, для которого диспер-
сионной средой является водный раствор солей.
Вокруг каждой жировой частицы создается в результате адсорб-
ции уплотненный белковый слой, препятствующий коалесценции
жировых капель.
93
В цельном молоке, а тем более в сливках, жировые частицы бла-
годаря близкому расстоянию, сравнимому по порядку величины с
диаметром частиц, легко соединяются своими белковыми зонами в
агрегаты, несмотря на отталкивающее действие образующих эти
зоны белковых коллоидных частиц, несущих одноименные элек-
трозаряды [55], [103], [109, стр. 82]. Агрегатирование (конгломера-
ция) чрезвычайно ускоряет выделение жира. Однако значение
конгломерации жировых частиц для гравитационного и центробеж-
ного полей неодинаково.
В условиях естественного отстоя процесс сливкообразования
завершается всплыванием агрегатов. Движение индивидуально всплы-
вающих вверх мелких частиц, в особенности поднимающихся с близ-
ких ко дну мест, настолько медленно, что не может иметь для добычи
сливок практического значения.
В барабане же сепаратора процесс сепарации завершается в рас-
четном пространстве в момент достижения сливочных токов именно
этими мелкими жировыми частицами, обособленными и увлечен-
ными обратом в расчетный участок межтарелочного пространства.
Эти сливочные токи образуются вдоль верхней поверхности
каждой альфа-вставки в результате накопления у этой поверхности
мелких частиц. Пока накопление этих частиц не приведет к образо-
ванию из них агрегатов и движущихся как целое сливочных токов,
скорость их относительного перемещения внутри молочного потока
в местах, более близких к оси вращения, настолько незначительна,
что частицы практически увлекаются в этих местах барабана потоком
движущегося к периферии обрата [7, стр. 671].
Следует считать несомненно установленным, что характер про-
цесса естественного отстоя сливок в молоке происходит благодаря
конгломерации и движению агрегатов жировых частиц.
Именно эти два явления обусловливают содержание жира в сня-
том молоке и жирность сливок [109, стр 52 и 55]. Сущность же про-
цесса сепарации в сепараторе составляет относительное перемещение
внутри молочного потока жировых частиц. Конгломерация и обра-
зование сливочных токов, так же как и проток жидкости сквозь
барабан, являются условиями непрерывности процесса и вывода
отсепарированных фракций из барабана. Но эти явления не предопре-
деляют ни остроты сепарации, ни жирности сливок, которая может
быть получена в известных пределах произвольной.
Значение конгломерации непосредственно для процесса сепарации
сводится к снижению жирности поступающей в межтарелочное про-
странство молочной жидкости. Эта жидкость поступает в расчетную
часть межтарелочного пространства в значительной степени обезжи-
ренной, с интенсивно происходящим в ней процессом выделения в
сливки всех наиболее крупных частиц и гидродинамически эквивалент-
ных им скоплений в агрегаты частиц самой различной степени дис-
персности.
Все изложенные соображения подтверждаются приводимыми
ниже экспериментальными данными. Дифференциальные кривые
распределения частиц жира по размерным классам для сливок,
94
молока и обрата, соответствующие интегральные кривые, пересчи-
танные на объем, показаны на фиг. 41. Эти экспериментальные данные
указывают, что наибольшую часть содержащегося в молоке жира
составляют частицы диаметром в 1,5—5 мк.
Фиг. 41. Кривые частоты жировых частиц в молоке:
а — дифференциальные кривые: 7 — обрат (0,13% жира); 2 — цельное молоко (3% жира);
3 — сливки (40,5% жира); б — интегральные кривые: Z — обрат (0,13% жира); 2 — цельное молоко
(3% жира); 3 — сливки (40% жира).
Скорость всплывания частицы зависит от ее размера, определяе-
мого диаметром; эта зависимость подтверждена экспериментально
(фиг. 42, а). На теоретически подсчитанную кривую нанесено не-
Фиг. 42. Всплывание в молоке обособленных частиц при темпера-
туре 24° (а) и агрегатов частиц прн температуре 25° (6).
сколько экспериментальных точек, взятых из данных Troy & Sharp
[109, стр. 52; табл. XIV и стр. 55].
Кривая экспериментально определенных скоростей для скопив-
шихся в кучки жировых частиц представлена на фиг. 42, б. Кривая
построена на экспериментальных данных Troy & Sharp [109, стр. 55]
с исключением точек резкого нарушения плавности. Эти исключенные
т°чки легко объясняются различной плотностью соприкосновения
95
группирующихся в рыхлой кучке частиц и случайной конфигурацией
агрегата.
Из приведенных данных видно, что всплывание частиц диаметром
меньшим 5 мк происходит со столь ничтожной скоростью (меньше 1 —
5 мм!час), что этой скоростью нельзя объяснить наблюдаемое в
спокойно стоящем сосуде с молоком скопление на поверхности через
1—2 часа заметного слоя сливок. Эти сливки образуются в результате
всплывания частиц конгломератами, скорости движения которых
выражены кривой фиг. 42, б.
Расчет плотности по формуле Стокса показывает, что эти кон-
гломераты вследствие рыхлой структуры содержат жира меньше 50%,
и к тому же, достигая верхнего сливочного слоя, они примыкают к
нему весьма неплотно. Поэтому отстоем невозможно получить сливки,
жирнее 30% [109, стр. 55].
Различная роль конгломерации в процессах отстоя и сепарации
особенно убедительно доказывается экспериментами с сырым, па-
стеризованным и кипяченым молоком, а также опытами с добавкой в
молоко желатина и гумми-арабика [83], [87], [24], [109, стр. 53—
57]. Воздействия на молоко, способствующие конгломерации, уско-
ряют процесс отстоя. Если же эти воздействия замедляют скорость
передвижения обособленных частиц, то одновременно они, уско-
ряя процесс отстоя, ухудшают обезжиривание этого молока сепара-
тором.
Табл. 4 содержит результаты экспериментальной работы, прове-
денной следующим образом.
60 л сырого молока после тщательного перемешивания разделены
на три равные части. Первая часть просепарирована в сыром виде
при 33°. Вторая треть выдержана длительное время при температуре
выше 80°, охлаждена и вновь подогрета до 33° и при этой температуре
просепарирована.
Опыты с сепарированием молока дали следующие результаты:
Молоко Сырое Пастеризованное С добавкой желатина
% жира в обрате 0,115 0,118 0,770

Последняя треть молока просепарирована тем же сепаратором
при температуре 33° с предварительной добавкой незначительного
количества желатина.
Из цифровых данных следует, что пастеризация, замедляющая,
как известно, отстой молока (табл. 4), не повлияла на процесс
обезжиривания сепаратором, а добавка желатина, значительно
ускоряющая отстой, резко ухудшила центробежное обезжири-
вание.
Из табл. 4 видно, что добавка желатина в пастеризованное молоко
полностью восстанавливает способность молока к нормальному,
96
Таблица 4
Результаты опытов с сепарированием молока
Сырое молоко Молоко подвергалось 15-минутной пастери- зации в кипящей водяной ванне
Добавка желатина 0 1.5% 0 1.5%
Содержание жира в сливках в снятом молоке . . 25,60/в 0.72°/о 23.10/в 0,150/0 39.1о/о 2,5 27,5о/о О,15о/о
Количество отстоявшегося жира . . . 78% 96% 28°/о 96о/о
Примечание. Определение жира про? отстоя. зводилось через 48 час.
сливкообразованию, так как желатин восстанавливает способность
к конгломерации жировых частиц пастеризованного молока.
Неравномерный ход сливкообразования при отстое молока объяс-
нял скоплением в агрегаты еще Флейшман [80, стр. 94], указывая,
что более крупные частицы, особенно образовавшие скопление при
всплывании, захватывают встречающиеся на пути более мелкие
частицы, всплывающие индивидуально, с гораздо меньшей скоростью.
В теоретической части проводилось сопоставление процессов
отстоя и сепарации молока.
Аналитически такое сопоставление оказалось ценным, так как
привело к полезным обобщениям, но необходимо подчеркнуть, что
именно в молочном деле такое сопоставление лишено реального
смысла. Это объясняется тем, что расчетные физические основы
явлений отстаивания сливок и сливкоотделения сепаратором раз-
личны, и достичь степени обезжиривания снятого молока одинаковой
с остротой сепарации молочным сепаратором в действительности
нельзя не только по практическим обстоятельствам, но и по чисто
теоретическим соображениям.
Изучение роли конгломерации в процессах отстоя и сепарации
молока существенно для экспериментального обоснования расчета
рабочего процесса жидкостного сепаратора. Оно подтверждает
необходимость вести расчет процесса обезжиривания сепаратором
на предельно малые обособленные жировые шарики. В межтарелочном
пространстве эти жировые шарики индивидуально перемещаются
внутри молочной жидкости, в значительной степени обезжиренной
в сравнении с цельным молоком.
В соответствии с формулой (30) сепарируемость молока опреде-
ляется разделяемостью, т. е. временем релаксации скоростей этих
предельно малых частиц молочного жира.
Размер частицы жира для подсчета расчетной разделяемости
определяют исходя из конкретных технологических и экономиче-
7 Бремер 1484 97
ских соображений, и поэтому в некоторых случаях расчетными могут
оказаться частицы и более крупные, чем гот размерный класс, кото-
рый соответствует пределу сепарации [см. формулу (71)).
2. ОТДЕЛЬНАЯ ЖИРОВАЯ ЧАСТИЦА КАК ОБЪЕКТ РАСЧЕТА
Вокруг каждой жировой частицы имеется эмульгаторная пленка
(оболочка), состоящая в основном из уплотненного адсорбированного
на жировой поверхности белка. Частица жира движется вместе со
своей оболочкой как целое. Поэтому в расчет необходимо брать сред-
нюю плотность частицы и ее размер вместе с белковой оболочкой.
Сравнивая соответствующие объемы, легко видеть, что в процент-
ном отношении объем наружного оболочного слоя составит часть
общего объема движущейся, как целое, частицы, определяемую фор-
мулой
Р = 100 (1- g-), (104)
где d — диаметр жировой
частицы;
D — диаметр жировой
частицы с оболоч-
кой.
Толщина адсорбцион-
ного слоя настолько не-
значительна в сравнении
Фиг. 43. Увеличение объема жировой частицы С размером частиц жира
в результате адсорбции. (фиг. 43), что остается
невидимой в микроскоп.
Ее размер принимается равным в пределах 3—10 ммк [109, стр. 60],
а по некоторым данным максимальная возможная толщина состав-
ляет 36 ммк [4].
При этих данных о толщине объем этого слоя может составить
уже значительную часть общего объема частиц диаметром меньше 1 мк,
и тогда при расчетах потребуется внести поправку на утяжеление
частиц жира адсорбированным белком, т. е. при определении вре-
мени релаксации учитывать среднюю плотность частицы (фиг. 43).
В этих расчетах плотность жира может быть принята равной 0,92,
а плотность белка 1,32 [4]. Поправкой можно пренебрегать, если
частица крупнее 1 мк. Плотность жира с повышением температуры
изменяется сильнее, чем плотность молочной плазмы (обрата), что
видно из табл. 5
Разность плотностей обрата и жира подвержена изменению, в
особенности в том температурном интервале, когда изменяется агре-
гатное состояние жира, т. е. ниже 35°.
Влияние вязкости сильнее всего проявляется на том темпера-
турном перепаде, когда еще могут иметь значение структурные фак-
торы. Даже обрат аномален в своих вязких свойствах до 40°.
При температуре свыше 40° изменение вязкости обрата (фиг. 44)
протекает практически пропорционально вязкости воды [109, стр. 25]
98
Таблица 5
Разделяемость молока в секундах 10 8
Темпера- тура в °C Плотность Разность плотности Вязкость динамиче- ская в МЧСМ’СёК Диаметр частиц
плазма жир 0.5 ... 1.5 1.8 2.0
5 1,0365 0,9612 0,0753 0,0296 0,0354 0,1415 0,318 0,458 0,366
10 1,0359 0,9528 0,0831 0,0247 0,0468 0,1875 0,421 0,606 0,749
15 1,0348 0,9421 0,0927 0;02Ю 0,0614' 0,2455 0,552 0,755 0,981
20 1,0338 0,9304 0,1034 0,0179 0,0801 0,3210 0,720 1,040 1,232
25 1,0322 0,9208 0,1114 0,0154 0,1008 0,403 0,905 1,305 1,610
30 1,0306 0,9119 0,1187 0,0133 0,1233 0,495 1,115 1,605 1,980
35 1,0288 0,9082 0,1206 0,0117 0,1448 0,529 1,302 1.875 2,318
40 1,0266 0,9050 0,1216 0,0104 0,1625 0,650 1,460 2,120 2,600
45 1,0245 0.9012 0,1233 0,0093 0,1845 0,736 ’ 1,660 2,490 2,950
50 1,0223 0,8982 0,1241 0,0085 0,203 0,813 1,825 2,630 3,250
55 1,0198 0,8945 0,1250 0,0077 0,226 0,905 2,038 2,930 3,620
60 1,0171 0,8913 0,1258 0,0071 0,246 0,982 2,210 3,180 3;930
65 1,0145 0,8881 0,1264 0,0065 0,271 1,082 2,440 3,510 4,330
70 1,0117 0,8848 0,1269 0,0062 0,284 1,138 2,560 3,680 4,550
75 1,0086 0,8813 0,1273 0,0059 0,300 1,200 2,700 3,890 4,800
80 1,0054 0,8778 0,1276 0,0057 0,312 1,242 2,800 4,030 4,970 •
Молоко лучше всего сепарировать в парном состоянии (35—37°).
При этой температуре наиболее благоприятны для сепарирования
соотношение плотностей, агрегатное состояние жира, вязкость обра-
та, размер частиц.
Кроме того, сепарировать моло-
ко парным желательно и по техно-
логическим соображениям.
Подогревать остуженное мо-
локо целесообразно до 40° [58],
1109, стр. 76], чтобы добиться
перехода всех жировых частиц в
жидкое состояние.
Температура сепарации 35—40°
обычна в практике за исключением
редких случаев холодного сепари-
Тенпература
рования или пропуска через сепа- Фиг. 44. Изменение вязкости в зави-
ратор молока непосредственно симости от температуры,
после пастеризатора.
Холодное сепарирование можно производить при температуре не
ниже 10° с пониженной в соответствии с надлежащим расчетом про-
изводительностью при помощи замены поплавковой камеры и разде-
лительной тарелки барабана [28].
При температуре сепарации молока (не ниже 35°) аномалии в
вязких свойствах обрата не влияют на производственные расчеты про-
изводительности и остроты сепарации, однако определение вязкости
необходимо производить при давлениях, близких к рабочим уСло1-
виям [109, стр. 24]. •; ' 1,1
7* 1 99
3. ПРЕДЕЛ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ МОЛОКА
Размер расчетной частицы должен быть не меньше предела сепа-
рации, определяемого формулой (71):
„Реа = 0,7
RT
. ”1
In —
«2
N (а’ — а) а>2р
приняв <и== 1000 —— р = 10 см, In — = 13,8.
г сек г rig * 1
получим

425-10-“-13,8
(1,03—0,92) 1000МО
= 0,196 мк.
Если учесть среднюю плотность (около 0,95) жировой частицы с
адсорбционным слоем, то гпред = 0,205 мк.
Следовательно, диффузия уже оказывает влияние на относитель-
ное перемещение частицы с диаметром приблизительно 0,5 мк.
Состояние седиментационного равновесия устанавливается в
течение времени, примерно в 2 раза большего времени пробега этими
частицами расстояния между тарелками по горизонтали с присущей
их размеру стоксовой скоростью [99].
Более долгий срок пребывания молока в межтарелочном про-
странстве не влияет на повышение степени обезжиривания обрата
после того, как будет достигнут этот теоретический предел сепарации.
В цельном молоке и обрате частиц взвешенного размерного класса
практически всегда останется пропорционально одно и то же коли-
чество, что и обусловливает определенный процент жира в обрате
при предельно остром обезжировании.
В условиях центробежного поля молочного сепаратора взвешен-
ность частиц жира диаметром приблизительно 0,5 мк подтверждается
всей практикой эксплуатации современных сливкоотделителей и
специальными экспериментальными работами, в том числе и работами
с гомогенизированным молоком [109, стр. 70] [24, стр. 204], [77],
[88]. Для более точного экспериментального определения предела
сепарации необходимо определить кривую частоты, выражающую
распределение частиц по величине внутри первого размерного класса
(0—1 мк в диаметре). Точность измерения должна быть до сотых
.долей микрона. Разрешающая способность современного микроскопа
0,2 мк, а при ультрафиолетовом освещении до 0,1 мк [68], [4], [12,
стр. 46], [124], [127], [125], [63]. Таким образом, эти измерения
уже не могут быть произведены методами непосредственного микро-;
скопического наблюдения и требуют применения более сложных
.методов дисперсионного анализа.
Вполне возможно определить кривые распределения частиц дащ
ной степени дисперсности при помощи ультрацентрифуги Сведбер^
га [129].
100
4. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА ПРИМЕНИМОСТЬ ЗАКОНА
СОПРОТИВЛЕНИЯ СТОКСА
Во всех без исключения существующих молочных сепараторах
выполняются условия справедливости закона сопротивления Стокса
[см. формулу (17)]
Действительно, для крайних возможных значений входящих в
критерий Рейнольдса величин получим для современных производ-
ственных машин
0,0001-1,03-0.15
0,01 ~
0,00155 <0,2.
Диаметр расчетной частицы 2г = 2 мк, максимальная ско-
рость перемещения частицы по Стоксу:
v = <и2р г2 = 0,15 см/сек.
Поток в межтарелочном пространстве во всех молочных сепарато-
рах ламинарен, так как эффективная сепарация невозможна при
турбулентном режиме.
Поверочный расчет критерия Рейнольдса можно производить с
достаточной точностью по формуле
_____^Qa____
ZltD^nl) COS а ’
(Ю5)
в которой Omln — минимальный диаметр тарельчатой вставки,
a Q — производительность сепаратора в см3/сек.
Для крайних значений, возможных в существующих молочных
сепараторах (см. табл. 3), число Рейнольдса все еще меньше 50.
5. РАСЧЕТ МОЛОЧНОГО СЕПАРАТОРА НА ОБЕЗЖИРИВАНИЕ
Для расчетных частиц диаметром 1—1,5 мк и при температуре
сепарации в пределах 35—40° разделяемость колеблется от 0,53 до
1,46-10-8 сек. (см. табл. 5).
Это и будут крайние значения расчетной разделяемости для нор-
мальных условий сепарирования. Расчетный диаметр в 1 мк соответ-
ствует при этом в среднем проценту жира в обрате 0,02—0,05, а
Диаметр в 1,5 мк — проценту жира до 0,1.
В производственных условиях молоко сепарируют, как правило,
в парном или подогретом до температуры парного молока состоянии.
При этих условиях колебания в плотности обрата и жира и в
вязкости плазмы для молока самого разнообразного качества столь
незначительны, что в производственных расчетах можно принять
t = /(d2), (106)
101
следовательно, каждый сепаратор оказывается рассчитанным для
данных условий сепарации на определенный диаметр жирового ша-
рика, Этот диаметр для нормальных условий сепарации, когда
равен
т35 =: 0,6г/2,
ЭО.бгр Уш2 ^пред- (107)
Фиг. 45. Сопоставление процента жира
в обрате и предельного диаметра.
Все жировые частицы, мень-
шие этой предельной величины,
практически не подвергаются
в данном сепараторе действию
сепараторного процесса и оста-
ются в том же относительном
количестве в обрате и в слив-
ках, что и в исходном цельном
молоке.
Отсюда непосредственно сле-
дует, что процент жира в обрате
зависит от количества обособленных предельно малых жировых
частиц в цельном молоке. Это приводит к важному выводу.
В молочнохозяйственной практике качество работы сепаратора-
сливкоотделителя оценивают процентами остающегося в обрате жира,
так как прежде всего именно эта величина представляет для молоч-
Фиг. 46. Кривая колебания степени обезжиривания сепаратором
в зависимости от качества молока (данные западногерманской
фирмы «Вестфалия»).
Из сказанного же следует, что степень обезжиривания правильнее
выражать при одних и тех же значениях вязкостей и плотностей
обрата и жира величиной остающихся в обрате наибольших по
размерам жировых шариков [7, стр. 680]; [109, стр. 46].
Пока сепаратор не ухудшил свой технологический к. п. д., опре-
деленная однажды для него величина предельного диаметра \^пред
должна быть достигнута в обычных производственных условиях на
молоке различного качества независимо от тех колебаний, которые
могут показать проценты жира в обрате. Как показывает опыт экс-
плуатации молочных сепараторов и специальные эксперименты,
эти зависящие исключительно от степени дисперсности жира в цельном
молоке колебания процентов жира в обрате при работе одного и
102
того же сепаратора возможны в пределах от 0,02 до 0,08 и даже больше
(фиг 45 и 46).
Применяя для оценки работы сепаратора предельный диаметр,
испытание сливкоотделителей можно производить в обычных про-
изводственных условиях на молоке различного качества в разных
районах и результаты все же будут сравнимы между собой.
Однако, заменив разделяемость предельным диаметром, следует
всякий раз, когда в сепараторном процессе имеются отклонения от
обычных условий, как, например, в случае холодного сепарирования,
возвращаться к величине разделяемости, чтобы избежать ошибоч-
ных обобщений.
6. ХОЛОДНАЯ СЕПАРАЦИЯ
В каталогах заводов, снабжающих свои сепараторы приспособле-
ниями для холодной сепарации, указывается производительность
для холодной сепарации в 2 раза меньше, чем нормальная часовая
производительность, что видно из табл. 6, приводимой в каталогах
шведской фирмы «Альфа-Лаваль».
• Таблица 6
Производительность сепараторов „Альфа-Лаваль“ при холодном
‘ сепарировании в л/час
Марка сепаратора Парное молоко Холодная сепарация Марка сепаратора Парное молоко Холодная сепарация
Модель „60“ № 2 110 55 Модель „60“ № 7 440 220
„ № 3 . . 135 70 . . № 8 . . 550 275
„ , № 4 . . 160 80 . № 9 . . 660 330
„ Ns 5 . . 240 120 . № 10 . . 750 375
. № 6 . . 330 165
Разделяемость парного молока при = 1 мк (табл. 5): т =
= 0,529-1О-8 сек.
В соответствии с данными завода расчетная разделяемость для
холодной сепарации в 2 раза меньше т = 0,26-10~8 сек.
При дальнейшем снижении температуры следует ожидать ухуд-
шения обезжиривания. Это совпадает с данными фирмы, указываю-
щей, что при предельно низкой температуре сепарации (10—12°)
обезжиривание ухудшается [28].
Здесь следует отметить, что в этих пределах температуры необхо-
димо в экспериментальных работах учитывать возможность влияния
факторов структурной вязкости.
Поэтому опыты с молоком, охлажденным до 15°, могут дать другие
результаты, чем сепарирование молока, подогретого до 15° с низких
температур [58].
103
7. УСТОЙЧИВОСТЬ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ К- П. Д.
СЕПАРАТОРА
Поверочные расчеты (табл. 7 и 8) существующих молочных сепа-
раторов отечественных и иностранных марок дают для отечествен-
ных ручных молочных сепараторов более высокие значения vnped,
чем для сепараторов некоторых зарубежных фирм, например «Альфа-
Лаваль».
Следовательно, более острое обезжиривание этих сепараторов,
являющееся общеизвестным фактом в нашей маслодельной про-
мышленности, следует объяснить прежде всего не качеством этих
машин, а техническим расчетом часовой производительности.
Для достижения требуемой современным уровнем молочной тех-
ники остроты обезжиривания необходимо производительности на-
ших ручных молочных сепараторов пересчитать на р-пред = 1,2 мк.
Предусмотренную расчетом степень обезжиривания сепаратор
должен давать неизменной в длительной эксплуатации.
Устойчивость же обезжиривания (а не степень обезжиривания)
всецело обусловливает технологический к. п. д. машины, т. е. кон-
структивное совершенство машины, а также качество материалов и
точность изготовления.
Следовательно, испытания отечественных молочных сепараторов,
практикуемые в заводских молочных лабораториях путем однократ-
ного пропуска молока, совершенно недостаточны, чтобы оценить их
механические качества в работе на обезжиривание. Необходимы
испытания единичных экземпляров от серийных партий на устойчи-
вость обезжиривания.
Так как сепараторы обычно работают примерно 2—4 часа в сутки,
то испытание на устойчивое обезжиривание, эквивалентное полу-
годичному сроку работы, можно провести в заводской молочной ла-
боратории в 2—3 недели (по две машины от каждой партии, выпускае-
мой в количестве несколько тысяч штук).
8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО К. П. Д.
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РАБОТЫ МОЛОЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ МЕТОДОМ
ПРЕДЕЛЬНЫХ ДИАМЕТРОВ
Как указывалось выше, с технологической стороны степень со-
вершенства конструкции молочного сепаратора должна оцениваться
технологическим к. п. д.
Р__ Q действ
^теорет
Работа находящихся в эксплуатации молочных сепараторов долж-
на контролироваться не только процентами жира в обрате, а и вели-
чиной предельного диаметра, т. е. размером наиболее крупных ча-
стиц жира, еще встречающихся в обрате.
Процентное содержание жира в обрате зависит от изменения свой-
ств молока, а технологический к. п. д. сохраняет свое постоянное для
104
Таблица 7
Основные расчетные данные молочных сепараторов
Марка сепаратора Производительность в л!час Барабан Число оборотов барабана в минуту Основные расчетные данные
Число тарелок Диаметр тарелки в см Высота тарелки в см Приведенный радиус в см р * кприв Расчетный объем в см' Разделяющий фактор
2 S R ся 2 Я со 2 минимальный 7 "з 1 4-1- Ь» Z-?— лМО5 об/мин 4*
Отечествен- ные „Лзержинец" 50 14 7,1 з,з 2,4 9 760 7,5 108 1,33 33,4
„Волга" .... 100 18 8,4 3,5 2,8 9 200 8,7 164,5 1,165 29.3
„Урал-3" . . . 300 38 12,9 4,7 4,9 8 250 12,9 640,0 2,54 64
ОСЖ 300 30 12,9 4,6 5,0 7 560 12,8 655,0 1,73 43,5
„Урал-6" . . . 600 45 14,7 5,0 5,9 7 250 14,5 975,0 1,77 44,5
,Звезда-6" . . 600 48 14,6 6,0 5,2 7 200 15 913,0 1,74 43,8
„Звезда-М" . . 600 48 14,6 6.0 5,2 7 200 15 913,0 1,74 43,8
ОС-5Е .... 600 46 15,0 5,2 5,9 7 560 14,8 1018,0 2,06 51,8
ОС-6Е .... 600 46 15,0 5,2 5,9 7 560 14,8 1018,0 2,06 51,7
ОС-1К .... 1000 50 17,6 6.8 6,5 8 300 17,8 1620,0 2,59 65,2
СПМ-2000 . . . 2000 80 21.7 8,0 10,0 7 200 21,7 3700,0 3.54 89
СПМФ-2000 . . 2000 80 21,7 8,0 10,0 7 200 21,7 3700,0 3,54 89
ВЦ-3 3000 88 27.5 9,7 12,7 6 500 27,3 7420,0 4,14 107
МЦК-3 .... 3000 88 27.5 9,7 12,7 6 500 27,3 7420,0 4,14 107
Зарубежные NN 30 27 4,4 2 1,7 14 400 2.32 28,5 2,48 62
„Альфа-Лаваль № 1" 75 18 8,1 3,4 2,85 10 200 4,17 155,0 1,80 45
„Юниор № 11" 90 18 8.1 3,4 2,85 10 200 4,17 155,0 1,495 37,6
„Юниор № 12" 130 22 8,85 3,7 3,15 10 200 4,56 206 1,68 42,3
„Альфа-Лаваль № 4“ 160 28 9,8 4,0 3,5 9 100 5,04 276 1,86 46,8
„Альфа-Лаваль № 6“ 330 35 13,0 4,75 5.0 7 420 6.5 664 1,775 •45
„Мак-Кормик" 340 30 11,55 4,35 3,65 7 290 5,78 383 0,8 21.2
„Альфа-Лаваль № 8“ ... 550 46 15,0 5,2 5,8 7 380 7,41 1005 2,13 54,0
„Альфа-Лаваль" 5000 122 28.6 9,3 13,7 6000 14,0 8380 2,9 73,7
Rnpue *. ]/ #гоах + ^max^njin + ^mln- О * Примечан не. Расстояние между тарелками в сепараторах
1000 л/час и выше 0,44 мм при а = 55°. В меньших сепараторах —0,3 мм
при а = 50°.
105
Таблица 8
Дополнительные расчетные данные молочных сепараторов
>>%
ЛЬНОСТЬ Г3 о> и = S s g 1ВЗНИЯ жду сек. CJ о О О к оо 5 к диаметр
Марка сепаратора 0J X ой. •С <у ш S х = * 3
о я-й &?= = ®а:« 5 и X
Произв, в л/час Рабочи! двумя 1 Время жидкое тарелка О 1 Е -Л Ф S- II Е В. Расчетн мость т Предел! в мк**
Отечественные „Дзержинец' .... 50 1.21 1,220 89,3 1,072 1,76
„Волга' 100 1,78 1,160 92,5 1,250 1.45
„Урал-3' 300 4,40 1,295 145,05 0,563 1,00
ОСЖ 300 4,45 1,605 147,0 0,825 1,20
„Урал-6* 600 5,83 1,578 167,0 0,808 1,18
„Звезда-6* 600 5,40 1,550 169,0 0,820 1,19
,Звезда-М“ 600 6,37 1,84 143,0 0,820 1,19
ОС-5Е 600 6,03 1.668 168,0 0.695 1,10
ОС-6Е 600 6,03 1,668 168,0 0,695 1,10
ОС-1 К 1000 10.05 1,815 161,8 0,525 0,96
СПМ-2000 2000 15,62 2,55 236 0,408 0,84
СПМФ-2000 2000 15,62 2,55 236 0,408 0,84
ВЦ-3 3000 25,40 2,68 292,0 0,346 0,78
МЦК-3 3000 25,40 2,68 292.0 0,346 0,78
Зарубежные NN 30 0,466 1,51 61.0 0,577 1,02
„Альфа-Лаваль № 1* 75 1,65 1,43 94,0 0,795 1,17
„Юниор № 11“ ... 90 1,65 1,188 94,0 0,955 1,29
„Юниор № 12' ... 130 1,97 1,200 95,5 0,850 1,21
„Альфа-Лаваль № 4" 160 2,45 1,54 112,5 0,770 1,15
„Альфа-Лаваль № 6' 330 4,48 1.71 148,0 0,805 1,17
„Мак-Кормнк* .... 340 3,42 1,075 112.0 1,788 1,76
„Альфа-Лаваль № 8' 550 6,04 1,83 166,0 0,671 1,07
„Альфа-Лаваль' . . . 5000 27,7 2,43 302,0 0,493 0,92
* (^max ^тах ^mln ^mln)
* 3 (р max В 2 ) mln/
•’ Технологический К. П. Д принят условно равным ₽ = 0,7.
106
данной конструкции значение. Это постоянное значение к. п. д.
остается и при снижении часовой производительности, например,
вдвое.
Такое снижение притока молока вызывает, особенно у неудов-
летворительно работающих сепараторов, резкое улучшение обезжи-
ривания при оценке процентами жира в обрате, что и подтверждает
наглядно еще раз всю непригодность этого способа для суждения о
конструктивных достоинствах машины в технологической части.
Величина предельного диаметра р аналитически определяется в
соответствии с формулой 107 для случая, когда вязкость молока равна
•4 = 0,0) г!см-сек, плотность жира и обрата соответственно о =
= 0,92 и а'=1,034 г!см? образом:
<|08)
Для данного сепаратора и определенного молока эта величина
постоянная.
При этом мы получим диаметр, выраженный в сантиметрах.
Чтобы получить диаметр непосредственно в микронах имеем:
М =
Г 5-108
V ЗФЦ
мк.
Экспериментально определяемое р больше теоретического в
1
—= раз.
П
В результате возникает необходимость определять эксперимен-
тально наибольший диаметр находящихся в обрате жировых шари-
ков, а также связывать этот метод оценки качества работы сепаратора
на обезжиривание с практическим способом определения процентов
жира в обрате.
Определить предельный диаметр частиц жира проще всего
было бы непосредственным измерением под микроскопом проб обрата.
Но этот способ практически неосуществим, так как замер необходимо
производить с точностью по крайней мере десятых долей микрона.
Достичь такой точности непосредственными измерениями под
микроскопом отдельных частиц практически невозможно даже
при отсутствии броуновского движения, которое можно замедлять
специальной обработкой препаратов [118].
В результате приходится прибегать к статистическим приемам
измерений. Для этой цели исследуют распределение жировых шариков
в молоке путем подсчета доли участия каждого размерного класса
в общем жировом содержании цельного молока и после этого по
кривой зависимости процентного содержания жира от размера пре-
дельного диаметра находят р по процентам жира в обрате. Чтобы
облегчить расчеты, делают допущение, что все мелкие жировые ша-
рики остаются в обрате и не содержатся в сливках. Это допущение
учитывают экспериментальным поправочным коэффициентом.
107
Таким образом, этот метод определения р. сразу решает и вторую
задачу — установление зависимости между предельным диаметром и
соответствующим этому диаметру процентным содержанием жира в
обрате. Такая зависимость графически изобразится кривой (фиг. 47).
Каждая точка такой кривой показывает, каково будет процентное
содержание жира в данном молоке, если в нем останутся лишь жи-
ровые шарики диаметром р. и меньше. Если такая кривая для дан-
ного молока найдена, а процент жира в обрате определен обычным
способом, то соответствующая абсцисса даст искомое значение пре-
дельного диаметра.
Впервые жировые частицы в молоке,
так же как и эритроциты в крови чело-
века, обнаружены в 1697 г. A. van Lee-
wenhock [80, стр. 94], но первая кривая
частоты размеров жировых шариков
построена только в 1911 г. Сведбергом
и Эструпом, которые для дифференциа-
ции по размерным классам использо-
вали формулу Стокса [128]. Правда,
седиментометрический анализ молока
производился и несколько раньше [85],
[80, стр. 94].
В 1932 г. Фриц и Меннике (Галле,
ГДР) разработали метод определения
предельного диаметра по кривой зави-
Фиг. 47. Зависимость между
процентами жира в обрате
и предельным диаметром.
симости процентного содержания жира
в молоке от экстремальных размеров диаметров жировых частиц.
Этот метод дает возможность получать кривые частоты для цельного
молока без применения специальной аппаратуры.
Ряд экспериментальных данных, приводимых ниже, получен с
использованием этого метода. Кроме того, этот метод единственный,
практически применявшийся при испытаниях молочных сепараторов
для оценки работы по обезжириванию при помощи предельного диа-
метра.
Для критической оценки ниже излагается метод Фриц и Меннике,
его теоретическое и экспериментальное обоснование.
На фиг. 40 изображен микроснимок пробы разбавленного молока,
взятой при испытании сепаратора. Увеличение на этом снимке
равно 600. Количество жировых шариков подсчитывают при помощи
прозрачного масштаба. Результаты подсчета сведены в табл. 9.
В последней горизонтальной графе проставлены суммы всех жировых
шариков диаметром до р- включительно, выраженные в процентах
от общего количества их. Эти полученные экспериментально суммы
обозначены через N,. Индекс i указывает, до какого значения р-
произведено суммирование. На основании полученных экспери-
ментальных данных необходимо построить плавную кривую ча-
стоты, поддающуюся интегрированию, так как это позволит
находить сумму шариков для любого промежуточного значе-
ния р..
108
Таблица 9
Результаты подсчета жировых частиц
Диаметры жировых частиц в мк 0-1 1—2 2—3 3—4 4—5 5—6 6-7 7—8 Сум- ма
Число шариков 83 272 377 243 69 24 4 1 1073
В °/0 от общего количе- ства 7,74 25,35 35,14 22.65 6.43 2.24 0,36 0,09 100
В этой кривой частоты ординатами будут суммарные количества
жировых шариков данного размерного класса, а абсциссами — соот-
ветствующие значения р.
Так как по данным табл. 9 можно построить лишь ступенчатую
кривую, то непрерывную кривую приходится получать дифферен-
цированием соответствующей интегральной кривой. Важно знать
начальную часть кривой частоты, во-первых, потому, что основное
количество жировых шариков, встречающихся в цельном молоке,
составляют шарики диаметром не больше 4 мк и, во-вторых, за преде-
лом этого размера все измерения становятся из-за небольшого числа
частиц слишком неопределенны. Поэтому, подыскивая математи-
ческое выражение для кривой частоты, необходимо найти такое урав-
нение, которое совпадает достаточно близко с интересующим нас
участком. В данном случае предложено уравнение кубической пара-
болы:
п (х) — а2х2 -ф а3х3, (109)
где х — диаметр жирового шарика; п(х) — количество жировых
шариков этого диаметра, выраженное в процентах от общего
числа шариков.
Интеграл этого уравнения кубической параболы:
М(х) = 4" а2х3 -ф 4- а3х4, (ПО)
или для простоты:
/V(x) = bsx3 + Ь^х*, (Ill)
где N(x) — сумма всех жировых шариков до диаметра х включи-
тельно, выраженная в процентах от общего числа шариков, а коэффи-
циенты:
Йз = ~2-О2> = (112)
Отклонение экспериментально найденного значения N, (табл. 12)
от теоретически получаемой по уравнению суммы N(x) определит
разность:
— Ni = vt. (113)
109
Нам важно, чтобы эти отклонения были минимальны. Как извест-
но, для этого необходимо дать сумме квадратов отклонений минималь-
ное значение
2 V2i = Н — минимум. (114)
Пользуясь этим условием способа наименьших квадратов, наг
ходят коэффициенты Ь3 и bit дающие наиболее близкое совпадение
теоретически подсчитываемых значений N(x) с экспериментально
определяемыми данными N,; при этом значения для х и соответствую-
щие значения Л/,берут лишь для шариков диаметром от 1 до 4 мк вклю-
чительно:
= 2 2V' = 2 5 + ~ |
следовательно,
^24+^24=2X4 (Н5)
и аналогично:
b3 2 х] -f- Ь& 2 4 = 2 NtXi- (115а)
Решение этой системы двух уравнений с двумя неизвестными
при помощи детерминантов дает:
63 = 1 КГ6 (72 354 2 Ntx] -18 700 rf)-,
1 О
= Jb 10-6 (4890 2 /V,4 — 18 700 2
Здесь
2424
D = * оо 1 н = 4,13-10~ь. (Н6)
Так как размеры диаметров берут только от 1 до 4 мк, то для
любого молока:
24 = 4890; 24=18700; 24 = 72354. (117)
Объем всех жировых шариков диаметром х определится по фор-
муле
X
V(X)=JL$n(x)x3dx. (118)
о
Здесь п(х) dx — число жировых шариков диаметром х (фиг. 48);
-^х3— объем одного жирового шарика.
Интегрирование дает
v(x) = -^-(<-^-azx6 + -^-a3x^. (119)
ПО
Объем всех жировых шариков с диаметром от 0 до х пропор-
ционален жировому содержанию данного молока. Также и суммар-
ный объем всех жировых шариков цельного молока пропорционален
процентам жира в данном цельном молоке:
f — cv,
f\=cV,
где f — процент жира в обрате;
Ft — процент жира в цельном молоке;
v объем жировых шариков
V — объем жировых шариков
с — коэффициент пропорцио-
нальности.
Известными в технологии мо-
лока способами определяют сред-
ний объем жирового шарика дан-
ного цельного молока [118].
Будем иметь:
V=100t)Cp. (120)
<121)
в обрате;
в цельном молоке;
Диаметр жировой, чаагишь/
где количество жировых шариков Фиг. 48. Кривая частоты размерных
в цельном молоке принято за 100, классов,
поскольку, при выводе все коли-
чества выражались в процентах от общего числа.
Для необходимой точности расчета важно определять vcp с ми-
нимальной погрешностью. Ошибка в vcp вызывается, в первую оче-
редь, неравномерным распределением жировых шариков в капил-
ляре. Поэтому следует брать среднее из ряда значений. Эксперимен-
тальное изучение [83, стр. 41] приводит к выводу, что достаточно
малую ошибку, а именно погрешность в 1,8%, дают средние значения
из подсчетов 15 близлежащих мест одного капилляра.
Таким образом, в формуле (121) все величины правой части ока-
зываются известными. Вычислив v и определив экспериментально vcp
и Fj, находим искомое процентное содержание жира f. Проделав
такой подсчет минимум для трех значений предельного диаметра.
мы можем начертить кривую зависимости между процентным со-
держанием жира в обрате и предельным диаметром р.. Эта кривая
и позволяет по процентному содержанию жира в пробах обрата
находить предельный диаметр р- как критерий оценки качества
работы машины по обезжириванию молока (см. фиг. 47).
111
9. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПРЕДЕЛЬНЫХ ДИАМЕТРОВ ДЛЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СОВЕРШЕНСТВА КОНСТРУКЦИИ МОЛОЧНОГО
СЕПАРАТОРА
Выше уже указывалось, что относительно простой способ испы-
таний молочных сепараторов, в основу которого положено определе-
ние процента жира, остающегося в обрате, не может удовлетворить
прежде всего конструктора и машиностроителя-производственника,
нуждающихся в объективных приемах оценки совершенства кон-
струкции.
Поэтому метод предельных диаметров, несмотря на свою относи-
тельную сложность, мог бы найти применение, в первую очередь,
на заводах сепараторостроения как метод, позволяющий более на-
дежно сравнивать различные конструкции сепараторов в отношении
совершенства их рабочего процесса. При этом необходимо сопоставить
степень сложности этого нового метода с его преимуществами перед
более простыми.
Практически испытание качества обезжиривания молочного сепа-
ратора методом предельных диаметров сводится к следующему. После
доставки к месту испытания молоко тщательно перемешивают в
сборном баке, затем берут пробы, которые необходимы: 1) для
определения процента жира, 2) для снятия микрофотографий,
3) для определения среднего объема жировых шариков vcp.
При взятии этих проб следует равномерно и осторожно помеши-
вать, так как на основании этих проб заключают о свойствах
всего данного молока.
После взятия проб молоко сборного бака доводят до температуры
сепарирования и подают на испытуемый сепаратор, который застав-
ляют работать с определенным числом оборотов барабана и надле-
жащей производительностью. Все эти данные — число оборотов,
производительность и температура сепарирования — необходимо
поддерживать постоянными, так как острота обезжиривания зависит
от этих трех величин. Объемное отношение сливок к обрату должно
быть отрегулировано в пределах 1 : 5 до 1 : 7, так как в противном
случае могут возникать нарушения в нормальном ходе процесса
сепарирования. Чтобы сепараторный барабан нагрелся до темпера-
туры сепарирования, а также чтобы установилось надлежащее объем-
ное отношение сливок к обрату, сепаратор должен проработать не
менее 3 мин. до взятия проб.
После окончания трехминутного разбега сменяют приемные ушаты
сливок и обрата, причем смену ушатов повторяют в дальнейшем 4—
5 раз через каждые 3 мин. Полученные сливки и обрат взвешивают
и определяют для каждых 3 мин. объемные отношения и произво-
дительность.
После каждого взвешивания обрата берут пробы для определения •
процентного содержания жира в нем. Это определение необходимо
производить по возможно более точному методу.
По взятым до начала испытаний пробам цельного молока опре-
деляют в качестве среднего от 3 до 5 измерений процент содержания
112
жира в цельном молоке. Кроме того, после тщательного перемешива-
ния проб цельного молока приготовляют две разбавленные водой про-
бы: одну с разбавлением приблизительно 1 : 3 до I : 4 и другую точ-
но 1 : 100.
Первая из этих проб с более слабым разбавлением предназначается
для микрофотографии. Берут возможно малую каплю, наносят на
чистое предметное стеклышко и закрывают сверху покровным стек-
лом. Жидкость должна при этом заполнить все пространство между
обоими стеклышками, но ни в коем случае нельзя надавливать по-
кровное стекло на предметное, так как это может расплющить жиро-
вые шарики, вследствие чего их диаметры увеличатся. Край покров-
ного стеклышка смазывают вазелином, чтобы предохранить молоко
от испарений. От каждого цельного молока берут три таких препарата.
Препаратам дают полежать в строго горизонтальном положении
1,5—2 часа, чтобы дать время жировым шарикам всплыть наверх, и
после этого приступают к съемкам. Съемки производятся при 600-
кратном увеличении, причем от каждого препарата делают по два
снимка. Эти фотосъемки удобно производить с насаживающейся на
микроскоп камерой.
После отпечатывания на полученных снимках считают жировые
шарики каждого размерного класса отдельно, чтобы избежать оши-
бок, каждый отмеренный шарик перечеркивают. Фотографии отдель-
ных жировых шариков обычно окаймлены теневым кружком. Этот
теневой кружок измеряют только с одного края и, таким образом,
за диаметр жирового шарика следует принимать расстояние между
внутренним и наружным краями такого теневого кружка. Данные
сводят в таблицу количеств жировых шариков размерных классов.
Пробу с разбавлением 1 : 100 предназначают для определения
среднего объема. Для приготовления самой пробы с данным разбав-
лением применяют градуированную на сотые доли кубического сан-
тиметра пипетку и мензурку емкостью 100 см3. Пипеткой берут из
пробы цельного молока после осторожного, тщательного и много-
кратного перемешивания 1 см3 .молока и вливают в мензурку, спо-
ласкивают в последнюю также и задержавшиеся на стенках пипет-
ки остатки молока. После этого мензурку заполняют водой точно до
отметки.
Тщательно перемешав таким образом разбавленное молоко, за-
полняют им три капилляра длиной приблизительно 4—5 см и внут-
ренним диаметром 0,1 до 0,075 мм. Для этого капилляры окунают
в мензурку, затем закрывают на концах вазелином и укрепляют
на предметных стеклышках несколькими каплями парафина. Лучше
укрепить раньше вазелином и уже потом для надежности нанести
парафин. После 1—2 час. лежания капилляра в микроскопе можно
приступить к подсчетам. В каждом капилляре производят подсчеты
в 15 различных
Для подсчета
местах.
пс/, берут формулу
log vcp — 3,04139 -|- log/7 — log Л/;
/V =228,61 [Д’- 4 Л- + ...],
dl d2
8
Бремер 1484
(122)
ИЗ
где F — содержание жира в цельном молоке;
Si, S2 — сумма жировых шариков, подсчитанных в 15 раз-
личных местах капилляра;
dj и dj — диаметры соответствующих капилляров.
Эти формулы справедливы, однако, с приведенными коэффициен-
тами только при работе с пробой, разбавленной в отношении 1 : 100
при 15 отсчетах в каждом из трех капилляров и при употреблении
микрометрического окуляра с ценой единицы шкалы А = 2,5 мк
(h — расстояние между двумя делениями при данном увеличении).
Отдельные частные -——^подсчитываются также логарифмически,
dj 6^2
Для этого приготовляют постоянную таблицу логарифмов квад-
ратов диаметров капилляров для тех значений, которые могут встре-
чаться.
Пример такого подсчета vcp привели Шнек и Кольгард в журнале
«Мильхвиртшафтлихе форшунген» за 1930 год, том 9, стр. 186
10. ЧИСЛОВОЙ ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО
ДИАМЕТРА
В результате исследования молока и обработки микрофотографии,
полученной описанным выше способом, составлена табл. 10.
Таблица 10
Результаты подсчета жировых частиц
Диаметры жировых частиц в мк 0-1 1—2 2-3 3-4 4—5 и больше Сумма
№ класса 1 2 3 4 5
Количество жи- ровых частиц 93 427 510 183 67 1280
В °/0 от общего количества 7,27 33,33 39,84 14,30 5.23 100
При мечан] процент жира в м 7,27 а е. Средь олоке F = 40,63 |ий объе = 3.08%. 80,47 м жиров 94,77 эй части! 100.00 1Ы vcp = 10,219;
Для определения величин "%j£iNt и целесообразно
пользоваться табл. 11.
В данном случае расчетные величины приобретают значения,
сведенные в табл. 12.
114
Таблица 11
Определение расчетных величин
Х! ", л-3 1 *4
1 У, 1 1 1 1
2 ^2 к 8 16 16
3 N3 27 27 81 81
4 Nt 64 64 256 256
Таблица 12
Числовые значения расчетных величин
Х i ", 3 r3/Vj i X4 1 А
1 7,27 1 7.27 1 7,27
2 40,63 8 325,04 16 650,08
3 80,47 27 2172,69 81 6518,07
4 94,77 64 6065,28 256 24261,12
= 8570,28 = 31436,54
Имея значения 2х<Л^ и 2 х/ N/• получаем из формул (115) и
(115, а):
bs = 221 (6,20094 - 5.87863) = 7,80404;
(1,53726 — 1,60264) = - 1,58341.
Следовательно,
Л/(х) = 7,80404x3 - 1,58341 х4.
Дифференцируя
п (х) = 23,41212х2 - 6,33364x3.
Умножая на -Д- и интегрируя
= (3,9020х6 — 0,9048х7).
Выражение в скобках подсчитывают для х = 1,4; х= 1,6; х =- 1,8
и х = 2,0.
8* 115
Получаем
v (1,4) =-^-19,84;
и (1,6) = -J- 41,18;
v( 1,8) =-J- 77,32;
v (2,0) = -J- 133,91.
Эти значения подставляют в формулу
и получают зависимость процентного содержания жира от предель-
ного диаметра:
х 1,4 1.6 1,8 2,0
f 0.031 0,065 0,122 0,211
Эти значения изображают графически в виде кривой фиг. 47.
Если обрат имел при испытании сепаратора, например,0,08% жира,
то значение предельного диаметра определяют по этой кривой в
виде соответствующей абсциссы. В данном случае эта абсцисса рав-
на
Р = 1,65 мк.
Из приведенного описания практических приемов испытания мо-
лочных сепараторов с применением метода предельных диаметров
видно, что потребное время на испытание значительно возрастает в
сравнении с обычным приемом оценки качества обезжиривания про-
цента жира в обрате.
Проведенный хронометраж дает следующие цифры, сведенные в
табл. 13.
Но если ставится задача оценить степень совершенства конструк-
ции в отношении рабочего процесса, то теоретическое и эксперимен-
тальное определение предельных диаметров и подсчет технологи-
ческого к. п. д. — более надежный путь, чем оценка качества работы
молочных сепараторов процентами жира в обрате
Это наглядно видно и из экспериментальных данных графика
фиг. 45183, стр. 43]. На графике показано, что в зависимости от ка-
чества молока обезжиривание при работе одного и того же сепаратора
может изменяться в пределах от 0,135 до 0,085, а предельный диаметр
при этом сохраняет в известном интервале свое постоянное значение.
Колебания в этом интервале идут в обе стороны, достаточно незна-
чительны по величине и их можно считать лежащими в пределах
ошибок измерения и отклонений в вязкости и разности плотностей.
Несмотря на это, важное преимущество метода предельных диа»
метров в том виде, как он изложен выше, имеет существенные нед(Я
116
Таблица 13
Хронометраж испытания молочных сепараторов методом предельных диаметров
в человеке-минутах
Работа 1 сепара- тор 1 молоко 1 сепара- тор 3 сорта молока 5 сепара- торов 1 молоко
Растопка котла 60 60 60
Подогрев молока 20 20 60
Проведение опыта 40* 120? 120**
Очистка сепаратора и аппарата 70 70 180
Охлаждение молока 20 60 60
Исследование молока на °/0 жира 50 60 120
Приготовление микропрепаратов и фотосъемки 45 120 45
Проявление и печатание 50 135 50
Подсчеты жировых шариков на снимках .... 90 270 90
Определение среднего объема 50 150 50
Математическая обработка данных Очистка барабана при проведении опытов 30 75 30
с различными сортами молока • . . — 10 —
Всего 525 1150 865
Количество времени, отнесенное к 1 сепаратору
и 1 сорту молока в человеко-минутах .... 525 383 173
* Работают 2 человека. ** Работают 6 человек.
статки. Прежде всего он сложен и кропотлив и может быть исполь-
зован в основном только для оценки и исследований новых конструк-
ций, а не для массовых испытаний.
Несмотря на свою сложность, он неточен. Определяемый предель-
ный диаметр не учитывает, как уже указывалось, что мелкие жировые
частицы находятся и в сливках. Правда, экспериментами подтвер-
ждена пропорциональность
^точное 1,25 Р-Эксперим ,
но это соотношение справедливо лишь в первом приближении.
Представляется возможность значительно упростить метод пре-
дельных диаметров, если определять кривую частоты размерных клас-
сов жировых частиц в обрате. Действительно, легко показать, что
по известным для данного молока кривым, частоты обрата и цельного
молока предельный диаметр можно определить непосредственно.
П. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОГО ДИАМЕТРА С ПОМОЩЬЮ КРИВОЙ
ЧАСТОТЫ ОБРАТА
Допустим, что в межтарелочпое пространство поступает цельное
молоко с тем же пропорциональным распределением жировых ча-
стиц по размерам диаметра, какое было до сепарирования. При этих
117
условиях количество поступающих в межтарелочное пространство
жировых шариков может быть принято пропорциональным рас-
стоянию между тарелками по вертикали h. Если мысленно разделить
межтарелочное пространство на два слоя (фиг. 49), то количество
жировых шариков, поступающих в слой, более близкий к нижней
тарелке, будет, очевидно, пропорционально разности h — е. Пусть
N(d) — число жировых шариков, меньших d, в цельном молоке,
a n(d) — количество тех же шариков в обрате. Тогда
h{d) _ (й - г) /1Q5l
N(d) h ' ’
Для данного сепаратора и
определенного молока получим
Фиг. 49. Расчетная схема
сепараторного процесса.
= const, (124j
где d — диаметр жирового шарика, еще достигающего с расстояния е
от нижней тарелки поток сливок. Наибольшее значение d равно
предельному диаметру ц и соответствует крайнему случаю, когда h =
= е. Следовательно, постоянная равенства (124) равна квадрату пре-
дельного диаметра. Имеем
' d2 = ~
откуда
n{d)= (т)1 N{d)
или
/х2==— Mrf) • (*25)
Числовой пример. Пусть получены кривые частоты
размерных классов жировых частиц цельного молока и обрата этого
молока (фиг. 50) Определим величины /V(d) и n(d) для какого-либо
размера жировой частицы, например, для 1 мк. Пусть после пересчета
118
на абсолютные числа оказалось, что в обрате л(1) = 1116 шт.;
в цельном молоке М(1) = 1641 шт.
Тогда
' 1Л = 1/ГЛП6 = 1’8 мк-
У 1641
Однако из-за небольшого размера жировых частиц в обрате и
интенсивного броуновского движения получить микроснимки жиро-
вых частиц в обрате, годные для замера диаметров частиц с дифферен-
циацией в интервале 0,1—0,2 мк, до сих пор еще не удается.
Перепад же на 1 мк, применяемый в кривых частоты цельного
молока, не дает возможности из кривой частоты молока построить с
достаточной дифференциацией кривую частоты внутри одного или
двух наиболее высокодислерсных размерных классов, т. е. получить
в необходимом виде кривую частоты обрата без микроснимка.
В результате, чтобы получить кривые распределения нужна спе-
циальная аппаратура. Так, например, такие кривые частоты могут
быть получены при помощи центрифуги Сведберга, названной им по
аналогии с ультрамикроскопом — ультрацентрифугой, с применением
формулы расчета скорости осаждения сферических частиц [129].
9т; 1п
2 (ар-а) (126)
где 1г и (j — время начала и конца центрифугирования;
г2 и — соответствующее начальное и конечное расстояние
границы находящегося в приборе исследуемого ве-
щества от оси вращения;
о и а — плотность частицы и плотность среды;
г — радиус частицы;
(о — угловая скорость;
т] — вязкость среды
12. ЗАВОДСКИЕ ПРИЕМЫ ИСПЫТАНИЯ
Все приведенные рассуждения относительно расчета предельного
диаметра справедливы лишь в том случае, если обезжиривание про-
изводится с остротой, не слишком близкой к пределу сепарации.
В последнем случае содержание жира в обрате обусловлено только
взвешенностью частиц определенного размерного класса в данном
центробежном поле. Многие современные конструкции молочных
сепараторов так и рассчитаны на работу до предела сепарации, в
особенности приводные молочные сепараторы, работающие на пред-
приятиях молочной промышленности.
В -лом случае ни повторное сепарирование, ни снижение, даже
значительное, производительности не приводит к улучшению обез-
жиривания Этим можно воспользоваться для весьма простого спо-
соба испытания молочных сепараторов на обезжиривание.
119
Молочный сепаратор заставляют работать с номинальной и еще
раз со сниженной вдвое часовой производительностью. В обоих слу-
чаях не должно быть существенного отклонения в процентном содер-
жании жира в обрате. Таким путем можно в случае необходимости
проводить массовые испытания предельно остро обезжиривающих
молочных сепараторов, ограничиваясь лишь определением процента
жира в обрате.
Для сравнительных испытаний можно применять также достаточно1
простой метод испытания, основанный на параллельной работе эталон-
ного сепаратора. Такой эталонный сепаратор изготовляют обычно с
точенымитарелками, толщина стенок которых несколько миллиметров.
При относительно больших размерах он имеет очень незначительную
Фиг. 51. График эталонного сепаратора.
производительность. Так, например, эталонный сепаратор, изготов-
ленный на базе 600-литрового, имеет производительность 60 л/час.
Описанным выше методом предельных диаметров проверяют нор-
мальную работу эталонного сепаратора на молоке различного ка-
чества и определяют его р.
Составляют шкалу в соответствии с фиг. 51. Пусть при испытании
эталонного сепаратора на нормально обезжириваемом молоке про-
цент жира в обрате оказался при соответственно подобранной ча-
совой производительности равным 0,11. Эту точку на шкале соеди-
няем прямой с правым нижним углом выбранной координатной
системы.
Пользование шкалой легко себе уяснить на примере. Пусть в
результате сепарирования одного и того же молока на параллельно
работающих сепараторах оказалось, что проба обрата эталонного
сепаратора дала 0,096%, а проба подлежащего испытанию сепарато-
ра — 0,046% жира в обрате. Тогда по шкале фиг. 51 определяем,
что испытуемый сепаратор даст на «среднем» молоке, т. е. на молоке
нормальной сепарируемости, обезжиривание 0,052% жира в обрате.
Эту же шкалу можно использовать и для интерполяции величины
предельных дйаметров, применив два эталонных сепаратора с раз-
личными ранее определенными р.
В целях большей производительности ручные молочные сепараторы
в сравнении с приводными работают с несколько пониженной остро-
той сепарации и для испытания этих сепараторов (часовая произ-
водительность менее 1000 л) применение эталонного сепаратора весьма
целесообразно.
120
Дальнейшее развитие седиментометрического анализа и разработ-
ка более совершенной в смысле простоты, чем ультрацентрифуги
Сведберга, аппаратуры для дисперсионного анализа имеет исклю-
чительно важное практическое значение не только для разработки
совершенных методов исследований и испытаний молочных сепара-
торов, но и для всего сепараторостроения.
В этом отношении значительный интерес представляет аппаратура,
разрабатываемая проф. Н. А. Фигуровским [56]
При помощи этих лабораторных приборов определение техно-
логического к. п. д машины должно стать доступным заводским
лабораториям, а экспериментальный контроль паспортных предель-
ных диаметров как критерий качества работы по обезжириванию —
предприятиям, эксплуатирующим молочные сепараторы.
В настоящее время на основании всего накопленного эксперимен-
тального материала можно утверждать, что предел сепарации мо-
лока лежит в интервале 0,4—1 мк, а технологический к. п д молоч-
ных сепараторов различных современных марок колеблется в пре-
делах р =0,6—0,85.
13. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНОГО ЗНАЧЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КПД МОЛОЧНОГО СЕПАРАТОРА
Технологический к. п. д. тарельчатых молочных сепараторов
определенного года выпуска оказывается величиной, колеблющейся
в очень небольших пределах для самых разнообразных марок.
Как это показывают расчеты конструкций сепараторов выпуска
ранее 1910 г. по материалам испытаний этих молочных сепараторов
на Бутырском хуторе акад. В П. Горячкиным технологический к. п. д
их может считаться равным 0,2 и меньше [7. стр. 683].
Испытание 9 сепараторов различных марок довоенного выпуска
методом предельных диаметров дало результаты, сведенные в табл. 14.
Таблица 14
Зависимость между процентами жира в обрате и технологическим к. п. д.
сепаратора
№ по пор. °/о жира в обрате молока среднего качества Число повторных опытов Предельный диаметр в л<к Средняя ошибка отдельных замеров Технологи- ческий к. п. д. 3
эксперимен- тальный теоретический
1 0,100 6 1,75 1,17 0,053 0,45
2 0,095 10 1,73 1,21 0,079 0,49
3 0,090 7 1,71 1,04 0,075 0,37
4 0,090 6 1.71 1,10 0,050 0.41
5 0,087 5 1,70 1,09 0,039 0,41
6 0,084 6 1,69 1,08 0,041 0,41
7 0.060 6 1.58 1,00 0.036 0.40
8 0,055 8 1,55 0,98 0,094 0,41
9 0,043 13 1,48 0,98 0.045 0,44
121
В среднем технологический к. п д. этих сепараторов равен уже 0,42,
т. е. возрос вдвое.
Современные молочные сепараторы имеют технологический к. п. д.
равным 0,6—0,8 и выше.
Кривая роста технологического к. п. д. молочных сепараторов,
построенная по трем точкам, показана на фиг. 52. Эта кривая сви-
детельствует об относительно быстром «моральном» износе молочных
сепараторов, что вполне оправдывается действительностью [7,
стр. 655].
Относительное постоянство технологического коэффициента р
для определенного уровня техники сепараторостроения позволяет
«практически пользоваться расчетными формулами.
Фиг. 52. Кривая роста
технологического к. п. д.
Фиг. 53. Зависимость предельного
диаметра от разделяющего фактора.
Постоянство технологического к. п. д. р подтверждает также
график фиг. 53, который построен для экспериментальной зависи-
мости предельного диаметра от разделяющего фактора и той же теоре-
тической зависимости. Обе кривые (пунктирная — эксперименталь-
ная и сплошная — теоретическая) показывают завш имость одного
характера.
При сравнительных испытаниях можно обойтись и без определе-
ния абсолютных значений технологического к. п. д. Следуе! лишь
при этом учитывать, что необходимо вести испытания сравниваемых
-сепараторов не при каталожных производительностях. Эти произ-
водительности заводы-изготовители устанавливают в известных пре-
делах произвольно. Необходимо экспериментально установить ту
максимальную производительность, при которой еще не наступает
ухудшение обезжиривания и все сравниваемые сепараторы при
испытании на одном и том же молоке оставляю! в обрате практи-
чески одно и го же количество процентов жира.
Эта экспериментально найденная для каждого сепаратора часо-
вая производительность и позволит дать сравнительную оценку
•качеству конструкции сепараторов в части совершенства рабочего
•процесса.
122
14. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ К. П. Д. КОНСТРУКЦИИ
Непрерывный рост значения коэффицента р по мере развития
техники сепараторостроения подтверждает целесообразность его
использования как технологического к. п. д., характеризующего
степень совершенства конструкции жидкостного сепаратора в части
рабочего процесса.
Изучение истории развития молочного сепараторостроения поз-
воляет установить наиболее важные факторы, влияющие на совер-
шенство конструкции с технологической стороны и имеющие решаю-
щее значение для повышения технологического к. п. д.
Устойчиво уравновешенный ход машины.
Плавный и спокойный ход, исключающий возможность каких-либо
сотрясений и «биений» барабана, был достигнут только в результате
многолетнего опыта заводов по конструированию и изготовлению
сепараторов. Весь экспериментальный материал подтверждает исклю-
чительное значение уравновешенного хода сепараторного барабана
для устойчивого и хорошего обезжиривания молока.
Конфигурация сепараторного барабана.
Выработавшаяся конфигурация барабана молочного сепаратора
может быть охарактеризована тем, что моменты инерции по отноше-
нию к главным осям примерно равны, а радиус инерции относи-
тельно велик. Сравнение сепараторных барабанов за годы развития
сепараторостроения показывает неизменный рост радиусов инерции
по мере совершенства конструкции.
Во время рабочего хода машины примерно 50% энергии расхо-
дуется на трение наружной поверхности сепараторного барабана о
воздух.
Это указывает на важность для спокойного хода барабана тща-
тельной обработки этой наружной поверхности.
Разбалансировка барабана. При разборке и
сборке барабан не должен разбалансироваться. Для такой разбалан-
сировки наибольшее значение имеет возможное смещение крышки
барабана по отношению основания. В некоторых конструкциях руч-
ных молочных сепараторов делают поэтому нижнюю часть (основание)
массивной, а крышку относительно легкой (финский сепаратор марки
«Лакта»). В промышленных сепараторах это требование удовлетво-
ряют жесткими допусками и уравновешенностью отдельных деталей.
Для уравновешенности после повторных сборок большое значе-
ние имеет и пакет тарелок, насаживаемый на тарелкодержатель.
Идентичность тарелок в современных сепараторах такова, что допу-
скает сборку их в любом порядке и только в сепараторах произво-
дительностью свыше 1000 л/час тарелки обычно пронумерованы.
Колебания в весе отдельных тарелок 5—10% В современных сепара-
торах тарелки изготовляют из нержавеющей стали. В прежних выпус-
ках материалом служили сталь или медь с последующим лужением.
При испытании нового сепаратора на выбалансированность бара-
бан необходимо разобрать и проверить его уравновешенный ход
после повторной сборки.
123
Упругость опоры и выбор критических и,
рабочих оборотов. В сепараторе критические обороты-
определяет упругость горловой опоры, как это видно из следую-
щей формулы проф. Е. М. Гутьяра [20];
= + £г) об/мин, (|27>
где пкр — критические числа оборотов;
а—расстояние горловой опоры до нижнего упорного под-
шипника в см;
k—упругость горловой опоры в кг/см;
Q — вес барабана в кг;
гх — радиус инерции относительно горизонтальной оси в см;.
гг — радиус инерции относительно оси вращения в см;
L — длина вала в см.
Эти критические числа оборотов должны быть возможно низкими.
Для уравновешенного хода барабана они должны быть во всяком
случае в несколько раз меньше рабочих. На более высоких оборотах
критические обороты могут повторяться. Исследованием этого
вопроса занимался П. А. Рубцов [47].
Для проверки на повторные критические обороты Е. М. Гутьяром
дана формула в следующем виде:
, _ Л 3Ej{r'2x-r'lz+L*Y
пкр — п* |/ L(L* + ab) —
(128>
В этой формуле дополнительно вошедшие величины обозначены:
b — расстояние от горловой опоры до места посадки барабана
на вал;
Е—модуль упругости вала в г/см-сек2;
J — минимальный момент инерции площади поперечного сечения
вала в CMi.
Выработанное практикой правило о примерном равенстве мо-
ментов инерции вполне согласуется с формулой Гутьяра. Рабочие
числа оборотов барабана должны быть значительно ниже этих пов-
торных критических оборотов. Формула Гутьяра относится к жест-
кой посадке барабана на вал, которую применяют в более крупных
машинах (свыше 1000 л/час по молоку).
Практика современного сепараторостроения установила для
молочных сепараторов-сливкоотделителей рабочие обороты в зави-
симости от наружного диаметра сепараторного барабана в преде-
лах от 6000 до 12 000 об/мин в соответствии с эмпирической формулой
36500 - , । ocit
п — —Т— об/мин, (12У1
у О ' ’
где D — диаметр барабана в см.
Поверочные расчеты напряжений, возникающих в стенках бара-
бана от центробежных сил собственной массы и давления жидкости,!
124
заставляют предполагать, что машиностроительные заводы устано-
вили общепринятые в настоящее время предельные рабочие обороты
молочных сепараторов различных размеров не из соображений
прочности стенок барабана, так как эти предельные обороты берутся
относительно низкие.
Возможно, что здесь имеют значения оптимальные условия износа
механизма, прочность каких-либо других деталей или какие-нибудь
другие соображения, например, стремление надежно гарантировать
устойчиво уравновешенный ход в длительной эксплуатации.
Упругость горловой опоры сепараторов должна не только
соответствовать расчетным или экспериментальным путем установлен-
ному значению, но и удовлетворять еще двум основным требованиям:
в рабочем интервале упругость k должна быть достаточно по-
стоянна и не изменяться в различных радиальных направлениях.
Практически для колебаний в жесткости пружины (упругость k)
принят допуск 5%.
Имеется очень большое количество разновидностей конструкций
упругих горловых опор, в особенности в ручных молочных сепара-
торах (сотни вариантов). Описание этих устройств можно найти в
известной книге Бенно Мартини по истории сепарирования и в
более новейших описательных трудах [98]. Для испытания упру-
гих свойств пружин горловых опор инж. А. В. Монаховым спроекти-
рован прибор по схеме акад. В. П. Горячкина. Этот прибор позволяет
определять упругость пружины динамически и для этого определения
достаточно подсчитать число колебаний в минуту штанги, которая
проводится легким толчком рукой в колебательные движения после
установки подлежащей испытанию пружины в прибор [40]. Прибор
Монахова показан на фиг. 54.
Посадка сепараторного барабана на вали
балансировка барабана. Небольшие молочные сепара-
торы производительностью менее 1000 л/час имеют сепараторные
барабаны, обычно свободно посаженные на вал. Более крупные имеют
барабаны, насаживаемые жестко на конус. При свободной посадке
барабана машинная балансировка затруднена и более успешно
барабаны балансируют вручную, находя места необходимых приливов
олова с помощью карандашных отметок (см. ниже стр. 203)
При жесткой посадке барабаны могут быть хорошо уравнове-
шены на балансировочных станках [11]. Хорошо выбалансирован-
ный барабан при удовлетворительно изготовленном передаточном
механизме почти незаметно переходит критические обороты, а на
рабочих оборотах вращается настолько спокойно, что кажется
неподвижным. Уравновешенный ход барабана легко установить
поэтому непосредственно на-глаз по резкому очертанию всех конту-
ров сепараторного барабана.
Для достижения такого уравновешенного хода сепараторного
барабана необходимо удовлетворить и целый ряд других требований,
В том числе и специфических для быстроходных механизмов, рабо-
тающих сверх критических оборотов К такого рода требованиям
относятся: разводка осей быстроходной пары при зубчатых зацепле-
125
ниях в передаточном механизме (на 0,2% против номинала), биение
посадочной конусной части вертикального вала не более 0,02 мм,
соосность и перпендикулярность осей с возможно более жесткими
допусками и т. д. Большая часть всех этих требований включена
в ГОСТ 6340-52. В длительной эксплуатации устойчивое и удовле-
творительное обезжиривание молока может дать только тот сепаратор,
механизм которого имеет достаточно уравновешенный ход в течение
всего периода производственного использования машины.
Фиг. 54. Калибратор Монахова для определения упругости пружин горловой опоры
сепаратора:
1 — приводимая в колебание штанга; 2 — испытуемая пружина.
Тарельчатая вставка. Вес тарелки. Ее тол-
щина. Расстояние между тарелкам и.Допуски
на вес, толщину тела тарелки и высоту н ап а й»1
к и. Выше уже упоминалось, что уравновешенный ход машины
требует идентичности тарелок, комплектуемых в пакет сепараторного
барабана, по весу, конфигурации и размерам. Идентичность тарелок
исследуют массовыми замерами. Результаты таких замеров удобнее
всего представлять в виде кривых частоты. Подобная кривая частоты»!
полученная в результате обработки данных замера веса тарелок
барабана молочного сепаратора «Альфа-Лаваль» модель 60 № 6,
представлена на фиг. 55. Кривая показывает, что в данном сепаратор-
ном барабане вес тарелок колеблется в пределах от 80 до 88 г. В
более новых выпусках допуск на вес выдерживается в 5%. Чтобы
в барабане сепаратора данной марки было всегда одно и то же коли-
чество тарелок, в некоторых конструкциях применяют два размера
толщин тарелок в одном пакете, но колебания в весе каждого из этиХ
двух сортов тарелок укладываются в те же пределы.
126
Для технологического процесса имеют большое значение толщина
тарелок и расстояние между тарелками Чем меньшеобе эти величины,
тем больше тарелок можно уместить в данные габариты барабана и
тем самым образовать большое число межтарелочных пространств.
В результате вмещения большего числа межтарелочных пространств
в барабан будет достигнута большая производительность сепаратора.
Минимальный размер толщины тела тарелки определяют требования
устойчивости формы и износостойкость в месте направляющего
прокола.
Для исследования фактически применяемых нашими и зарубеж-
ными заводами толщин тела тарелок и высот, фиксирующих состоя-
ние между тарелками напаек, были
произведены массовые замеры наиболее
известных сепараторов отечественных и
иностранных марок. Результаты этих
замеров обрабатываются в форме кри-
вых частоты, как и. данные по весу.
Сравнение кривых частоты толщин (вы-
сот) напаек тарелок пакетов отечествен-
ного и шведского молочных сепарато-
ров дано на фиг. 56а. В новейших жид-
Фиг. 55. Кривая частоты веса
тарелок сепаратора «Альфа -Ла-
валь» 330 л!час.
костных сепараторах зарубежных фирм
допуски на толщину тела тарелки и
на высоту шипиков еще более малы,
как это можно усмотреть из фиг. 566.
Средняя кривая относится к толщине тела тарелок, а две боковые —
к высоте напаек. Все эти кривые частоты получены в результате
замера тарелок пакета молочного сепаратора производительностью'
550 л/час фирмы Альфа-Лаваль выпуска 1955 г. В прежних выпусках
этой фирмы в одном пакете тарелок постоянство их числа достигалось,
тем, что подбирались для данного сепараторного барабана тарелки
двух сортов, отличающихся толщиной тела тарелки. Из графика
фиг. 566 видно, что ту же цель достигают теперь подбором в один
пакет тарелок также двух сортов, но отличающихся не толщиной
тела тарелки, а номинальным размером высоты напаек. Это пред-
ставляет собой пример практического использования новейших
экспериментальных исследований и находится в полном соответствии
с работами Шмитца (см. выше). Во всех новейших выпусках жид-
костных сепараторов тарелки изготовляют обычно из нержавеющей
стали, подвергая поверхность их полировке, а высоту напаек—ка-
либровке. При этих условиях толщина тела тарелок (номинальный
размер) берут в пределах 0,35—0,4 мм, а в промышленных сепарато-
рах производительностью 1000 л/час и выше — не менее 0,4 мм. Рас-
стояние между тарелками (высоту напаек) в малых сепараторах при-
меняют как минимум 0,3 мм, а в больших, т е. в сепараторах произ-
водительностью 1000 л/час и выше по молоку, — не ниже 0,4 мм
175, стр. 330]. Такие минимальные расстояния между тарелками
оказалось возможным достичь только в результате тщательной
обработки поверхности тарелок и жесткими допусками на толщину
127
тела тарелок и высоту напаек. Указанные допуски нормализованы
ГОСТ 6340-52.
Размеры и допуски тарелок молочных сепараторов новейших
марок зарубежных фирм сведены в табл. 15.
Жесткие допуски на размеры и вес тарелок позволяют собирать
их в ходе эксплуатации сепаратора в пакет в любом порядке без опа-
сения вызвать разбалансировку барабана. Это дёлает излишним
Фиг. 56а. Сравнение кривых частоты толщин напаек
тарелок сепараторов «Звезда-1» и «Альфа-Лаваль».
Фиг. 566. Кривые частоты толщин напаек тарелок
шведского сепаратора выпуска 1956 г.
порядковую нумерацию тарелок. Все современные молочные сепа-
раторы производительностью от 30 до 600 л/час имеют ненумерован-
ные тарелки в своих сепараторных барабанах, что имеет весьма
большое значение и для удобства эксплуатации, поскольку сепара-
торный барабан подвергается многочисленным сборкам.
Равномерность загрузки тарелок. Экспери-
ментальные исследования Шмитца 1115], 1116], применившего для
наблюдения хода сепараторного процесса стробоскоп, доказали, что
загрузка тарелок в высокой степени равномерна. Большая поверху
128
ность тарелок способствует такому захвату жидкости, который прак-
тически не допускает нарушений относительного гидродинамического
равновесия во вращающемся жидкостном кольце. Этими исследо-
ваниями установлено, что предполагавшееся ранее распределение
потока жидкости в межтарелочном пространстве (фиг. 57) в действи-
тельности не может быть. Это
распределение жидкости в меж-
тарелочном пространстве зари-
совано при непосредственном
наблюдении и показано на
фиг. 57.
Для наблюдения за распре-
делением была использована
установка, внешний вид кото-
рой представлен на фиг. 58, а.
Разрез экспериментального се-
паратора этой установки, даю-
щей возможность наблюдать
направление потоков жидкости
Таблица 15
Размеры и допуски тарелок барабанов
молочных сепараторов
Сепараторы производи- тельностью в л(час Толщина тела тарелки в мм Высота напайки в им Допуск на вес тарелки в °/о
600 и ниже 1000 и выше О,3/>+0,02 0,4+0,02 0,3+0,02 0,4+0,02 5 5
в межтарелочном пространстве при помощи стробоскопа, дан на
фиг. 58, б. В сепараторном барабане имеются окна из органического
стекла (фиг. 58, в), которые и дают возможность непосредственно
наблюдать картину распределения потоков жидкости после того,
как стробоскопом барабан приведен к кажущейся неподвижности.
а)
Фиг. 57. Распределение жидкости между тарелками
сепараторного барабана:
а — предполагавшееся; б — действительное.
Жидкость распределяется равномерно не только внутри одного
межтарелочного пространства, но и по всей высоте пакета тарелок.
Поэтому все те приспособления, которые предлагались для более
равномерного обтекания молочной жидкостью тарелок по всей высоте
пакета, как основанные на ошибочном представлении о меньшей
загрузке верхних тарелок, следует считать, как это выше уже ука-
зывалось, совершенно ненужными.
9 Бремер 1484 129
130
На основании тех же исследований установлено, что при приме-
няемых в молочных сепараторах межтарелочных расстояниях молоч-
ная жидкость вращается внутри пакета тарелок вместе с металлом
как твердое тело и практически имеет ту же угловую скорость
вращения, что и сепараторный барабан. Проток жидкости сквозь
барабан не вносит в этом отношении отклонений такого по-
рядка, которые следовало бы учитывать в производственных рас-
четах.
Нарушать сепараторный процесс может выделяющаяся из молоч-
ной жидкости сепараторная слизь, состоящая из набухших частичек
казеина и всех загрязнителей молока. Содержание последних дохо-
дит до 25% и больше от всей слизи.
Угол наклона образующей тарелки должен
допускать скольжение отлагающейся на нижней поверхности каж-
дой тарелки сепараторной слизи в «грязевое» пространство, так же
как и подъем сливок по верхней поверхности тарелки. В молочнйх
сепараторах общепринят размер угла наклона образующей тарелки
к горизонтали от 50 до 60°.
Грязевое пространство должно вмещать все отло-
жения сепараторной слизи, чтобы за весь период работы сепаратора
накапливающиеся отложения не нарушали хода процесса сепариро-
вания. В крупных сепараторах грязевое пространство часто пре-
дусматривают не только по периферии барабана между внешним
отгибом тарелок и внутренней поверхностью крышки и основания
барабана, но и под тарелкодержателем. В этом пространстве под
тарелкодержателем задерживаются самые относительно тяжелые'и
крупные загрязнители, разгружая основное периферийное грязе-
вое пространство.
Длительность непрерывной работы в сепараторах должна быТь
от 20 мин. до 4 час. в зависимости от размера сепаратора. Соответ-
ственно удельную величину грязевого пространства, выраженную
в см3 на литр в час, выбирают в пределах от 0,2 до 0,9 (см. табл* 18).
Ввод' молочной жидкости в межтарелочное про-
странство должен возможно меньше нарушать движение сдирочного
потока, идущего навстречу. Автоматически устанавливающаяся
благодаря гидродинамическому давлению равномерность загр.удки
карелок позволяет ограничиться минимальным количеством. ,«с.,л'г.’й-
б очных» отверстий. Их делают по три в малых и по 3—4
в больших сепараторах. Месторасположение этих отверстий должно
соответствовать объемным соотношениям фракций и рассчитывается
по формуле (2).
Всем каналам по пути следования молока, сливок и;.обрата
придают, по возможности, обтекаемые формы, стремясь 'избежать
всего, что может вызвать какие-либо возмущения в потоке жид-
кости.
Более чем полувековой опыт изготовления и эксплуатации молоч-
ных сепараторов с тарельчатыми , барабанами позволил -доотщщ
весьма совершенной современной его конструкции. .-,1\
.... ' ... ' ...... '..ЮПОТТЬ!
9* J131
15. НОМИНАЛЬНАЯ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
МОЛОЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ. ИСПЫТАНИЕ СЕПАРАТОРОВ
МЕТОДОМ УРАВНЕНИЯ РАЗДЕЛЯЮЩИХ ФАКТОРОВ
Технологический расчет молочных сепараторов отечественных и
зарубежных марок показывает, что заводы-изготовители устанавли-
вают для своих машин часовую производительность в известных
пределах произвольно, и поэтому данные каталогов о производи-
тельности молочных сепараторов не могут служить основанием для
сравнения действительной пропускной способности различных машин
при предъявлении одинаковых требований по степени обезжиривания.
В табл. 7 и 8 сведены результаты технологических расчетов по
молочным сепараторам отечественных и иностранных марок.
В соответствии с данными этой таблицы можно принимать для
сепараторов производительностью от 30 до 800л/чпс разделяющий
фактор равным от 30 до 60 об/мин-10s, а для сепараторов большей
производительности — от 60 до 100 об/мин-10s. В отдельных слу-
чаях пределы колебания этих значений еще несколько большие.
К сепараторам производительностью меньше 1000 л/час предъ-
являют обычно более низкие требования по степени обезжиривания
и для них разделяющий фактор может быть принят равным в сред-
нем 45 об/мин-10s, но во всяком случае не меньше 40 и не больше
.60 об/мин- 10s. Промышленные сепараторы производительностью
от 2 000 до 5 000 л/час необходимо проектировать с разделяющим фак-
тором 90—100, но не меньше 85 и не больше ПО об/мин-10s. Проме-
жуточный по производительности сепаратор на 1000 л/час имеет
обычно разделяющий фактор 65—70 об/мин-10s.
Из табл. 7 видно, что при приближенных расчетах можно без
большой погрешности принимать
(’30)
Рабочий объем между двумя тарелками позволяет легко опреде-
лить переполнение — коэффициент, полезный для понимания физи-
ческой сущности расчетных формул, поскольку он дает соотношение
между действительным рабочим объемом одного межтарелочного
пространства и расчетным объемом, действительным временем пре-
бывания жидкости между тарелками и расчетным временем:
V расч 1расч
I/ ~2 Z Р~
v раб 1аеисте
Знание расчетного времени tpaC4 может быть использовано для
непосредственного подсчета разделяющего фактора по формуле
Ф=1раСчш2 11сеК--= ptoeiicme^2 1>сек- (131>
В табл. 7 и 8 даны расчетная разделяемость и предельный диа'
метр при технологическом к. п. д., условно принятым равным 0,7-
Для определения действительного к. п. д. необходимо каким-нибудь
методом дисперсионного анализа определить кривую частоты размер^
132
пых классов жировых частиц обрата и фактический наибольший
диаметр жировых частиц, содержащихся в обрате. Тогда технологи-
ческий к п. д. будет равен
^теорет
^действ
, 2
(132)
Однако если не ставится задача определить абсолютное значение
технологического к. п. д. р, а необходимо дать сравнительную оценку
совершенства конструкции различных сепараторов, то конструктор
может и не прибегать к дисперсионному анализу, приемы которого
пока еще относительно сложны и кропотливы Выше была указана
возможность использования для сравнительных оценок заранее изу-
ченного эталонного сепаратора. В данном случае, когда необходимо
дать оценку совершенства конструкций различных сепараторов, может
быть предложен другой способ, при котором можно обойтись и без
эталонного сепаратора. Этот способ целесообразно назвать методом
уравнения разделяющих факторов. Пусть подлежат сравнительному
испытанию сепараторы, перечисленные в табл. 16. Примем для
малых сепараторов разделяющий фактор равным 40 об/мин-105, а
для промышленных —70 об/мин - 10s. К этим разделяющим факторам
можно привести все сепараторы, например, соответствующим изме-
нениям часовой производительности. Пересчет дает результат, при-
веденный в табл. 16.
Таблица 16
Приведенная часовая производительность молочных сепараторов
Марка сепаратора Разделяющий фактор в об/мин* 10s Часовая произ- водительность в л{час Марка сепаратора Разделяющий фактор в об/мин-105 Часовая произ- водительность в л/час
номиналь- ная приведен- ная номиналь- ная приведен- ная
„Дзержинец* 40 50 41,7 „Юииор № 11* 40 90 84.5
„Волга* 40 100 73,1 „Юниор № 12“ 40 130 137,0
Урал-3 40 300 478,0 „Альфа-Лаваль № 4“ 40 160 187,0
ОСЖ 40 300 327,0 „Альфа-Лаваль № 6* 40 330 370,0
Урал-6 40 600 652,0 „Мак-Кормик* 40 340 180.Q
„Звезда-6* 40 600 667,0 „Альфа-Лаваль № 8* 40 550 743,0
„Звезда-М* 40 600 667,0 ОС-1К 70 1000 925,0
ОС-5Е 40 600 775,0 СПМ-2000 70 2000 2420,0
ОС-6Е 40 600 775,0 СПМФ-200Э 70 2000 2420,0
NN 40 30 46,5 ВЦ-3 70 3000 4570,0
„Альфа-Лаваль № 1* 40 75 84,5 мцк-з 70 3000 4570,0
133
* - Питание всех сепараторов перестраивают на приведенные произ-
водительности, меняя соответственно пропускные способности по-
плавковых камер.
Размеры площадей отверстий истечения, дающие при данном
напоре необходимую часовую производительность, подсчитывают
по формуле
Q = 0.9F }/2gT7,
(133?
где Q — производительность в сма1сек\
-• F — площадь поперечного сечения отверстия истечения в cat2;
Н — высота напора (фиг. 59);
0,9 — коэффициент расхода.
' Сепараторы испытывают на степень обезжиривания, ставя их
в равные условия, и особенно следят за тем, чтобы молоко было одно-
родного качества.
«Д>иг. 59. Напор поплавковой
камеры.
При условии работы на одном и
том же молоке можно вполне надежно
методом уравненных разделяющих
факторов оценить сравнительную сте-
пень совершенства конструкций мо-
лочных сепараторов в отношении
технологического процесса по про-
центному содержанию жира в обрате.
Чтобы успешно провести подобные
испытания, необходимо величину
уравненного разделяющего фактора
брать относительно низкую, чтобы!
работать достаточно далеко от пре-
дела сепарации. Только в этом слу-j
чае сепараторы могут показать раз-;
личную степень обезжиривания, обу- I
словленную неодинаковым совершен-
ством отдельных конструкций.
Практически ценен прием урав-
нения разделяющих факторов и в
ряде других случаев. Это можно проиллюстрировать на следующем
характерном примере, пользуясь данными табл. 16.
Американская фирма Мак-Кормик установила для вошедшего
б эту таблицу своего молочного сепаратора производительность
3;40 л/час.
Однако при помощи уравнения разделяющих факторов весьма
просто-выяснить, что при сопоставлении этого американского сепа-
ратора, например,'со шведскими сепараторами фирмы Альфа-Лаваль
необходимо его производительность считать равной всего лишь
180 л/час. Сравнивать стоимость этого сепаратора Мак-Кормик сле-
дует не с сепаратором «Альфа-Лаваль № 6», как это легко ошибочно
сделать при поверхностном подходе к вопросу, а с сепаратором
«Альфа-Лаваль № 4».
134
Молочный сепаратор «Дзержинец» завод-изготовитель выпускает
как машину производительностью 50 л/час. Уравнением разделяющих
факторов не представляет труда убедиться, что «Дзержинец» при
сопоставлении его, например, с сепараторами Плавского завода
«Смычка» марок ОСЖ, ОС-5Е, ОС-6Е должен считаться имеющим
часовую производительность 41 л/час.
16. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕРИИ МОЛОЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ.
ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Если технологический к. п. д. сепараторов одинаков, а к степени
обезжиривания предъявляют одни и те же требования, то разделяю-
щие факторы сепараторов должны быть численно равны.
Это позволяет проектировать серию молочных сепараторов любой
производительности, задаваясь соответствующими расчетными дан-
ными таким образом, чтобы эти величины, скомбинированные со-
образно формуле
давали в результате расчетную величину разделяющего фактора.
Для достижения возможно большего технологического к п. д. ,
машины конструктор должен при этом стремиться к тому, чтобы
необходимая степень обезжиривания была достигнута при наимень-
шем разделяющем факторе. Для быстрых подсчетов целесообразно
пользоваться номограммами. Такую номограмму (фиг. 60) для вели-
чин, входящих в выражение разделяющего фактора, составил
инж. Л. А. Швецов. Расчет при помощи этой номограммы проще
всего пояснить числовым примером.
Пусть необходимо запроектировать три молочных сепаратора
производительностью 1000, 2000 и 3000 л/час. Для получения оди-
наковой степени обезжиривания задаемся разделяющим фактором
для всех трех сепараторов — 90 об/мин -106.
Расчетный объем находим графически при помощи номограммы
фиг 61, проектируя предварительно тарельчатую вставку на осно-
вании графика (фиг. 62) расчета тарелки сепаратора по формуле
Пщах Ога|П „ +
2Н ~ ’
Этот график расчета позволяет быстро определить для выбран-
ных максимального и минимального диаметра тарелки ту высоту,
которая даст необходимый угол наклона образующей к горизонту,
т. е. угол а.
Угол наклона а влияет на забиваемость межтарелочного про-
странства и поэтому его необходимо выбирать в соответствии со свой-
ствами продукта. Для молока его берут равным от 50 до 60°. Если
имеют в виду холодное сепарирование или же считаются с возмож-
ностью повышенного выделения отложений, то угол а выбирают
135
п
10000
5000
4000
3000
2000
О
^8000
Е
7000
В
§6000
7-число тарелок
V-расчетный объем
Фиг. 60. Графо-
аналитический рас-
чет производитель-
ности жидкостного
сепаратора.
138
в указанных пределах более острый. В одной из американских марок
молочных сепараторов (The Jowa Cream Separator USA) угол a
сделан переменным. Эта конструктивная особенность может иметь
еще большее значение, чем для молока, в том случае, если сепари-
руют продукт, легкая фракция которого склонна к забиванию меж-
тарелочного пространства (фиг. 63).
По номограмме фиг. 60 находим те числовые значения величин,
входящих в формулу разделяющего фактора, которые соответствуют
заданной его величине — 90 об/мин-105. Вариант примерных зна-
чений этих величин представлен ниже. При окончательном проекти-
ровании эти величины могут быть незначительно изменены и уточнены
в соответствии с конструктивными соображениями. После того как
спроектированы наружные очертания барабана, рабочие числа обо-
ротов проверяют, пользуясь эмпирической формулой (129) или же
аналитическим расчетом [51, стр. 31], [36 стр. 40].
Пусть заданы при проектировании молочных сепараторов с разде-
ляющим фактором 90 об/мин-10s следующие величины:
Часовая производительность в л/час 1000 2000 3000
Рабочее число оборотов барабана в минуту 800Э 7000 6500
Тогда по номограмме фиг. 60 находим:
Расчетный объем в см3 1500 3600 7200
Число тарелок 70 80 90
Проектируя конфигурацию самого сепараторного барабана,
необходимо учесть, что моменты инерции по отношению главных
осей должны быть примерно равны. Наружный диаметр барабана
определяет необходимый размер грязевого пространства. Длитель-
ность работы промышленных молочных сепараторов должна быть
более значительной, чем машин малой производительности. Обычно их
рассчитывают на 4 часа непрерывной работы, в то время как сепара-
торы производительностью менее 1000 л/час работают непрерывно
менее 2 час. и поэтому емкость их грязевого пространства может быть
относительно меньше. Грязевое пространство можно рассчитывать
по формуле
= (134)
в которой Vyd — удельное грязевое пространство, т. е. грязевое
пространство в л3, приходящееся на 1 л/час производительности
сепаратора. Сепараторной слизи откладывается примерно от 0,02
139
до 0,06°/о и больше от производительности сепаратора по объему.
Общепринятые удельные грязевые пространства для молочных сепа-
раторов приведены в табл. 17.
В размер грязевого пространства необходимо включать и емкость
дополнительного грязевика, который устраивают в крупных молоч-
ных сепараторах под тарелкодержателем.
Примерные характерные технические данные для открытых молоч-
ных сепараторов без встроенного в станину электродвигателя при-
Фиг. 63. Разрез барабана сепа-
ратора «Иова».
ведены ниже в технической характери-
стике молочных сепараторов. Эти дан-
ные могут быть использованы при про-
ектировании как ориентировочные для
контрольных сравнений и приближен-
ных расчетов (см. табл. 18).
Таблица V
Грязевые пространства барабанов
молочных сепараторов
Производительность сепаратора в л{час Удельное грязевое пространство в смя на 1 л{час
30—60 0,2 —0,25
100—200 0,25—0,30
300—800 0,35—0,40
1000-5000 0,80—1,00
За последние годы зарубежными
фирмами выпущены модели молочных
сепараторов, значительно усовершен-
ствованные конструктивно. В течение
нескольких десятков лет делались по-
пытки создать сепаратор с барабаном, насаженным непосредственно
на вал электродвигателя, но только в последнее время такая модель
(фиг. 64) выпущена фирмой «Вестфалия». Как это можно усмо-
треть из общего вида сепаратора (фиг. 64,а) передаточный
механизм благодаря устранению зубчатых передач настолько упро-
стился, что его оказалось возможным уместить в компактную простой
обтекаемой формы станину. Приключение к электросети осуществляют
при помощи обычной вилки бытового электроприбора. Приемный
бак, поплавковая камера и рожковые приемники сливок и обрата
по своей конфигурации сходны с прежними конструкциями, но все
изготовлены из нержавеющей стали и цельнотянутыми. Весь узел
привода при разборке сепаратора весьма просто, как целое, выни-
мается.
Внешний вид этого узла показан на фиг. 64, б.
Легко видеть, насколько продумана конструкция привода такой
небольшой машины, которая не может быть рассчитана на квалифи-
цированное обслуживание.
140
141
со
Технические характеристики молочных сепараторов
Примечание. Данные для открытых сепараторов без встроенного в станину электродвигателя.
142
Вертикальный вал сепаратора надежно защищен от случайных
повреждений деталями корпуса. Количество трущихся рабочих
поверхностей сведено к минимуму. На фиг. 64, в дан разрез
электроприводного сепаратора. Обращает на себя внимание низкая
посадка сепараторного барабана, интересны конструкция горловой
опоры и устройство электропривода с использованием быстроходного
электродвигателя, позволяющего получать нормальные рабочие
обороты сепаратора без редуктора.
Модель «Вестфалия» ДВ-50 выпускается на производительность
от 50 до 140 л/час. Варианта с ручным приводом этот сепаратор иметь
не может, что заставляет заводы сепараторостроения выпускать
на Ту же производительность машины, по конструкции сходные с
прежними марками, так как они допускают ручной и комбинирован-
ный привод.
Сепаратор «Вестфалия» производительностью от 175 до 400 л/час
новейшей модели ДА имеет встроенный в станину электродви-
гатель с ременным приводом (фиг. 65.) Приемный бак вынесен на
отдельный кронштейн. Станина — обтекаемой легко доступной для
чистки и мытья формы. Относительно незначительная общая высота
сепаратора делает его более удобным в обслуживании. Из общего
вида и разреза сепаратора можно усмотреть, что посуда и сепаратор-
ный барабан внешне мало изменены в сравнении с прежними кон-
струкциями этой фирмы, а показанный отдельно вертикальный вал
с горловой опорой, видный и на разрезе сепаратора, подвергся
значительным усовершенствованиям. Вал надежно защищен от
повреждений при возможных сборках и разборках сепаратора.
Состоящая из шести пружин упругая горловая опора значительно
усилена в сравнении с прежними моделями сепараторов. В ходе
эксплуатации надобности в смазке нет, так как шарикоподшипники
могут работать без дополнительной смазки в течение года и больше.
Весьма важно, что привод требует электродвигателя с числом оборо-
тов обычных типов. Смена ремня в случае его износа осуществляется
весьма удобно, несмотря на то, чтй весь привод в рабочем состоянии
машины совершенно закрыт. Все соприкасающиеся с молоком детали
изготовлены из нержавеющей стали. Посуда — цельнотянутая.
Фирма Альфа-Лаваль изготовляет тоже сепараторы с ремен-
ной передачей, при помощи которой движение от электродвигателя
передается непосредственно на вертикальный вал сепараторного
барабана. Общий вид такого сепаратора представлен на фиг. 66, а.
Основные отличия от прежних сепараторов «Альфа-Лаваль» —
обтекаемость внешних форм станины и низкая посадка приемного
бака. Это создает большие удобства и упрощает обслуживание сепа-
ратора, так как нет мест, склонных к загрязнениям и мало доступных
для мытья и чистки, а расположение приемного бака соответствует
той высоте, которая наиболее удобна для наполнения бака молоком
человеку среднего роста. Форма приемного бака изменена так, чтобы
более надежно предупредить расплескивание молока при наполнении.
В частично разрезанном виде сепаратор «Альфа-Лаваль» показан
па фиг. 66, б. Из этого разреза видно, что по конструкции этот
143
Фиг. 65. Сепаратор «Вестфалия», модель ДЛ, производитель-
ностью от 175 до 400 л! час.
а — общий вид; б — разрез; в — вертикальный вал с горловой опорой;
г — ременный электропривод.
144
сепаратор сходен с сепаратором «Вестфалия» марки ДА, с которым он
совпадает и по своей пропускной способности. Однако его верти-
кальный вал в отличие от «Вестфалии» мало изменен в сравнении
с прежними моделями, так же как и горловая опора. Эта фирма
перешла на новейшие модели, использовав в большей степени
имеющуюся технологию производства.
б)
Фиг. 66. Сепаратор «Альфа-Лаваль», мо-
дель 100-АЕ, производительность от 225
до 550 л!час-.
а — внешний вид; б — разрез сепаратора: 1 — ша-
рикоподшипниковый подпятник; 2 — горловая
опора с шестью цилиндрическими пружинами;
3 увеличенный по размеру грязевик сепаратор-
ного барабана; 4 — электродвигатель; 5 — специ-
альный эластичный ремень; f — привод сепара-
в) т°Ра-
Внешний вид привода сепаратора показан на фиг. 66, а. Со шкива
обычного типа электродвигателя движение передается непосредствен-
но на вертикальный вал сепараторного барабана при помощи
эластичного ремня, обеспечивающего достаточно длительную работу
без недопустимого скольжения. Как это показывает фиг. 66, в, весь
узел привода монтируется в станину в собранном виде и при демон-
тажных работах может не разбираться.
Необходимость применять молочные сепараторы небольшой
производительности с ручным приводом "не отпадает даже при зна-
ю Бремер 1484 145
читальном развитии электрификации. Современная модель ручного
молочно1/) сепара ора с ручным приводом на производительности
от 160 до 500 л/час и больше (но менее 1000 л/час) фирмы Альфа-
Лаваль показана в своем общем виде на фиг. 67, а. Число оборотов
рукоятки 50 в минуту.
В разрезе сепаратор изображен на фиг. 67, б. В сравнении с
прежними выпусками конфигурация сепараторного барабана значи-
тельно изменена с целью создать большее грязевое пространство для
отложений сепараторной слизи и этим увеличить продолжительность
непрерывной работы машины.
Балансировку барабанов осуществляют в новых моделях усо-
вершенствованным способом при помощи специальных балансиро-
а) б)
Фиг. 67. Новейший ручной молочный сепаратор «Альфа-Лаваль», модель 105,
производительностью от 90 до 250 л/час.
а — внешний вид; б — разрез сепаратора: 1 — подпятник с упорным шариком; 2 — горловая опора
с цельной пружиной; 3 — защитный колпачок с лабиринтом; 4 — сепараторный барабан с увели-
ченным грязевым пространством; 5 — симметричный поплавок; 6 — поворачивающийся кронштейн
приемного бака.
вечных машин, позволяющих достигать необходимую корректировку
с целью устранения неуравновешенности не наплывами олова внутри
барабана, а снятием материала с наружной поверхности крышки
сепараторного барабана. Приемный бак улучшенной конфигурации,
способствующей меньшему расплескиванию молока. Вся посуда и
детали барабана — из нержавеющей стали. Опоры — скользящего
трения. Горловой подшипник имеет цельную пружину. Вся горло-
вая опора и масляная ванна защищены от проникновения молока
и воды специальным колпачком с лабиринтом, видным на фиг.
67, б.
146
Большие размеры той же модели (производительность от 350
до 800 л/час) несколько отличаются. В основном это отличие сводится
к тому, что горловая опора в отличие от только что описанной имеет
шесть пружин и, следовательно, составная. Опоры—шарикоподшип-
никовые. Число оборотов рукоятки — 45 в минуту. Общий вид этого
сепаратора фирмы Альфа-Лаваль показан на фиг. 68, а. Сепаратор
снабжен подставкой, которую заказывают по желанию. Из разреза
машины (фиг. 68, б) видно, что сепараторный барабан имеет осо-
бенно вместительное грязевое пространство, что позволяет сепари-
ровать молоко в обычных условиях работы около 4 час., не оста-
навливая машины для чистки барабана.
Из разреза барабана можно усмотреть, что отверстия сброса
обрата. предусматривают выход струй по касательной в отличие от
радиального сброса модели, показанной на фиг. 67, б. Для ручных
сепараторов более высокой производительности это имеет существен-
ное значение, так как снижает потребную мощность. Эта мощность
при длительной работе не должна превышать допустимую для сред-
него рабочего, т. е. 0,1 л. с
Сепараторы фиг. 68могут быть приспособлены к индивидуальному
электроприводу (фиг. 69). Горизонтальный вал тихоходной пары
йрйкрыт, как это видно на фигуре, заглушкой. В случае необхо-
димости эту заглушку можно снять и вновь надеть рукоятку. Работа
при помощи рукоятки не требует демонтажа индивидуального элек-
тропривода. Ручные сепараторы новейших моделей по устойчивости
и остроте обезжиривания сравнялись с промышленными молочными
сепараторами. Это достигнуто соответствующим расчетом времени
пребывания молока в сепараторном барабане и высоким качеством
изготовления деталей машин.
Весьма значительным изменениям даже в своем внешнем виде
подверглись и новейшие конструкции промышленных молочных сепа-
раторов. Общий вид одной из новейших моделей сепаратора «Вест-
фалия» промышленного типа дан на фиг. 70. Это молочный сепаратор
полузакрытый с питанием открытым самотеком и выводом под давле-
нием обеих фракций, т. е. обрата и сливок. Электродвигатель встроен
в станину, которая закрывает весь приводной механизм и компактна
и обтекаема по форме. Производительность сепараторов данной моде-
ли, но различных размеров от 2000 до 5000 л/час. Молокоочистители
тех же габаритов — 10 000 л/час.
Разрез полузакрытого молочного сепаратора «Вестфалия» пока-
зан на фиг. 71. Из этого разреза видно, что трущиеся опоры — шари-
коподшипниковые. Горловая опора — составная из шести цилиндри-
ческих пружин. Пята имеет, кроме сферического радиального, еще и
упорный шарикоподшипник. Сравнение этого сепаратора с отече-
ственным полузакрытым молочным сепаратором Молмашстроя
показывает, что конструктивным изменениям подверглись в этих
промышленных сепараторах особенно передаточные механизмы, что и
позволило придать внешним очертаниям последних моделей их
компактные обтекаемые формы.
Разгон осуществляется в этих новейших сепараторах без при-
менения фрикционных муфт при помощи специальных электро-
Ю* 147
Фиг. 68. Новейший молочный сепаратор «Альфа-Лаваль», модель 107:
а — внешний вид; б - разрез сепаратора: 1 — шарикоподшипник горловой опоры; 2 — защитный колпачок с лабиринтом;
3 — сепараторный барабан; 4 — приемный бак новой формы; 5 — поворачивающийся кронштейн.
Фиг. 69. Сепаратор «Альфа-Лаваль». мо-
дель 107 с электроприводом.
Фиг. 70. Новейший электропривод-
ной молочный сепаратор «Вестфа-
лия», модель ММ, производитель-
ностью от 1250 до 5000 л/час.
Фиг. 71. Разрез сепаратора «Вестфалия», модель ММ.
150
двигателей, допускающих плавное увеличение числа оборотов до
рабочих.
Промышленные сепараторы западно-европейских фирм необхо-
димо сопоставить с весьма отличными по своему внешнему виду
сепараторами американскими. Закрытый сепаратор фирмы де-Лаваль
Фиг. 72. Электроприводной молочный сепаратор «де-Лаваль» (США) производи-
тельностью от 300 до 5000 л/час.
а — внешний вид; б — разрез.
представлен на фиг. 72. Прогон жидкости осуществляют под давле-
нием при помощи насоса. Следовательно, у этой модели и питание
и вывод фракций (сливок й обрата) протекают закрытым процессом.
В сепараторный барабан молоко поступает через полый вертикаль-
ный вал. Подъемное приспособление для разборки и сборки сепара-
торного барабана смонтировано на самой станине сепаратора, что
151
создает значительные удобства в обслуживании молочного сепара-
тора, вес барабана которого при производительности 5000 л/час
превышает 100 кг. Встроенный в станину электродвигатель не нару-
шает обтекаемую и компактную форму машины.
17. СЕПАРАТОРЫ-МОЛОКООЧИСТИТЕЛИ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ
Общие сведения. В процессе сепарирования происходит
очищение молока от всех механических примесей, которые в виде
составной части сепараторной слизи откладываются в грязевом про-
странстве сепаратора-сливкоотделителя. Поэтому обрат и сливки
выходят из сепаратора очищенными. Но если свежевыдоенное молоко
не предназначено для немедленного сепарирования, то его необхо-
димо очистить еще на скотном дворе перед охлаждением. Очищают
молоко от неизбежно попадающих в него посторонних примесей:
пылинок, мельчайших волосинок, подстилочной соломы и т. п., а
также и тех примесей, которые могут содержаться в молоке в
вымени, в особенности больной коровы, как, например, гнойные
включения, частицы крови и др.
Все эти примеси заражают молоко микроорганизмами и, частично
растворяясь, настолько измельчаются, что позднее полностью выде-
лить их механическим путем становится невозможным.
Очистке подвергают и все молоко, поступившее на предприятия
молочной промышленности и предназначенное для использования
в цельном виде, так как даже при отправке из хозяйства удовлетвори-
тельно чистого молока оно в той или иной степени подвергнется
загрязнению во время транспорта.
В настоящее время в большинстве случаев вместо процеживания и
фильтрации предпочитают очищать молоко на центробежных молоко-
очистителях. Это объясняется тем, что сита пригодны лишь для уда-
ления из молока крупных соринок, а фильтры имеют в сравнении
с сепараторами- молокоочистителями ряд существенных недостатков.
При очистке молока фильтрами [15] последующие порции молока
фильтруются через грязь, оставляемую на фильтре или внутри него
предшествующими порциями. Молоко проходит через чистый
фильтр только вначале, по мере же дальнейшего фильтрования про-
исходит очищение молока от грязи с одновременным внесением в
него большого количества бактерий, отмываемых от задержанной
фильтром грязи. При малейшем повреждении фильтрующей поверх-
ности молоко вместо очистки начинает сильно загрязняться, так как
накопленная ранее грязь смывается в чистый продукт. В совре-
менных фильтрах молоко прогоняют через фильтрующие ткани под
давлением насосами. При этом прорыв фильтра скорее вероятен, а
при частично прорванной поверхности контрольный ' манометр
может показывать, если поверхность уже загрязнена, и нормальное
давление.
В сепараторах-молокоочистителях грязь отлагается в грязевом
пространстве вместе с частичками находящегося в молоке в набухшем
152
состоянии казеина и благодаря этому оказывается отделенной от
общего потока молока.
Казеин, составляющий наибольшую часть сепараторной слизи,
покрывает вместе с загрязнителями стенки грязевого пространства
сепараторного барабана сплошным слоем вязкой и плотной слизи.
В результате грязь оказывается отгороженной от последующих
порций очищаемого молока новыми наслоениями казеина, благодаря
чему как первые, так и все последующие порции очищаемого молока
находятся в совершенно одинаковых условиях очистки.
Некоторые исследователи определили при испытаниях молоко-
очистителей увеличение бактерий после пропуска молока через сепа-
ратор. Были попытки объяснить это увеличение воздействием меха-
нических колебаний, могущих возникать в результате сотрясений
работающего сепаратора именно такой частоты, которая оптимальна
для интенсификации жизнедеятельности микрофлоры.
Проф. Р. Э. Герлах [15, стр. 53] совершенно справедливо указал,
что увеличение числа бактерий в молоке после пропуска его через
молокоочиститель является кажущимся и может быть легко объ-
яснено самими методами подсчета бактерий по количеству колоний,
развивающихся на питательной среде. Число колоний оказывается
после прохождения молока через сепаратор действительно повышен-
ным, но неот того, что вмолоке увеличилось количество содержавшихся
в нем единичных бактерий, а оттого, что под влиянием сильного воз-
действия процесса сепарирования отдельные скопления бактерий
дробятся на более мелкие и каждая из последних дает на питательной
среде свою колонию.
В действительности молокоочистители несколько снижают
содержание микроорганизмов в молоке, так как сепараторная
слизь ими чрезвычайно сильно насыщена. Чтобы избежать зараже-
ния людей и животных, сепараторную слизь на животноводческих
фермах поэтому тщательно закапывают в землю. Предпринимавшиеся
в свое время при внедрении сепараторов попытки использовать
сепараторную слизь как корм приводили к серьезным заболеваниям
животных и к гибели домашней птицы.
К конструкции сепараторного барабана молокоочистители предъ-
являют некоторые специальные требования: повышенная вмести-
мость грязевого пространства, отсутствие отложений жира внутри
барабана, выход молока из барабана с достаточно равномерным содер-
жанием жира, несмотря на неизбежно происходящий в какой-то
степени процесс сепарирования, особо удобная разборка и чистка.
Разрез барабана полузакрытого сепаратора-молокоочистителя
завода Молмашстрой марки СПМ-4000 представлен на фиг. 73.
Расстояние между тарелками в молокоочистительных барабанах
применяют весьма различное—от 1 до 10 мм. В некоторых конструк-
циях молокоочистительный барабан снабжают вместо пакета тарелок
крыльчатой вставкой (фиг. 74).
Молокоочистители широко применяют предприятия молочной
промышленности, но в сельском хозяйстве они внедрены еще недоста-
точно.
153
Зарубежные заводы сепараторостроения изготовляют к сепара-
торам-сливкоотделителям даже небольшой производительности
(100—600 л/час) сменные молокоочистительные детали: молокоочи-
Фиг. 73. Разрез барабана молокоочистител я завода Молмашстрой,
марки СПМ-4000.
стительный барабан, поплавковую камеру и приемник очищенного
молока. Поэтому всякий сепаратор-сливкоотделитель может быть
превращен в молокоочиститель путем смены барабана и коммуни-
каций питания и отвода фракций. Часовую производительность при
такой смене увеличивают вдвое в сравнении со сливкоотделителем.
154
Число оборотов молокоочистителя желательно снижать на 15—20%
против рабочего числа оборотов соответствующего сепаратора-
сливкоотделителя. Повсеместное внедрение сепараторов-молоко-
очистителей в молочно-животноводческие фермы колхозов и сов-
хозов имеет исключительно важное значение для улучшения
качества поставляемого на предприятия молочной промышленности
молока.
Сменные детали для отечественного сепаратора-сливкоотдели-
теля завода «Смычка» марки ОСЖ (производительностью 300 л/час)
были запроектированы инж. Т. Г. Нониевой. Изготовленный по
этому проекту заводом «Смычка»
электроприводной молокоочистител ь
(фиг. 75) был ею испытан и исследован.
Эти работы подтвердили безуслов-
ную необходимость подвергать на мо-
лочно-животноводческих фермах кол-
хозов и совхозов парное молоко цен-
тробежной очистке, а также показали
полную возможность изготовлять для
отечественных сепараторов-сливкоот-
делителей часовой производительностью
300 и 600 л/час сменные молокоочи-
стительные барабаны и соответствую-
щую посуду аналогично сепараторам
зарубежных марок без каких-либо
коренных переустройств в технологии
производства машиностроительных за-
водов.
Один из вариантов эксперимен-
тального сепаратора-молокоочистителя
включен в расчетную табл. 19.
На предприятиях молочной промышленности, в особенности на
городских молочных заводах и заводах по производству сгущен-
ного молока, используют молокоочистители производительностью
до 10 000 л/час. Аппаратный цех современного молочного предприя-
тия с высокопроизводительными сепараторами-молокоочистителями
новейшей конструкции показан на фиг. 76. Разрез такого молоко-
очистителя дан на фиг. 77.
Технологический расчет сепаратор а-м о л о-
коочистител я. Сепараторы-молокоочистители работают как
кларификаторы и к тарельчатым молокоочистительным барабанам
вполне приложимы расчетные формулы производительности и
остроты сепарации, выведенные применительно к сепараторам-кон-
центраторам.
В дисперсной системе молоко—сепараторная слизь (точнее, состав-
ные части слизи до ее образования в грязевом пространстве) в расчет
необходимо брать те составные части сепараторон слизи, которые по
своей плотности наиболее близки к плотности молочной жидкости и
степень дисперсности которых наиболее высока.
Фиг. 74. Крыльчатая вставка
сепаратора молокоочистителя
«Альфа-Лаваль».
155
Фиг. 75. Сепаратор-молокоочиститель завода «Смычка» марки ОСЖ:
а — внешний вид; б — разрез сепараторного барабана.
Фиг. 76. Аппа-
ратный цех сов-
ременного мо-
лочного завода
с высокопроиз-
водительными
молокоочисти-
телями (три мо-
локоочистителя
видны на перед-
нем плане, про-
изводительность
каждого;
10 т/час).
158
Состав сепараторной слизи исследовался еще недостаточно и
сведений об ее свойствах, необходимых для расчета разделяемости,
в литературе нет. Поэтому для технологического расчета молоко-
очистителя следовало бы непосредственно определить соответствую-
щие плотности и их разность, вязкость среды и степень дисперсности
расчетных частиц или их агрегатов.
Исследованием сепараторной слизи как объектом механического
расчета с целью определения разделяемости молока при его центро-
бежной очистке занимались М. С. Карсницкая и Т. Г. Нониева, но
достаточно определенных данных для определения формы, степени
дисперсности и плотности частиц, которые следует считать расчет-
ными, получить еще не удалось.
Поэтому при расчете кларификаторов рабочий процесс сепа-
ратора рассчитывают на основе накопленного материала и экс-
периментов, проводимых на готовой машине. Для этой цели уста-
навливают опытным путем оптимальный рабочий режим сепаратора,
дающий необходимый технологический результат. Получив необ-
ходимую степень сепарации, подсчитывают значение разделяющего
фактора по формуле
. V 2 1
Ф — Z ТГ °> ----
Q сек
По разделяющему фактору, задавшись условным к. п. д. техно-
логического процесса, находят расчетную разделяемость по формуле
1 1
»г - ____• »г - _
расч ф > действ рф •
Недостаток этого приема расчета состоит в том, что абсолютное
значение к. п. д технологического процесса остается наизвестным и
это затрудняет оценку совершенства конструкций. Кроме того,
такой прием непригоден для расчета сепаратора, проектируемого
вновь для какого-либо нового продукта.
Но для сравнительных оценок различных конструкций и оценки
степени совершенства новой модели в сравнении с прежней, а также
для определения на готовой машине необходимого для данного про-
дукта разделяющего фактора этот недостаток не имеет практического
значения. Это дает возможность обойтись в этих случаях без обычно
затруднительных определений всех, необходимых для подсчета рас-
четной разделяемости, физико-механических свойств подлежащей
центрифугированию жидкой смеси.
Если найдена опытным путем расчетная разделяемость, то в
формуле
остается затруднительным точно установить плотность лиофильных
частиц и расчетную степень дисперсности, так как вязкость и плот-
ность дисперсионной фазы (жидкой среды) в большинстве случаев
поддаются определению просто.
159
Подсчеты разделяющих факторов существующих сепараторов-
молокоочистителей показывают, что их значения колеблются в пре-
делах от 0,1 до 0,5-108 сек-1.
Так, например, отечественный сепаратор-молокоочиститель марки
СПМ-4000 (см. табл. 19) имеет разделяющий фактор равным
Ф = 0,347-108 сек-1.
Молокоочиститель марки МРЦК.-5 с расстоянием между тарел-
ками 10 мм имеет разделяющий фактор примерно в 3 раза меньший:
Ф = 0,107-Ю8 сек-1.
Молокоочистители, барабаны которых вместо тарелок имеют
крыльчатку, можно также рассчитывать при помощи разделяющего
фактора, условно считая число тарелок их равным единице.
Тогда расчетный разделяющий фактор оказывается равным
Ф =0,002• 108 сек-1.
В соответствии с этими расчетами работающих машин можно
определить соответствующую расчетную разделяемость. Если условно
задаться технологическим к. п. д. ₽ = 0,6, то расчетные разделяе-
мое™, на которые заводы-изготовители проектируют свои молоко-
очистители, оказываются примерно в пределах от 5 до 15-10-8сек.,
т. е. различны в машинах разных марок в такой степени, которая
представляется необоснованной. Если же учесть разделяющий фак-
тор молокоочистителей с крыльчатой вставкой, то отклонения в
расчетных разделяемостях еще более значительны.
Эти большие колебания следует объяснить двумя обстоятельствами.
Во-первых, технологический к. п. д. при имеющихся в данном случае
значительных расстояниях между тарелками, а тем более при замене
пакета тарелок крыльчаткой, весьма неодинаков. Во-вторых, заводы
изготовляют молокоочистители обычно не специально, а исполь-
зуют для этой цели находящийся у них в массовом производстве
механизм сепараторов-сливкоотделителей, заменяя в этих сепара-!
торах барабан и коммуникацию питания и отвода фракций на клари-
фикаторную конструкцию. Поэтому некоторые машины получают
случайные размеры, не соответствующие установленной производи-
тельности, что подтвердилось работами с экспериментальным моло-
коочистительным сепаратором завода «Смычка».
Для подсчетов производительности сепараторов-молокоочисти-
телей можно пользоваться следующими формулами:
1. Расстояние между тарелками 1—2 мм
л, час. (135а)
2. Расстояние между тарелками 8—10 мм
л/час. (1356),
160
3. Крыльчатая вставка
L«p = 1^ л1час- (135в)
Молокоочистителям при тех же габаритах барабана устанавли-
вают двойную часовую производительность в сравнении с сепара-
тором-сливкоотделителем. Следовательно, грязевое пространство
должно быть увеличено больше чем вдвое. Обычно удельное значение
грязевого пространства выбирают для промышленных молокоочи-
стителей равным
Vyd = 1 л/час,
что дает возможность непрерывно работать в течение 3—6 час. при
отложениях в грязевом пространстве в пределах от 0,06 до 0,03%.
В концентрационном процессе вывод выделившихся частиц из
межтарелочного пространства осуществляется образованием проти-
вотоков в результате скопления более мелких частиц у соответ-
ствующей поверхности тарелки. При концентрации частиц, более
легких по удельному весу, чем среда, противоток возникает у верхней
поверхности нижней тарелки межтарелочного пространства. При
концентрации частиц большего удельного веса, чем окружающая
жидкость, — у нижней поверхности верхней тарелки.
В кларификаторе необходимо предусмотреть возможность не
только индивидуального осаждения частиц на поверхность та-
релки, но и индивидуального соскальзывания осевших частиц к
периферии барабана в грязевое пространство. Чтобы рассчитать
условие скольжения частицы по тарелке к периферии в грязевое
пространство (см. фиг. 34, б) необходимо рассмотреть относительное
движение частицы после того, как она осядет на нижней поверх-
ности тарелки.
Для составления соответствующего дифференциального урав-
нения относительного движения частицы необходимо приложить
к ней, кроме реакции опорной поверхности R, силы инерции пере
носного движения и Кориолиса. Сила инерциии переносного движе-
ния представляет собой в данном случае центробежную силу эффек-
тивной массы:
С - № (а' — а) о>2р.
Сила Кориолиса направлена перпендикулярно плоскости, про-
ходящей через частицу и ось вращения, и по относительной малости
ее влиянием на движение можно в первом приближении пренебречь.
Условие скольжения частицы к периферии (удельный вес частицы
больше удельного веса среды) дается неравенством:
Cc„>F+U7,
где F = [С cos р, a W = бкцго — сила лобового сопротивления;
Сск = С sin р — составляющая центробежной силы, направленная
по образующей тарелки к периферии барабана.
I1 Бремер 1484 1 61
Таблица 19
Расчетные данные сепараторов-молокоочнстителей
Параметры Марка сепаратора
СП М-4000 МРЦК-5 Эксперимен- тальный — за- вода „Смычка"
Производительность в л/час 4000 5000 600
Вес общий в кг ........... 310 450 85
Мощность электродвигателя в кет . . Барабан: 2.8 4,4 0,15
Число оборотов в минуту 7200 6500 6000
Число тарелок 28 9 15
Расстояние между тарелками в см . . Диаметр тарелки в см'. 0,2 1.0 0,2
наибольший 19 22,0 10,8
наименьший ........ 8 10,8 4.7
Высота тарелки в см • Основные расчетные данные: 8 8 3,7
Приведенный радиус 9,8 11,87 5,75
Расчетный объем в cjw3 . . . - Разделяющий фактор: V 2 1 Z <02 Q сек 2420 3550 382
0,347-103 0,107-108 0,135-108
V 2 g.. об/мин Разделяемость т = при р 0,6 ус- рчР ловио . Дополнительные расчетные данные Рабочий объем одного межтарелочно- 8,64-108 2,7-108 3,6-108
4,81-10-8 15,55-10-8 12,35-10“8
го пространства в см3 ... Действительное время пребывания 46,6 2,85 14,9
молока между тарелками в см3 1.2 1,85 1,34
Переполнение 51,8 12,45 25,6
Отсюда
t Q t , W
или
tg₽>/+
6mqrv
4
—w3 (c' — c) <o2p cos p
О
Пренебрегая по относительной малости величиной дроби, получим!
общеизвестное выражение: Р > <р, в котором f — tg <р — коэффи-
циент трения частицы по поверхности тарелки, а ₽ — угол наклона,
образующей тарелки к вертикали. Угол ₽ обычно принимают рав-,
ным:
Р = 30-т-40°
162
или
а = 60 -4- 50°,
где а — угол наклона образующей к горизонтали.
Проф. А. Лембке (Исследовательский институт вирусов и экспе-
риментальной медицины, Сильбек близЭйтина. ФРГ) провел экспери-
ментальное исследование по очистке молока на молокоочистителях
от бактерий. Сливкоотделительный сепаратор «Альфа-Лаваль» про-
изводительностью 100 л в час был в этой экспериментальной
работе подвергнут переделке: вместо сливкоотделительного пакета
тарелок вставлен был пакет молокоочистительный, число рабочих
оборотов барабана доведено до 16000 в минуту, производительность
снижена до 40 л в час, температура сепарирования принята 60°.
При этих условиях молоко эффективно очищалось от бактерий.
В области бактериальной очистки жидкостей на сепараторах рабо-
тают также и другие институты. Эти весьма важные исследования
продолжаются. Ниже приведен ориентировочный расчет на взвешен-
ность бактерий с учетом экспериментальной работы проф. Лембке.
rnped = W
. 1П ~
RT________я,
N (а' — а) ы2р
0,7
455-1(Г16-13,9
(1,105- 1.017).16722-2,5 -=
= 0,0000235 см = 0,235 мк.
И
ГЛАВА li
КРОВЯНОЙ СЕПАРАТОР
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Кровяные сепараторы применяют на мясокомбинатах и сель-
скохозяйственных биофабриках для сепарирования дефибрирован-
ной крови с целью разделения ее на сыворотку и форменные элементы.
На мясокомбинатах используют обе фракции, а на биофабриках
обычно лишь сыворотку. Форменные элементы в этом случае служат
отходом и ставится задача освободить от них полностью сыворотку,
не допуская гемолиза. Используют кровяной сепаратор и в меди-
цине [59].
Общая потребность в кровяных сепараторах относительно весьма
невелика. Так, например, в нашей стране потребность в них исчи-
сляется в количестве всего несколько сот штук.
В связи с этим многие заводы для сепарирования крови специаль-
ных конструкций сепараторов не изготовляют, а приспосабливают
для этой цели обычно молочные сепараторы путем некоторых пере-
делок.
Приспособление с разработкой соответствующих конструктив-
ных изменений отечественных молочных сепараторов к сепарирова-
нию крови с целью использования этих сепараторов для получения
лечебных сывороток на биофабриках было поручено в 1939 г. лабо-
ратории молочных машин и жидкостных сепараторов Московского
института механизации и электрификации сельского хозяйства
имени В. М. Молотова (МИМЭСХ). Экспериментальная часть этой
работы и испытания в производственных условиях проведены были
на биофабриках.
2. РАСЧЕТНАЯ ДИСПЕРСНАЯ СИСТЕМА КРОВЯНОГО СЕПАРАТОРА
На биофабриках процесс добычи лечебной сыворотки состоит
в том, что из дефибрированной, т. е. лишенной связывающего веще-
ства — фибрина, крови подвергнутых гипериммунизации животных
выделяют максимально возможное количество очищенной от фор-
менных элементов кровяной сыворотки.
Выделяют сыворотку из крови при помощи кровяных сепараторов.
При этом сепаратор работает как концентратор, разделяя дефибри-
164 ’ ..
рованную кровь на две неравные части: количественно меньшую —
концентрат форменных элементов и лишенную практически всех
форменных элементов сыворотку (серум).
В цельной крови форменные элементы нельзя рассматривать как
дисперсную фазу в непрерывной дисперсионной среде — в плазме,
так как в основной своей массе подлежащая переработке цельная
кровь не содержит свободно взвешенных форменных элементов 12].
Факторы структурной вязкости совершенно исключают возмож-
ность пользоваться в этом случае результатами вискозиметр и чес ких
определений как расчетными величинами в аналитических формулах.
Фиг. 78. Расчетный участок
кровяного сепараторного
барабана.
Фиг. 79. Микроснимок свиной крови.
До поступления в барабан кровяного сепаратора кровь при добыче
лечебных сывороток подвергается дефибрированию.
В расчетный участок (фиг. 78) межтарелочного пространства
сепараторного барабана поступает сильно разбавленная по концен-
трации форменных элементов кровяная сыворотка.
Поэтому, как в процессе сепарации молока, при технологическом
расчете биопромышленного кровяного сепаратора совершенно
необходимо, отвлекаясь от сложной многофазной структуры крови,
брать в качестве расчетных физико-механические свойства двухфаз-
ной полидисперсной системы кровяная сыворотка — форменные
элементы и вести расчет на предельную по скорости движения обо-
собленную частицу, совершающую свое необходимое для сепарации
относительное перемещение внутри протекающей расчетный участок
межтарелочного пространства кровяной сыворотки.
Экспериментальное изучение крови (фиг. 79) как дисперсной
системы производилось многочисленными авторами, в частности,
в связи с имеющей большое практическое значение во врачебной
практике реакцией оседания эритроцитов [2, стр. 20, 89].
Из этих исследований для экспериментального обоснования тех-
нологического расчета кровяного сепаратора имеет значение изу-
чение явления естественного отстоя разбавленной крови и сопоста-
вление процессов сепарации крови и молока.
165
Значение агглютинации, добавок желатина и гумми-арабика,
усиливающих этот процесс для оседания эритроцитов в разбавленной
крови, то же по своему характеру, что и в случае отстоя молока
[2, стр. 29].
Формула Стокса для скорости оседания изолированных эритро-
цитов в сильно разведенной (80 раз) крови подтверждается экспе-
риментально так же хорошо, как и для всплывания обособленных
жировых частиц в разбавленном молоке или обрате [69, стр. 56, 101
и 181], [76], 1107] (см. фиг. 42, а).
Все это служит экспериментальным обоснованием расчета дис-
персной системы кровяная сыворотка — форменные элементы,
играющей при сепарации крови ту же роль, что и система обрат—
жировые частицы при обезжиривании молока.
3. ОСНОВНЫЕ ДЛЯ СЕПАРАЦИИ СВОЙСТВА КРОВИ. ГЕМОЛИЗ
Состав крови зависит от рода, возраста, пола и состояния живот-
ного [41, стр. 19—31].
Дефибрированная кровь рогатого скота, лошадиная и свиная
содержит обычно 60—70% сыворотки и 40—30% форменных эле-
ментов. Кровяные шарики (эритроциты) пропитаны органическим
красящим веществом — гемоглобином.
При разрушении эритроцитов гемоглобин растворяется в окру-
жающей жидкости и окрашивает ее в красный цвет. Этот процесс
называют гемолизом.
Добываемая для ветеринарных целей сыворотка должна быть
прозрачной светло-желтого цвета. Следовательно, на биофабриках
при сепарации крови совершенно недопустим выход гемолизирован-
ной сыворотки. Разрушать эритроциты может чрезмерное давление,
возникающее внутри жидкости при слишком высоких рабочих
оборотах сепараторного барабана.
Гемолиз может быть вызван также и другими механическими и
химическими воздействиями Он зависит от разницы осмотического
давления между гемоглобином и окружающей жидкостью и насту-
пает, например, при добавлении соли.
По литературным данным [41], [42] при сепарации крови число
оборотов не должно превышать определенной величины, соответ-
ствующей давлению жидкости на периферии барабана 15 кг/см2,
так как более высокое давление вызывает гемолиз
Однако это указание о предельном давлении 15 кг/см2 при
проведении экспериментов на одной из бнофабрик Министерства
сельского хозяйства не подтвердилось. Экспериментальный сепара-
тор, переделанный в кровяной из молочного, был рассчитан на рабо-
чее число оборотов 7200 в минуту; как показал опыт его длительной
эксплуатации, при соответствующем этому числу оборотов давле-
нии около 20 кг/см2 (максимальный диаметр тарелочной вставки
180 мм) покраснения сыворотки не наблюдалось [8].
Не наступал еще гемолиз даже при достижении давления на пери-
ферии 30 кг/см2, несмотря на работу в этом опыте со сниженной про-
166
изводительностью, когда время пребывания жидкости внутри бара-
бана увеличилось, качество же сыворотки при этом, несмотря на
более длительное воздействие давления, улучшилось.
Так как экспериментальный сепаратор работал на максимально
допустимых из условий прочности и износа механизма рабочих
оборотах, то выяснение действительного предельного с точки зре-
ния гемолиза давления как вопроса, не имевшего в данном случае
практического значения, не производилось.
Опасение гемолиза значительно осложняет процесс сепарации
крови. Приходится с кровью обращаться с большой осторожностью.
Подогревать кровь недопустимо. Парную кровь необходимо перед
пуском в сепаратор в отличие от молока охлаждать до температуры
6—10°, что крайне неблагоприятно для процесса сепарации.
В приведенных в конце этого раздела кратких указаниях по
эксплуатации кровяного экспериментального сепаратора, приспо-
собленного для сепарирования крови животных, подробно перечи-
слены все те правила, которые приходится соблюдать, чтобы добиться
максимального выхода высококачественной сыворотки при наивыс-
шей производительности сепаратора.
Но даже и при соблюдении всех рекомендуемых мер предосто-
рожности удовлетворительной работы кровяного сепаратора нельзя
достичь, если конструкция сепараторного барабана не гарантирует
в длительной эксплуатации надежную изоляцию поступающей
кровяной жидкости от отсепарированных фракций, так же как и
невозможность смешения полученных фракций.
В результате экспериментов на биофабрике в связи с приспо-
соблением молочных сепараторов к сепарированию крови было обна-
ружено, что некоторые конструкции тарелкодержателей в сепара-
торных барабанах не могут дать надлежащей изоляции потока
исходной жидкости от отсепарированных фракций. Схематический
чертеж такого тарелкодержателя показан на фиг. 80. Перепад цель-
ного молока в место протока сливок при обезжиривании молока
остается незамеченным, так как разжижение сливок цельным моло-
ком компенсируют в этом случае соответствующей установкой регу-
лировочного винта.
Только при возникновении значительных неплотностей в ре-
зультате износа поверхностей сопряжения тарелкодержателя и
центральной трубки основания барабана, на которую тарелкодер-
жатель насаживается, может в конце концов заметно нарушиться
объемное отношение сливок и обрата. В практике эксплуатации
молочных сепараторов, имеющих данную конструкцию тарелкодер-
жателя, это действительно иногда и наблюдается. Иначе обстоит
дело в случае сепарации крови, так как самый ничтожный перепад
цельной крови в сыворотку ее гемолизирует. Чтобы устранить обна-
руженный недостаток, барабан экспериментального сепаратора был
снабжен уплотняющим кольцом с нажимной втулкой.
Тарелкодержатель, не нуждающийся в таком уплотнении, пока-
зан на фиг. 81. Конструкция этого тарелкодержателя предусматри-
вает захват более легкой фракции и ее принудительное вращение
167
впл отную около поверхности центральной трубки. Таким путем соз-
дается гидравлический затвор и благодаря отсутствию перепада
давления поступающий в тарелкодержатель исходный продукт не
просачивается в пространство протока более легкой фракции.
Место перепада молока
Фиг. 80. Перепад цельного
молока.
Фиг. 81. Тарелкодержатель
сепаратора «Альфа-Лаваль».
Приведенный пример показывает, что приспособление молочного
или какого-либо другого сепаратора к новым технологическим про-
цессам может послужить основанием к совершенствованию конструк-
ции при ее работе по основному назначению.
4. КРОВЯНАЯ СЫВОРОТКА. ПЛОТНОСТЬ. ВЯЗКОСТЬ
Кровяная сыворотка или серум отличается от плазмы тем, что
не содержит фибрина, которого в плазме 0,5—1%. Сыворотка
составляет 60—70% общего объема крови и содержит около 90%
Таблица 20
Вязкость сыворотки крови в сантипуазах
в зависимости от температуры
воды и 10% сухих веществ. При
правильной работе сепаратора
сыворотка свиной крови добы-
вается светло-желтой окраски
различные породы крупного рогатого скота Температура в °C при просмотре в пробирке почти бесцветной. Плотность сыворотки в пре- делах температур сепарации крови в среднем (колеблется незначительно) а = 1,028 г1см3. Вязкость сыворотки крови
17 20 30
А В С 1,53 1,66 1,40 1,34 1,53 1,34 1,22 1,27 1.11
животных в зависимости от рода
скота и температуры различна (табл. 20). У крупного рогатого
скота она колеблется в пределах от 1.81 до 1,38 сантипуаза, а у
168
свиней — от 1,92 до 1,26. Следовательно, максимальную вязкость
имеет сыворотка свиной крови [76, стр. 344].
Для температуры сепарации «17° С) вязкость сыворотки сви-
ной крови можно принять равной
т] = 0,02 г!см-сек.
5. ФОРМЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. ЭРИТРОЦИТЫ.
Подавляющее количество форменных элементов состоит из крас-
ных кровяных телец — эритроцитов1.
Кровь содержит также бесцветные более крупные, чем эритро-
циты, белые кровяные тельца — лейкоциты и разрушающиеся при
выпускании крови из кровеносной системы кровяные пластины —
тромбоциты. Но их количество в сравнении с эритроцитами ничтожно.
Фиг. 82. Разрез барабана кровяного сепаратора БЦА-3 (ГДР).
Расчетными являются среди форменных элементов минимальные
эритроциты. Колебание размеров эритроцитов имеет место в неболь-
щих пределах. У здорового человека диаметры имеющих дискообраз-
ную форму эритроцитов колеблются от 7,2 до 7,8дгк. Толщина края —
2,5, а толщина в центре от 1,8 до 2 мк.
1 В 1658 г. эритроциты были открыты впервые в кровн лягушки Сваммердамом
134].
169
У животных эритроциты имеют следующие размеры (в микронах)
в поперечнике: овца — 5; лошадь —5,3; крупный рогатый скот —5,6;
свинья — 6,2.
В соответствии с этими данными расчетный эквивалентный радиус
для расчета кровяных сепараторов можно принять равным:
= Тг2г=УЛ I (4)21,8^2жк,
(136)
где В — толщина эритроцита.
В современных промышленных специально кровяных сепараторах
за расчетный принимают минимальный радиус до 1 мк, достигая этим,
как и в промышленных молочных сепараторах, большую устойчи-
вость сепарации в длительной эксплуатации [см. ниже расчет сепа-
ратора БЦА-3 выпуска 1955 г. (фиг. 82)] В расчетах плотность эри-
троцитов при температуре сепарации может быть принята равной
а' = 1,08 г/см3.
Эритроциты содержат примерно 60% воды и 40% сухого остатка.
Свойственная им эластичность делает их более стойкими, увеличивая
также текучесть концентрата, что позволяет получать фракцию эри-
троцитов, являющуюся для биофабрик отходом, в столь концентри-
рованном виде, что сыворотка в этой фракции содержится в относи-
тельно ничтожном количестве.
Эритроциты в плазме не обладают броуновским движением
12, стр. 29]. Система эритроциты—кровяная сыворотка в условиях
центробежного поля кинетически неустойчива. Следовательно,
теоретически все эритроциты могут быть полностью выделены из
сыворотки.
€. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА ПРИМЕНИМОСТЬ ЗАКОНА СОПРОТИВЛЕНИЯ
СТОКСА
Аналогично расчету по молоку (см. выше) имеем для биопромыш-
ленного кровяного сепаратора:
тэ 0,0002-1,027-0,30 п лл-2
Re = _<0,2 >--------------------= 0,003,
где г — радиус эритроцита расчетного размера;
V — скорость
рабочего
Эта скорость
перемещения частицы, максимальная в пределах
объема сепараторного барабана.
равна
2 2 а' — о Ао
v = -д- «гр----— = 0,3 см1сек.
где а — плотность сыворотки;
т] — вязкость сыворотки.
Проверку ламинарное™ потока в межтарелочном пространстве
производим по минимальному сечению, т. е. в месте , где пропускная
170
поверхность наименьшая, а скорость течения, следовательно, наш
большая.
Число Рейнольдса
Re =
2aQ
z>tDni|(]
2-1,028-19,5 ~ g 05
45-я6
По другим сечениям оно еще меньше.
7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КРОВЯНОГО СЕПАРАТОРА БИОФАБРИК
Из приведенных выше данных по крови различных животных
следует, что свиная кровь сепарируется труднее крови рогатого
скота и лошадей. Это подтверждает и опыт эксплуатации кровяных
сепараторов.
Разделяемость крови в приложении к расчетной частице при сепа-
рации свиной крови оказывается равной:
т = г2=-|- 1,08(7о2027 (2-1(Г4)2 = 2,2.1(Г8 сек.
В соответствии с расчетной схемой приспособленного к сепарации
крови молочного сепаратора рабочий объем одного межтарелочного
пространства экспериментального сепаратора равен
,_)*-« (W-3WS-0.8 ем‘.
Переполнение [см. формулу (75)]:
, Н 2 /3.52 + 3,5-3 4-32\ 0,57 .„ о
= 3~,58 — З2 )-йб8=46’2’
где ф = 5,22.
Если принять процент выхода сыворотки равным 64, то произ-
водительность по крови в соответствии с формулой (66) будет равна
£ = 0,04 л/час =
= 0,04 ^0,6-2,2-10“ 8-45-46-0,8-72002 = 70 л/час.
Как это видно из приведенного расчета и фиг. 78, расчетным
участком для кровяного сепаратора служит участок, который лежит
не ниже (как для молочного сепаратора), а выше сливочных отвер-
стий, т. е. отверстий нейтрального слоя.
Слишком близкое положение сливочных отверстий в молочном
сепараторе принуждает работать при сепарировании крови со сни-
женной производительностью, так как расчетный рабочий объем меж-
тарелочного пространства очень незначителен.
Для увеличения этого объема и соответственного повышения про-
изводительности необходимо сливочные отверстия из расчета
171
объемных отношений фракций форменных элементов и сыворотки уда-
лить от оси вращения, поместив их на радиусе [см. формулу (2)]
у/?2-1-г2_
1 +у
см,
где <р — объемное отношение легкой фракции к тяжелой, a R и г —
соответственно максимальный и минимальный радиусы тарелки.
Если смещение «сливочных» отверстий (отверстий нейтрального
слоя) при приспособлении молочных сепараторов к сепарированию
крови по производственным соображениям затруднительно, то без
ущерба для технологического результата можно будет работать только
при производительности значительно меньше той, которая может
быть достигнута при оптимальном месторасположении этих отвер-
стий.
8. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПРОМЫШЛЕННОГО КРОВЯНОГО СЕПАРАТОРА
БЦА-3 (ВЫПУСК 1955 г.)
Заводом Кифгойзерхютте (гор. Артерн, земля Саксония — Ан-
гальт, ГДР) выпущен в 1955 г. специально кровяной сепаратор
марки БЦА-3.
В этом сепараторе отверстия нейтрального слоя расположены на
оптимальном расстоянии от оси вращения, что видно из представлен-
ного на фиг. 82 разреза сепараторного барабана и приводимого ниже
расчета.
Техническая характеристика сепаратора БЦА-3
Производительность в л/час.............................1200
Число оборотов барабана в минуту ..................... 6500
Размеры тарельчатой вставки в мм-.
диаметр наибольший................................. 241
. наименьший.................................. 115
, отверстий.................................... 22
расположения отверстий...................... 203
высота от верхнего края отверстия до верха тарелки 62,25
угол наклона образующей в град...................... 55
Расстояние между тарелками (для сепарирования парной
крови) в мм............................................ 0,3
Число тарелок........................................... 84
1. Расчет месторасположения отверстий нейтрального слоя:
Rx = -^-VxR2 +yr2 = У 65- 12,052 + 35-5 752 = 10,25 cm
при соотношении фракций <f = x : у = 65 :35.
2. Расчет предельного диаметра эритроцита:
Разделяющий фактор
Ф = г^- w2^84^ 6802 = 3-108 —
Q 333 сек
172
Расчетный объем [см. формулу (56)]
V = — 3,14 • 11,42 -6,225 = 2570 щи3.
При условно принятом технологическом к. п. д. 0,6 разделяе-
мость
* = = т^-10-‘ = °.556-10-сек.
Отсюда предельный радиус
0,556- IO"8 = 2(1,09^02 027) г2‘
Следовательно, 1 мк, т. е. данная машина рассчитана на вы-
деление эритроцитов эквивалентного диаметра 2 мк и больше.
1 9. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ
При приспособлении молочного сепаратора часовой производи-
тельности по молоку 600 л к сепарированию крови оказалось не-
обходимым:
1) изменить питание сепаратора в соответствии с расчетом уста-
новлённой и экспериментально проверенной часовой производитель-
ностью;
2) изменить пределы регулировки объемных соотношений выхо-
дящих фракций;
3) исключить возможность забивания тарелок;
4) исключить возможность перепада исходного продукта в отсепа-
рированные фракции (цельной крови в сыворотку).
Достигнуто это было следующим образом:
1. В поплавковой камере устроено регулировочное приспособле-
ние, позволившее уменьшать приток исходногб продукта до необ-
ходимого количества и устанавливать оптимальную часовую про-
изводительность.
2. Ребра разделительной тарелки сепараторного барабана укоро-
тили на 2/3 в верхней части для того, чтобы изменить пределы регу-
лировки объемных отношений. В местах выхода форменных элемен-
тов (т. е. у выходных отверстий обрата) был уменьшен радиус сброса
этой фракции. Для этой цели в этих местах наплавили олово. Это
снизило в необходимой степени количество выходящей более тяжелой
фракции и позволило имеющимся в разделительной тарелке полым
сливочным винтом устанавливать необходимое объемное соотношение.
3. Фиксирующие расстояние между тарелками шипики (напайки)
были наплавлением олова с последующей калибровкой доведены до
размеров O,6Z|Z?’?o в мм. Это дало возможность избежать забивания
тарелок при сепарировании уже несколько остывшей крови (кровь
подогревать перед сепарированием недопустимо).
4. Вставили в сепараторный барабан нажимную втулку для уплот-
нения места стыка верхней части тарелкодержателя и центральной
173
трубки основания барабана, что оказалось необходимым ввиду неудо-
влетворительной конструкции и недостаточно точного изготовления
тарел кодержателя.
Установку сепаратора на биопромышленной фабрике осуще-
ствляют по схеме фиг. 83.
Проведенные исследования и испытания экспериментального
кровяного сепаратора на биофабрике позволили выработать ниже-
следующие краткие указания по эксплуатации этого сепаратора.
Сепаратор необходимо перед первым пуском отрегулировать в
зависимости от свойства и состояния крови, чтобы получить в дан-
Фиг.'83. Схема установки экспериментального кровяного сепаратора:
1 — вакуум-насос; 2 — бак для заливки крови; 3 — промежуточный бак; 4 — приемный
бак.
ных условиях максимальный процент выхода сыворотки, желаемое
качество сыворотки по окраске, оптимальную производительность
машины.
Регулировку производят при помощи полого винта разделительной
тарелки. Этот винт находится в месте выхода из барабана сыворотки.
В случае необходимости регулируют также питанием путем смены
или же изменения отверстия истечения поплавковой камеры.
Ввинчивание винта уменьшает выход сыворотки. Вывин-
чивание — увеличивает.
Увеличивать процент выхода сыворотки необходимо до тех пор,
пока сыворотка надлежаще прозрачная и желтая.
При трудно сепарирующейся и остывшей крови производитель
ность сепаратора, который имел до переделки часовую производитель-
ность по молоку 600 л, должна быть по крови в пределах 30
50 л1час. В нормальных условиях при пропуске теплой крови про-
изводительность этого сепаратора от 50 до 70 л/час.
174
Для регулировки часовой производительности желательно
поплавковую камеру снабдить регулировочным устройством. При
завышенной производительности сыворотка не будет полностью
освобождаться от форменных элементов, а окраска станет не желтой,
а красной и красноватой
Все рабочие поверхности, соприкасающиеся с кровью, должны
быть перед пуском машины тщательно промыты горячим 5%-ным
содовым раствором и хорошо высушены.
Сепарация крови должна происходить как можно скорее и ни
в коем случае не позднее чем через 2 часа после крововзятия. При
невозможности сепарировать не позднее 2 час. после крововзятия,
кровь необходимо охладить до температуры в пределах 6—10°.
Перед сепарированием остуженной крови ее подогрев недопустим.
Сепаратор может непрерывно работать не больше 4—6 час.,
после чего барабан необходимо прочистить. Для этой цели после
остановки машины снимают барабан и из него выливают сыворотку
до тех пор, пока не пойдут форменные элементы. Затем, отвернув
крепительную гайку, снимают крышку барабана и очищают гря-
зевое пространство от густого скопления форменных элементов и
других отложений. Вновь собранный и насаженный на свое рабочее
место барабан доводят почти до рабочих оборотов, чтобы действием
центробежной силы сбросить в очищенное грязевое пространство с
поверхности тарелок все отложения. После этого грязевое простран-
ство вновь очищают. Во всем остальном к кровяному сепаратору
должны быть соответственно применимы все правила эксплуатации
молочных сепараторов.
ГЛАВА Hl
ЛАТЕКСНЫЙ СЕПАРАТОР
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Концентрирование каучука в млечном соке каучуконосных расте-
ний центрифугированием начали осуществлять с 1923 г. (Утермарк.
Британский патент № 219635 от 28 июля 1923). В концентрирован-
ием латексе содержание каучука может возрастать до 60—75%.
Наряду с растительными латексами получили большое распростра-
нение различные синтетические каучуки — дисперсии синтетических
каучуков в воде, образующиеся в процессе эмульсионной полимери-
зации. Важнейшим сырьем для получения натурального латекса
-служит млечный сок бразильской гевеи, составляющий до 60% миро-
вой добычи растительного каучука.
Латекс бразильской гевеи содержит до центробежной концентра-
ции свыше 30% каучука [14]. Конструкция барабана сепаратора,
применяемого для сепарирования латекса тропических каучуконос-
ных растений, показана в разрезе на фиг. 84. Это барабан-концентра-
тор, отверстия нейтрального слоя в котором расположены тем ближе
к оси вращения, чем меньше концентрация каучука в исходном про-
дукте. Иногда ставится задача концентрации латекса с использова-
нием исходного сырья, весьма бедного каучуком. Так, например,
исходный продукт — технический латекс, получаемый из кок- или
тау-сагызов, содержит до центрифугирования 0,5—2% сухих веществ.
Находящийся в таком незначительном относительном количестве
каучук состоит из высокодисперсных частиц, подверженных интен-
сивному броуновскому движению. Изложенная ниже работа по
приспособлению молочного сепаратора к центрифугированию латекса,
добытого обработкой отечественных каучуконосов, имеет значение
как практический пример технологического расчета жидкостного
сепаратора, предназначенного для жидкостей, расчетные частицы
дисперсной фазы которых находятся в интенсивном броуновском
движении.
В практике центрифугирования жидкостей такие дисперсные
системы встречаются в химической, биологической, пищевой и многих
других отраслях техники. В данном случае приспособлен был к кон-
центрации каучука в латексе отечественных каучуконосов молочный
•сепаратор завода «Смычка».
176
из корня
сосудов не удается.
Исходный латекс
Списочная тракция
Фиг. 84. Разрез барабана
латексного сепаратора.
латекса
приемочной

Кок-сагызы содержат в своем млечном соке каучук, количестве)
которого в корне одного растения весьма невелико.
Выделить млечный сок (латекс) непосредственно
вследствие капиллярных размеров млечных
Извлечение может быть осуще-
ствлено, например, по разработанному
А. М. Игнатьевым способу [25] путем
нарушения млечной системы корня и по-
следущей отмывкой
жидкостью.
В качестве приемочной жидкости ис-
пользуют при этом слабоконцентрирован-
ный (около 1%) водный раствор аммиака
с некоторым количеством защитных кол-
лоидов. Такой состав приемочной жидко-
сти предохраняет латекс от коагуляции.
Извлечь таким путем из изрезанных •
корней удается в производственных усло-
виях относительно небольшую часть (около
7%) общего количества содержащегося в
корне каучука, так как при этом способе
резка корня и обработка измельченных
корней весьма несовершенны.
Концентрации сухих веществ латекса
в приемочной жидкости удается этими
приемами достичь не выше 2%. Приемоч-
ную жидкость с содержанием сухих ве-
ществ латекса 0,5—2% и называют техни-
ческим латексом.
Для транспортирования, хранения и производственного исполь-
зования необходим латекс, сконцентрированный примерно до 50%
содержания сухих веществ, так как уже 60%-ный латекс слишком
неустойчив и легко превращается в необратимый коагулюм.
2. ТЕХНИЧЕСКИЙ ЛАТЕКС КАК РАСЧЕТНАЯ ДИСПЕРСНАЯ СИСТЕМА.
ВАЖНЕЙШИЕ ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ОБЩИЕ СВОЙСТВА
С физико-химической точки зрения технический латекс пред-
ставляет собой многофазную дисперсную систему, но в концентра-
ционном процессе латексного сепаратора достаточно для расчета
принять технический латекс за двухфазную систему серум — каучук
(фиг. 85). Эту систему можно рассматривать, учитывая состав дис-
персионной среды — серума как водную дисперсию каучука.
Каучуковая дисперсная фаза состоит из микроскопических и
ультрамикроскопических частичек разнообразной формы так назы-
ваемых глобул каучука [21] (фиг. 86).
В водной среде гидрофобный каучук образует аггрегативно устой-
чивую систему благодаря стабилизирующей роли гидрофильных
белков и других адсорбирующихся на поверхности глобул каучука
12 Бремер 1484 1 77
составных частей этой многофазной системы и наличию отрицатель-
ного заряда [14, стр. 60].
Самопроизвольная коагуляция латекса возможна в сливочных
каналах латексного сепаратора, в особенности при работе на высоких
Фиг. 85. Микроснимок латекса гевеи.
концентрациях и возможном при
этом нарушении непрерывности
выходящей струи «сливочной»
фракции.
Поэтому необходимо подавать
в сепаратор надежно законсерви-
рованный аммиаком технический
латекс, а при бедности исходного
технического латекса каучуком
(меньше 2%) и необходимости
повторного центрифугирования
достаточно законсервированные
латексные сливки первого про-
пуска, принимая также меры к
тому, чтобы не допустить прерывность потока концентрата.
В результате соприкосновения с медью и ее соединениями латекс
после высушивания может быстро окисляться Поэтому в сепаратот
Лист
корень
Корень
Тау- сагыз
каудекс
Цветонос
Кок-сагыз
Лист
Корень
0 10 70 30 микрон

Фиг. 86. Различные формы глобул каучука.
рах, предназначенных для работы с латексом, нельзя иметь поверху
ности, обтекаемые исходным продуктом и сливочной фракцией,
медными, бронзовыми или латунными 114, стр. 92]. Перед сепара-
цией технический латекс можно подвергать для снижения вязкостй|
подогреву до 50° и выше.
178
Фиг. 87. Расчетный участок
барабана латексного сепа-
ратора.
3. ГЛОБУЛА КАУЧУКА КАК ОБЪЕКТ РАСЧЕТА. СТРОЕНИЕ, ФОРМА,
СТЕПЕНЬ ДИСПЕРСНОСТИ, АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ. ПЛОТНОСТЬ
При концентрации каучука в техническом латексе расчету под-
лежит обособленная глобула, совершающая необходимое для дости-
жения сливочного тока относительное перемещение внутри проте-
кающего расчетный участок межтарелочного пространства серума
(фиг. 87). На этом участке серум имеет уже столь незначительное
содержание каучука, что взаимодействием обособленных глобул
можно пренебречь.
Строение глобул каучука еще не
вполне выяснено. Полагают, что глобула
микроскопических размеров имеет слож-
ную структуру, состоящую по крайней
мере из трех слоев: основного внутреннего
густого жидкого каучукового ядра, заклю-
ченного в твердую пластичную каучуко-
вую оболочку, на поверхности которой
в результате адсорбции присутствующих
в латексе поверхностно активных веществ
образуется -Третий (защитный) слой —
эмульгаторная оболочка (фиг. 88).
Есть все основания считать, что такое
же строение имеют глобулы ультрамикро-
скопических размеров [14, стр. 40]. В ге-
веи глобулы из латекса более молодых
частей растения преимущественно шаро-
образны. Латекс корней и коры содержит
в большинстве грушеобразные по форме глобулы.
В большинстве случаев отклонения от шарообразности настолько
незначительны с точки зрения расчета процесса сепарации, что вполне
допустимо пользоваться радиусом шара, эквивалентного по объему
действительной глобуле.
Значительная часть глобул имеет ультрамикроскопические раз-
меры, а подавляющая часть имеет диаметр меньше 0,5 мк (до 90%).
В латексе кок-сагыза по форме глобула шарообразна, а ее дисперс-
ность выше, чем в латексах основных тропических растений.
Степень дисперсности глобул каучука зарубежных латексов
подробно исследовалась [96], но данные по отечественным каучу-
коносам крайне недостаточны, так как не охватывают микроанализ
частиц, размеры которых находятся у границы разрешающей спо-
собности обычного микроскопа (0,5—0,1 мк и меньше). Приводимые
в некоторых испытаниях [14, стр. 70], [531 данные, дающие предел
для диаметра глобул кок-сагыза 0,5—1,6jwc, просто не учитывают
более мелкие частицы.
Интегральная кривая размерных классов глобул латекса гевеи,
по данным Лукаса [96, стр. 152], применившего в своих иссле-
дованиях ультрафиолетовый микроскоп, при помощи которого он
замерял частицы диаметром до 0,09 мк, представлена на фиг. 89, а.
12* 179
Фиг. 88. Глобулы каучука:
а — сферическая; б — грушеобразная.
числа частии,
а)
б)
Фиг. 89. Интегральные кривые частоты размерных классов глобул каучука:
а — по числу частиц; б — по объему.
180
Интегральная кривая размерных классов глобул латекса гевеи
в процентах от общего количества по объему показана на фиг. 89, б.
По этим данным диаметры глобул каучука латекса гевеи колеблются
в пределах от ультрамикроскопических размеров до 2 мк.
По данным Гаузера [14, стр. 35], максимальный размер частиц,
встречающийся в латексе гевеи, не превышает 3 мк в узкой части
глобулы и 4—5 мк в удлиненной.
В связи с невыясненностью точного строения глобулы оконча-
тельно не решен еще и вопрос об агрегатном состоянии. Считают,
что латекс занимает промежуточное положение между суспензией
и эмульсией.
Однако в связи с высокой дисперсностью глобул для техноло-
гического расчета сепаратора действительное агрегатное состояние
не имеет значения, так как расчетные глобулы каучука можно
принимать за твердые шарики радиуса, дающего эквивалентный
объем.
Плотность глобулы может быть приравнена к плотности кау-
чука. Плотность каучука равна 0,914 г/смл.
4. СЕРУМ. ЕГО ПЛОТНОСТЬ И ВЯЗКОСТЬ
Технический латекс получают в результате разбавления приемоч-
ной жидкостью млечного сока, извлеченного из изрезанных корней
кок-сагыза.
Поэтому серум, составляющий дисперсионную среду в расчетной
двухфазной системе, содержит до 95% воды и его плотность очень
близка к плотности воды. Пикнометрические определения дают в сред-
нем плотность серума, равную 1,020 при 20° С.
Вязкость серума также весьма близка к вязкости воды и по
вискозиметрическим определениям может быть принята равной
(относительная вязкость) z = 1,07.
5. ПРЕДЕЛ СЕПАРАЦИИ
Размер расчетной глобулы каучука не должен быть меньше пре-
дела сепарации, определяемого формулой.
Г пред = °.7
"1
пт 1п —
RT п2
N (а' — а) ю2р ‘
Для данного латексного сепаратора имеем:
от,/ 425-10- и. 13,8
'пред V’1 V (1,02 — 0,914)-7542-7,3
т. е. сепараторный барабан не выделяет глобулы диаметром 0,4 мк
и меньше, если иметь в виду индивидуальное движение частиц.
В общем содержании каучука в техническом латексе значитель-
ная часть падает на частицы размером порядка 0,4 мк и меньше.
181
Даже в латексе гевеи эти размерные классы составляют 90% общего
числа частиц и примерно 10% по объему (см. фиг. 89).
При этом следует учесть, что частицы, меньшие 0,1 мк (т. е. мень-
шие разрешающей способности ультрафиолетового микроскопа),
при подсчете числа глобул не могут быть учтены.
В латексе же, добываемом из кок-сагыза, доля участия в общем
количестве каучка по объему и по числу глобул более высокодисперс-
ных размерных классов гораздо более значительна, чем в латексе
гевеи.
Так как все глобулы меньшего, чем предел сепарации, диаметра
взвешены в условиях центробежного поля, то серум и латексные
сливки содержат их в том же пропорциональном количестве, в ка-
ком они находились в исходном техническом латексе.
Несепарируемость высокодисперсных размерных классов глобул
каучука подтверждают и экспериментальные данные зарубежных
авторов (Лумис и Стемп, Утермарк, Весткот) [14, стр. 79], а также
работы на опытной установке каучукопромхоза, проведенные в связи
с испытаниями латексного сепаратора в 1938 г.
Гаузер, например, указывает [14, стр. 79]:
«Как показали более подробные исследования, состав латекса
при центрифугировании изменяется, а именно концентрированная
часть содержит большие и среднего размера частицы первоначаль-
ной дисперсии, все же более мелкие частицы остаются главным
образом в «снятом соке». Догадкин [21, стр. 68], приводя состав ла-
тексных сливок по данным фирмы Лаваль («джатекса») и состав сня-
того латекса, отмечает: «Однако при всех благоприятных условиях
полного отделения частиц каучука из серума осуществить не удается.
В серуме (снятом латексе) всегда остается некоторое количество гло-
бул, обладающих наименьшим размером».
6. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЛАТЕКСНОГО СЕПАРАТОРА.
ОПТИМАЛЬНЫЙ РАБОЧИЙ РЕЖИМ
Разделяемость технического латекса при предельной остроте
сепарации равна при комнатной температуре (15°):
т = 2(1’ц2 ~ °’914) 0,22-10~8 сек. = 0,0785-10“8 сек.
9 т] 9-0,012
При подогреве технического латекса до 30°:
т3о» = 0,095-10-8 сек.
Для молочного сепаратора марки ОСГА завода «Смычка», при-
способленного для сепарирования латекса, расчет дает следующие
производительности (см. табл. 21).
Следовательно, для получения предельно острой сепарации на
переконструированном для латекса молочном сепараторе ОСГА
производительностью 600 л/час необходимо снизить производитель-
ность в 20 раз. Осуществить эту производительность при испытании Г
указанного сепаратора практически оказалось невозможно, так
182
Таблица 21
Технические и расчетные данные латексного сепаратора
Разделяемость
для = 0,4
в сек.
0,0785-10—8
0,095-10—8
диаметр
тарелки
в м и
38 146 60 51
38 146 60 51
Данные по барабану
Переполне-
ние
7200 6,95 1,27 130
7200 6,95 1,27 130
Разделяющий
фактор
Р
1,38
1,38
35 30
35 40
Примечание. Технологический к. и д. принят равным 3 = 0,6.
как при этом нарушалась непрерывность потока латексных сливок
через каналы, рассчитанные по своим габаритам на молочные сливки.
Экспериментально было установлено, что наименьшее количество
латекса, текущего еще непрерывной струей и не вызывающего внутри
данного барабана пастообразования и коагуляции, составляет 5 л/час.
Чтобы изготовить сепаратор, позволяющий выводить из барабана
латексные сливки в более незначительных количествах, необходимы
были такие конструктивные переделки, которые потребовали бы
много новых деталей, что в данном случае нецелесообразно.
В результате проведенных экспериментальных работ составлены
четыре эксплуатационных графика.
Из графика фиг. 90, а видно, что при 2 %-ном исходном техниче-
ском латексе для получения 50% концентрата в количестве 5 л/час
необходима производительность сепаратора около 150 л/час.
Из графика фиг. 90,6 видно, что для получения 50% латекса
в количестве 5 л/час на каждые 100 л/час требуется исходный техни-
ческий латекс с содержанием каучука около 3%.
Следовательно, при производительности 30 л/час необходимо
содержание каучука в исходном техническом латексе около 9%.
В результате проведенных в каучукопромхозе опытов с латекс-
ным сепаратором был установлен оптимальный рабочий режим,
представленный графиками фиг. 90, виг.
Из этих графиков видно, что в данном случае оказался необхо-
дим двукратный пропуск, так как добываемый из кок-сагыза техни-
ческий латекс имел очень незначительную концентрацию каучука
(0,5—1%), а вследствие высокой дисперсности глобул латекса кок-
сагыза процент остающегося в серуме каучука относительно очень
высок, особенно при втором пропуске.
Второй серум необходимо повторно сепарировать, смешивая его
с техническим латексом или первыми сливками. Чтобы сделать
Двукратный пропуск на этом сепараторе излишним, необходимо
183
довести содержание каучука в техническом латексе до 2% и выше.
Одновременно чрезвычайно важно исследовать возможность полу-
чения исходного продукта с содержанием каучука сниженной дисперс-
ности [14, стр. 35].
/? л/час q л/час
П=Ш1 ч K-f 2-й пропуск
L=50 л/час (производи- тельность сепаратора)
f=0,5% (% каучука . Во Втором серуме)/

О 0,5 1 1,5 2 F о 5 10 15 20 F
каучука б техническом латексе % каучука 6 пелВыл слибках
в) г)
Фиг. 90. Графики расчета по латексному сепаратору:
а — расчет производительности; б — расчет выхода 50°/о-ных сливок; в — расчет первого пропуска^
г — расчет второго пропуска.
При вторичном пропуске процент содержания каучука в серуме
оказывался всегда выше, чем в серуме, полученном от сепарации тех-
нического латекса, несмотря на работу со сниженной часовой произ-1
водительностью (фиг. 90, в и г).
Это следует объяснить влиянием вязкости среды, которую в по-
вторной сепарации уже нельзя считать в расчетном участке межтаре-1
лочного пространства практически лишенной взвешенных частиИ!
184
так как рабочий режим по только что указанным причинам не был
рассчитан на предельно острую сепарацию, а исходный латекс
(сливки первой сепарации) имел содержание каучука до 15%.
Относительная вязкость нормального консервированного аммиа-
ком латекса с 15%-ной концентрацией равна [14, стр. 49| г =2, причем
при этой концентрации уже нельзя пренебрегать, в особенности при
низких температурах, влиянием факторов структурной вязкости.
7. КОНСТРУКТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ
ДЛЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ СЕПАРАТОРА К КОНЦЕНТРАЦИИ КАУЧУКА
В ЛАТЕКСЕ
Обычный молочный сепаратор проектируют, как и всякий кон-
центратор, так, чтобы при питании его гомогенной жидкостью,
например водой, при рабочих оборотах и при номинальной часовой
производительности вся вода не успевала протекать через каналы
более тяжелой фракции и некоторая часть (перелив) выбрасывалась
через отверстия выхода легкой фракции.
Только в этом случае можно создать условия для вывода из сепа-
раторного барабана не только более тяжелой, но и более легкой
фракции и регулировать в некоторых ограниченных пределах объем-
ные отношения фракций теми или иными регулировочными устрой-
ствами, всегда предусматриваемыми в машине.
При приспособлении молочного сепаратора, имеющего рабочее
объемное соотношение выходящих фракций порядка 1 : 7, к кон-
центрации каучука в техническом латексе, содержащем относительно
весьма мало каучука и притом в виде высокодисперсных частиц,
необходимо часовую производительность значительно снижать, в дан-
ном случае в 20 раз, как это показано выше расчетом. Такое сни-
жение количества подаваемой жидкости приводит к тому, что сепа-
раторный барабан совершенно не выбрасывает более легкую фракцию.
Выход более легкой фракции может быть вызван после того, как
исчерпаны возможности регулировочного устройства следующими
мероприятиями: 1) приближение отверстий сброса тяжелой фракции
(обрата) в открытом сепараторе к оси вращения; 2) укорочением
ребер в верхней части разделительной тарелки; 3) снижением числа
оборотов, если технологический расчет производительности и остроты
сепарации это допускает.
В данном случае в молочном сепараторе ОСГА завода «Смычка»
оказалось необходимым укоротить ребра разделительной тарелки
до 1/3, сняв верхнюю часть (фиг. 91). и наплавить олово в местах
сброса обрата с целью приближения этих мест к оси вращения.
Отверстия нейтрального слоя в тарелках необходимо было иметь
расположенными от оси вращения на расстоянии
-t- З2
-j-—=S:3,4 см,
20
где <р — объемное отношение легкой фракции к тяжелой.
185
Фиг. 91 Барабан, приспособленный для сепарирования
латекса:
а - разделительная тарелка; б - крышка; в — поплавковая камера.
186
Приготовить тарелки, отвечающие этому требованию, при про-
ведении экспериментальной работы в каучукопромхозе не удалось.
В результате пришлось считаться с пониженным к. п. д. технологи-
ческого процесса, что практически свелось к понижению часовой
производительности. При работе на пониженной производительности
достигается необходимая острота сепарации.
Все медные, бронзовые и латунные детали в местах обтекания
латексом были тщательно вылужены или заменены деталями из
Фиг. 92. Установка для испытания опытного латексного
сепаратора.
нержавеющей стали. Поплавковая камера была снабжена регули-
ровочным устройством для установки во время рабочего хода машины
той оптимальной часовой производительности, при которой дости-
гается необходимая острота сепарации (фиг. 91, в).
Каналы внутри барабана латексной фракции (латексные сливки)
должны быть приспособлены для работы на густых сливках. Также
и отводные коммуникации должны предусматривать проток густой
фракции без пастообразования и коагуляции. Все эти конструктив-
ные изменения не представляет труда осуществить при проектиро-
вании вновь машины специально для данного технологического
процесса.
Однако эти конструктивные приспособления не могут привести
к повышению остроты сепарации. Их значение сводится к добыче
латексных сливок необходимой концентрации в первый же пропуск,
к устранению пастообразования и коагуляции и максимально воз-
можному повышению часовой производительности.
С целью изучения практической возможности получения латекса
надлежащей концентрации из млечного сока отечественных каучуко-
187
носов латексные сепараторы были подвергнуты испытаниям в полу-
производственных условиях [53, стр. 133]. Внешний вид экспери-
ментальной полупроизводственной установки показан на фиг. 92.
Исходный продукт перед пуском в сепаратор очищали на тихоходной,
центрифуге (фиг. 92 слева.) Справа виден латексный концентрат,
полученный при испытании ручного латексного сепаратора. При
двойном пропуске необходимая концентрация латекса достигалась
и при весьма бедном каучуком исходном сырье.
ГЛАВА IV
НЕФТЯНОЙ СЕПАРАТОР
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Рассмотренные примеры приспособления жидкостного сепаратора,
сконструированного для одной жидкости к разделению на фракции
другой жидкости показывают, что такое приспособление может
быть экономически весьма целесообразным, в особенности в том
случае, если потребность в новых машинах невелика, а конструктив-
ные переделки относительно несложны.
В этом случае может себя оправдать и меньшая производитель-
ность приспособленной конструкции в сравнении со вновь запроек-
тированной.
Но такое приспособление весьма практично проводить на основе
только что изложенной методики расчетов, которая позволяет:
а) выяснить принципиальную возможность задуманного нового тех-
нологического процесса определением предела сепарации; б) рассчи-
тать ту часовую производительность, которую следует достичь
от машины при данной степени разделения; в) оценить выгодность
тех или иных мероприятий, связанных с повышением разделяемости
исходного продукта его подготовкой к сепарированию.
Все эти расчеты в этом случае столь же важны, как и при проек-
тировании новых машин. Это соображение относится прежде всего
к сепараторам-концентраторам.
Кларификатерные барабаны более универсальны и весьма часто
не требуют никаких конструктивных переделок при работе с самыми
разнообразными жидкостями.
Технологический расчет в этом случае особенно практически
необходим, так как часовую производительность кларификатора
очень часто указывают для какой-либо случайной и иногда даже
условной жидкости. Особенно наглядным примером может служить
в данном случае нефтяной сепаратор, предназначенный к очистке
всевозможных жидких нефтепродуктов.
Нефтяной сепаратор применяют главным образом для очистки
от воды и механических примесей смазочных и изоляционных масел
и жидкого топлива
Внешний вид нефтяного сепаратора показан на фиг. 93. Жидкий
нефтепродукт поступает в сепаратор обычно подогретым. При кла-
189
рификатсрной сборке сепараторного барабана вода и все другие
механические примеси накапливаются в грязевом пространстве бара-
бана, а очищенный нефтепродукт быстровращающийся барабан
(около 10 000 сб/мин) выбрасывает в неподвижные приемники.
При пурификаторной сборке, применяемой при повышенном
содержании воды в исходном продукте (свыше 0,3%), барабан выбра-
Фиг. 93 Внешний вид нефтяного сепаратора
новейшей конструкции.
сывает непрерывно и воду
(см. фиг. 6).
Включение нефтяного
сепаратора тарельчатого
или какого-либо другого
типа в циркуляционную
систему смазки машины
или агрегата на весь пе-
риод эксплуатации счи-
тают в настоящее время
совершенно обязательным
во многих видах энергети-
ческого и технологиче-
ского оборудования.
Обязательным признает
современная техника и
центробежную очистку на
сепараторах дизельного
топлива перед его сжига-
нием в двигателе, в осо-
бенности в крупных судо-
вых энергетических уста-'
новках.
В зависимости от своего
назначения нефтяной сепа-1
ратор комплектуют в пе-1
редвижные или стационар-
ные установки вместе с
различными специальными устройствами и приспособлениями или же'
изготовляют как неотъемлемую часть машины или установки.]
В этом последнем случае станину сепаратора иногда даже отливают
вместе со станиной самой машины как одно гелэе.
В некоторых случаях само сепарирующее устройство разрабаты-1
вают и изготовляют как узел основного механизма. Так сконструи-
рованы, например, реактивные центрифуги автотракторных двига-
телей, описанные во вводной части (см. фиг. 26). Однако во всех
этих случаях за весьма редкими исключениями, вроде упомянутых
реактивных центрифуг автомобильных и тракторных двигателей,
конструкция самого сепараторного барабана, приспособленного к
кларификаторным и пурификаторным сборкам, остается неизменной?1
Передвижные сепараторные установки, предназначенные для
очистки изоляционных масел электростанций и трансформаторных]
подстанций, показаны на фиг. 94 и 95. Для особо тщательного обез-
190
воживания этих масел, необходимого для полного восстановления
их диэлектрических свойств, установку снабжают вакуумным устрой-
ством, а сам сепаратор изготовляют газонепроницаемым, так как
процесс сепарирования проводят в данном случае под высоким
вакуумом (до 90%) с тем, чтобы из подогретого в имеющемся электро-
нагревателе до 70" изоляционного масла испарилась вся влага.
Также газонепроницаемым и взры-
вобезопасным изготовляют и бензино-
вый сепаратор, применяемый в прачеч-
ных для выделения из отработавшего
бензина всей смытой с одежды грязи,
так как эти прачечные рентабельны
только вследствие повторного исполь-
зования бензина.
Фиг. 95. Передвижная сепара-
торная установка для очистки
трансформаторных масел
Фиг. 94. Передвижная сепараторная уста-
новка для изоляционных масел.
Схема установки бензинового сепаратора прачечных дана на
фиг. 96. Поступаемый из стиральной машины отработавший загряз-
ненный бензин насос нагнетает в сепаратор. Очищенный бензин само-
теком возвращается в стиральную машину для повторного исполь-
зования.
Для включения нефтяного сепаратора в смазочную систему ди-
зельной установки или паровой турбины обычно никаких приспо-
соблений не нужно, не считая насоса и маслоохладителя. Сепаратор
просто присоединяют трубопроводом к картеру двигателя или к масля-
ному резервуару паровой турбины. Отработавшее масло в сепаратор
подает насос, а очищенное масло поступает обратно через масло-
охладитель. Пример приключения сепаратора к смазочной системе
дизеля показан схематически на фиг. 97, а. Сепаратор резко сни-
жает расход смазочного масла дизельной установки, улучшая усло-
191
вия эксплуатации. Практически расход масла сводится к ежеднев-
ному пополнению относительно весьма небольшого количества.
Например, дизельный двигатель теплохода мощностью в 1200 э. л. с.
требует добавки за 24 часа всего лишь нескольких десятков килограмм.
Сепаратор, очищающий смазочное масло, может быть использо-
ван и для очистки топлива. Для этой цели в схеме трубопроводов
сепаратора, обслуживающего смазочную систему дизеля, преду-
сматривают ответвление к резервуару с запасом топлива. Во время
остановки двигателя сепаратор очень просто переключить на очистку,
например, суточного запаса мазута.
Смазочное масло паровой турбины очищают сепаратором непре-
рывно. Это имеет и в данном случае для эксплуатации энергетиче-
Фиг. 96. Схема установки бензинового сепаратора
для прачечных.
ской установки исключительно большое практическое значение.
К сепаратору подводят специальный трубопровод, по которому очи-
щенное масло поступает в подходящем месте обратно в смазочную
систему паровой турбины (фиг. 97, б). При такой непрерывной
очистке масла сепаратор может по своей производительности и не
равняться пропускной способности смазочной системы паровой тур-
бины.
Океанские теплоходы расходуют дизельное топливо, пропущен-
ное перед его сжиганием через сепаратор, специально приспособлен-
ный к успешной работе и при сильной морской качке (см фиг. 28).
Эффективно работают сепараторы и по очистке всех видов авиа-
ционных масел и жидкого авиационного топлива.
В отличие от некоторых других кларификаторов, например моло-
коочистителей, нефтяные сепараторы не исключают целесообразности
применения фильтров, так как после центробежной очистки нефте-
продукты полезно пропускать через фильтр для очистки их от более
легких по удельному весу загрязнителей. Но засорение фильтра
в данном случае настолько ничтожно, что его эксплуатация крайне
облегчается и смену фильтрующего элемента можно производить
через весьма длительный срок работы. Перед сепарированием нефте-
продукты рекомендуется отстаивать и процеживать.
192
Фиг. 97. Схемы включения сепаратора в систему
циркуляционной смазки:
а — дизеля; б — паровой турбины.
Повсеместное распространение нефтяных сепараторов во всех
отраслях промышленности, в которых жидкие нефтепродукты расхо-
дуют в заметных количествах, свидетельствует об исключительной
экономичности процесса сепарации.
Но в сельском хозяйстве, весьма крупном потребителе нефтепро-
дуктов, очистка сепараторами смазочного масла и топлива до сих
пор еще почти нигде не приме-
нена. В связи с этим было про-
ведено исследование вопроса
возможности широкого внедре-
ния нефтяных сепараторов в
МТС и совхозы прежде всего
для очистки дизельного топлива
и регенерации отработавших
смазочных масел.
В результате этого исследо-
вания была установлена воз-
можность целесообразно ис-
пользовать для очистки нефте-
продуктов в МТС и в совхозах
не только специальные нефтя-
ные сепараторы, но и приспо-
собленные для данной
цели еще мало изношен-
ные, но уже негодные
для экономичного ис-
пользования по своему
прямому назначению
молочные сепараторы.
Выше было указано, что
даже незначительное
ухудшение обезжирива-
ния делает молочный
сепаратор убыточным в
эксплуатации. Из сотен
тысяч работающих в
сельском хозяйстве мо-
лочных сепараторов мо-
гут быть выбракованы
позволит удовлетворить
МТС и совхозов, которые не пожелают сразу приобретать более
Дорогой по стоимости специально нефтяной сепаратор.
Выбракованный молочный сепаратор можно приспособить к обра-
ботке жидких нефтепродуктов путем несложных переделок в мастер-
ских МТС и совхозов. Учитывая разбросанность производственных
мест в сельском хозяйстве и весьма значительный автотракторный
и машинный парк, представляет интерес также и массовый выпуск
Дешевой и простой по конструкции нефтяной машины теми нашими
машиностроительными заводами, которые заняты производством
13 Бремер 1484 193
машины в таком количестве, которое
потребность в значительной части тех
молочных сепараторов. Поэтому результаты настоящего исследо-
вания полезны и для проектирования специально нефтяного сепа-
ратора на базе изготовляемого в массовых количествах молочного
сепаратора. Такой сепаратор небольшой производительности мог бы
быть широко использован не только в сельскохозяйственном произ-
водстве, но и на машиностроительных заводах и других предприя-
тиях, потребляющих минеральные масла относительно в небольших
количествах.
Регенерация отработавших масел в простом открытом сепараторе
невозможна, так как для отгона конденсатов топлива и очистки
масла от смолистых примесей необходимы дополнительные устройства
(выпарные, отбелка землями и т. п.), усложняющие и значительно
удорожающие установку.
Однако при помощи сепарации можно удлинить срок службы
смазочных масел прежде всего дизельных и газогенераторных уста-
новок. Кроме того, нефтяной сепаратор необходимо применять
во всех тех случаях, когда имеют в виду отработавшие масла исполь-
зовать в качестве моторного топлива.
В условиях сельского хозяйства сбор, транспортировка и реге-
нерация отработавших масел не всегда осуществимы, а между тем
значительное содержание в них конденсатов горючего, которое в мас-
лах, используемых в карбюраторных двигателях, доходит до 30%,
повышает их ценность как моторного топлива.
Ниже приведены результаты испытания экспериментального
нефтяного сепаратора, проведенного лабораторией двигателей вну-
треннего сгорания МВТУ имени Баумана. Испытания были выпол-
нены при помощи двигателя «Возрождение», для которого применя-
лись в качестве топлива отработавшие смазочные масла тракторных
карбюраторных двигателей, очищенные сепаратором. По данным
этих испытаний применение экспериментального сепаратора для
очистки отработавших масел с целью их использования в качестве
моторного топлива оказалось весьма эффективным.
Производительность экспериментального сепаратора по дизель-
ному топливу была примерно равна производительности 300-литро-<
вого молочного сепаратора, тарелки которого были вставлены’
в барабан 600-литрового молочного сепаратора при приспособлении
его к работе по очистке жидких нефтепродуктов. Эта производитель-
ность — 300 л!час — вполне соответствует требованиям МТС и сов-
хозов. Все это подтверждает, что МТС и совхозы могут снабжать себя
сепараторами для очистки жидких нефтепродуктов, не только при-
обретая специальные нефтяные сепараторы, но и приспосабливая
выбракованные молочные сепараторы путем их несложной переделки.
2. ЖИДКИЕ НЕФТЕПРОДУКТЫ КАК РАСЧЕТНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.
ИХ РАЗДЕЛЯЕМОСТЬ
Жидкие нефтепродукты всегда содержат некоторое количество
механических примесей, в том числе воды. Если даже с промыслов
или нефтеперегонных заводов они выходят чистыми, то загрязнение
во время транспорта, перекачки и хранения неизбежно.
194
На морских судах морская вода нередко просачивается в нефте-
хранилище, так как последние расположены у стенок судового
корпуса. Кроме того, морская вода частично попадает в нефтепро-
дукты при накачивании воды в качестве балласта в опорожненные
нефтебаки. При хранении нефтепродуктов в резервуарах в них
через вентиляционные отверстия и другими путями попадают
дождевая вода, пыль и песок из воздуха, а также окалина с метал-
лических стенок резервуара, подверженных неизбежной коррозии.
Теми же механическими примесями загрязняются нефтепродукты
при транспортировке и перекачивании из одной емкости в другую.
Весьма быстро оказываются загрязненными после начала работы
двигателя или машины смазочные масла.
В условиях сельского хозяйства загрязнение жидких нефте-
продуктов до их использования имеет особенно большое значение.
Современная техника эксплуатации механизмов предъявляет весьма
жесткие требования к чистоте жидкого топлива и смазочных масел.
Присутствие механических примесей, в том числе воды, считают
недопустимым [19]. Только для мазута, используемого в относи-
тельно тихоходных двигателях, допускают содержание воды не
более 0,3%, а твердых механических примесей не более 0,1%, в
том числе несгораемых 0,01%.
При этом к степени дисперсности имеющихся даже в самом незна-
чительном количестве механических примесей предъявляют требо-
вания, обусловленные зазорами в прецизионных деталях топливной
аппаратуры дизелей. Эти зазоры равны 1,5—2,5 мк и работа топлив-
ных насосов и форсунок может протекать нормально только в том
случае, если имеющиеся механические примеси по своим размерам
меньше этих величин [48, стр. 137].
Содержание воды в свежих смазочных маслах недопустимо и
только в редких случаях считают приемлемым содержание воды не
выше 0,1%. Механических примесей неорганического происхожде-
ния (песок, пыль, ил и др.) тоже не должно быть [6, стр.523].
С загрязнителями соответствующей степени дисперсности жидкие
нефтепродукты образуют суспензии и эмульсии.
В соответствии с техническими нормами на нефтепродукты необ-
ходимо определить разделяемость дисперсной системы: жидкий нефте-
продукт — загрязнители, чтобы рассчитать нефтяной сепаратор на
эту разделяемость для необходимой очистки продукта.
Состав загрязнителей и степень их дисперсности весьма раз-
личны.
В расчет необходимо принимать те загрязнители, которые по своей
плотности наиболее близки к плотности самого продукта и степень
дисперсности которых наиболее высока.
Во всяком случае опыт эксплуатации нефтяных сепараторов пока-
зывает, что за редкими исключениями воду нельзя считать расчетным
загрязнителем очищаемых жидких топлив, смазочных и изоляцион-
ных масел, так как до определенной ничтожной доли процента содер-
жания влаги вода выделяется быстрее, чем некоторые лиофильные
механические примеси.
13* 195
Опубликованных исследований о нефтепродуктах и их загрязни-
телях как объектах технологического расчета нефтяных сепарато-
ров еще нет.
Отсутствие сведений, необходимых для непосредственного под-
счета разделяемости различных нефтепродуктов, и затруднения с пря-
Таблица 22
Разделяемости нефтепродуктов
(данные 1948 г.)
Нефтепродукт Разделяющий фактор I/се к Разделяемость в сек. (расчетная)
Жидкое то- пливо Смазоч- ные масла паровых тур- бин дизелей Изоляцион- ные масла 2,5.108— 0,5-108 4-108— 0,6-108 5-108— 0,7-108 2-108- 0.7-108 0,4— 2,00-10 8 0,25— 1,80 10—8 0,20— 1,50-10~8 0.50— 1,50-Ю-8
мыми определениями плотности
и дисперсности расчетного за-
грязнителя заставляют подсчет
разделяемости производить
косвенным путем. Так, напри-
мер, приближенный расчет раз-
деляемости по техническим ха-
рактеристикам нефтяных сепа-
раторов известной фирмы сепа-
раторостроения «Вестфалия»
(Оельде, Вестфалия, ФРГ) дает
следующие результаты, све-
денные в табл. 22.
Чаще всего перед сепариро-
ванием жидкие нефтепродукты
подогревают смазочные масла
до 70° и даже выше, а мазут —
до 40°. В зависимости от тем-
пературы вязкость нефтепродуктов изменяется весьма значительно.
В табл. 23 приведены примерные данные по вязкости некоторых
нефтепродуктов при разных температурах.
1 Разделяемость нефтепродукта, а следовательно, и производи-
тельность нефтяного сепаратора по данному продукту обратно про-
порциональна абсолютной вязкости, что прямо следует из формул:
т = V г2’ 1 = 0,4₽т2Урагчи2 л1час-
Динамическая вязкость нефтепродуктов в г/см-сек
Таблица 23
Нефтепродукты Темпе- ратура ВУ (по Энглеру) Вязкость г/см-сек. Нефтепродукты Темпе- ратура в °C ВУ (по Энглеру) Вязкость г/см -сек
Топливо: дизельное 20 30 2.7 2,5 0,15 0,14 См а зоч- н ы е масла: турбинное 20 25 1,65
мазут 50 20 2 42 0,09 2,79 50 70 4 2,5 0,25 0,14
50 6 0,39 дизельное 20 65 4.3
Изоляци- онные ма- сла: тран- сформатор- 75 20 2,5 5 0,14 0,31 автотракторное смазочное 30 50 100 20 50 32 10 1.9 70 11 2,13 0,66 0,09 4,71 0,74
ное 50 1.8 0,09 масло 100 1,8 0.09
196
В результате пропускная способность нефтяных сепараторов
изменяется в очень широких пределах в зависимости от вида нефте-
продукта и той температуры, при которой его подвергают сепари-
рованию.
Это и объясняет значительные отклонения предельных значений
разделяющих факторов, подсчитанных по техническим данным по
серии нефтяных сепараторов фирмы «Вестфалия» (ФРГ).
Эта фирма характеризует каждую свою марку нефтяного сепа-
ратора условной часовой производительностью. По каждому виду
нефтепродукта производительность указывается в виде доли от этой
номинальной часовой производительности.
Так, например, фирма указывает, что независимо от размера
нефтяного сепаратора производительность по разным продуктам
в зависимости от степени подогрева будет следующая:
1. Жидкое топливо для дизелей от 0,35 до 1,5 номинальной.
2. Смазочное масло дизелей от 0,2 до 1 номинальной.
3. Смазочное масло паровых турбин от 0,25 до 1,25 номинальной.
4. Изоляционные масла от 0,5 до 1 номинальной.
5 Обезвоживание масел с содержанием воды от 8 до 10%—1,5
номинальной.
6. Топленое масло (коровье) 0,15 номинальной.
Отечественные заводы указывают для нефтяных сепараторов
иногда часовую производительность при максимально допустимой
вязкости, т. е. минимальную пропускную способность машины,
что, конечно, не дает представления о действительной пропускной
способности нефтяного сепаратора по разным видам продукта и при
различной степени подогрева [1].
Для установления этой пропускной способности необходимо под-
считать разделяемость. Если это оказывается затруднительным,
то приходится опытным путем на готовой машине устанавливать,
до какого предела можно в данных условиях увеличивать питайие,
не ухудшая очистки. Найденный таким путем предел и будет опти-
мальной часовой производительностью нефтяного сепаратора по
данному виду продукта и при установленной температуре сепари-
рования.
Пропускная способность питательной коммуникации и насос, по-
дающий продукт, должны быть отрегулированы на эту оптимальную
производительность.
3. ИСПЫТАНИЕ НЕФТЯНОГО СЕПАРАТОРА НС-1
Нефтяной сепаратор НС-1 (новая марка НСМ) имеет согласно
заводскому паспорту пропускную способность не менее 100 л!час
для масел вязкостью ВУ50—10° (при температуре 50°). Температура
сепарирования не. менее 35° (фиг. 98).
Расчет разделяющего фактора и соответствующей разделяемости
дан в табл. 24. В этой же таблице даны для сравнения расчетный
данные для сепараторов аналогичной конструкции, изготовляемые
заводом на большую производительность.
197
На данном сепараторе была установлена опытным путем та ма-
ксимальная производительность, которая еще дает удовлетворитель-
ную очистку от механических примесей отработавшего масла кар-
бюраторных двигателей. Содержание конденсатов горючих в отра-
ботавших маслах карбюраторных тракторов доходит, как и в данном
случае, до 25—30%.
Фиг. 98. Нефтяной сепаратор НС-1:
а — общий вид: / — сборник масла; 2 — сепара-
торный барабан; 3—насосы; 4 — фрикцион;
5 — фильтр; б — разрез сепараторного барабана:
/ — корпус; 2 — нижняя конусная тарелка;
3 — фиксатор; 4 — гайка; 5 — верхняя точеная
тарелка (кларификаторная); 6 — малая гайка;
7 — горловина (кларификаторная); 8 — тарелкодер-
жатель; 9 — разделительная тарелка (пурифика*
торная); 10— крышка; // — средние тарелки.
Анализ пробы отработавшего масла, взятой до сепарирования,
дал результаты, представленные в графе «проба № 1» табл. 25.
Наибольшая производительность при температуре 85°, дававшая
еще удовлетворительную очистку от механических примесей, была
опытным путем определена в 60 л!час. Результаты анализа отработав-
шего масла, пропущенного через сепаратор НС-1 при производитель-
ности 60 л/час и температуре 85°, даны в графе «проба № 2» табл. 25.
198
Таблица 24
Технические расчетные ланные нефтяных сепараторов
п Э о го С U го о Часовая производитель- ность в л{час Барабан Число оборотов в минуту Расчетный объем в см’ Разделяющий фактор сепаратора Разделяемость смеси в сек.
диаметр тарелки в см высота в с и число тарелок 11 се к об/мин расчетная 1 т_ ф действи- тельная 1 т_
макси- мальный мини- мальный
НС-1 100 9,5 4,5 3 40 8400 240,5 2,68-108 67,8-108 0,374-10-8 0,534-10-8
НСМ-2 500 17,0 6.5 6,36 40 7125 1472 2,36-108 59,5-108 0,424-10-8 0,606-10-8
НСМ-3 1500 23,4 10,0 8,1 56 4520 3740 1,13-108 28,6-108 0.885-10-8 1,260-10 -8
НСМ-4 3000 28.6 10,3 11,0 80 4520 7010 1,44-108 36,3-108 0,695-10-8 0,990-10-8
п = 0 рнк ,7. е ч н и е. Тс олог ическ ни к. п. д. прння т условно равным
Таблица 25
Результаты анализов отработавших смазочных масел, очищенных
на нефтяном сепараторе НС-1'
Название анализа Проба № 1 до сепариро- вания Проба № 2 после сепари- рования
Влажность 20° Удельный вес Температура вспышки в °C Температура воспламенения в °C . . . Вязкость ВУ: при 50° при 100° . Зольность в % /-С Механические примеси в % i 0,9054 103 117 3,05 1,54 - 0,233 0,076 Следы 0,9042 104 113 2,96 1,34 0,218 0.010
В соответствии с этими данными разделяющий фактор сепаратора
НС-1 по отработавшему маслу равен:
Ф = 40-^-84002= 113-108 об/мин.
Расчетная разделяемость:
0,224-10-8 сек.
Приняв технологический к. и. д. ₽ = 0,7, получим действитель-
ную разделяемость:
Та
действ
^ = 0,32- 10~8 сек.
pip
199
Проведенные опыты показали, что при помощи простейших
вакуумных и распылительных устройств удалить из отработавшего
масла карбюраторных тракторов конденсаты горючего нельзя.
4. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ВЫБРАКОВАННЫХ МОЛОЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ
К ОЧИСТКЕ ЖИДКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
В колхозах и совхозах находятся в эксплуатации сотни тысяч
молочных сепараторов. Как выше указано, при некотором ухудше-
нии степени обезжиривания необходимо молочные сепараторы свое-
временно выбраковывать, так как их дальнейшая эксплуатация ста-
новится убыточной (см. стр. 44).
Приспособление этих относительно мало изношенных машин
к очистке нефтепродуктов может быть осуществлено путем смены
некоторых деталей. Необходимые сменные детали целесообразнее
всего заказать на том заводе, который изготовляет переделываемый
молочный сепаратор, но эти же сменные детали могут быть изго-
товлены и мастерскими МТС или совхоза.
Переделанный из молочного нефтяной сепаратор может быть
приспособлен к кларификаторной сборке барабана, применяемой для
очистки нефтепродуктов, содержащих воды менее 0,3%, и для пури-
фикации, т. е. для непрерывного отвода воды в случае, если в исход-
ном продукте ее больше 0,3% (до 10%).
Наиболее пригоден для приспособления к очистке нефтепродук-
тов молочный сепаратор производительностью 600 л!час марки
«Урал-6» и сепараторы соответствующей производительности Плав-
ского завода «Смычка». Эти конструкции сепараторов имеют упругую
горловую опору, состоящую из шести цилиндрических пружин.
Такая составная упругая горловая опора более надежна при работе
на нефтепродуктах, чем цельная пружина, применяемая в некоторых
молочных сепараторах других марок.
В условиях МТС и совхозов целесообразнее иметь привод комби-
нированный: индивидуальный электродвигатель мощностью около
0,2 кет и резервная рукоятка для работы в случае необходимости
вручную. Переделанный сепараторный барабан представлен на фиг.99
слева, а справа —тот сливкоотделительный барабан, который был
переделан путем вставки сменных деталей взамен удаленных. Устрой-
ство барабана, приспособленного к очистке жидких нефтепродуктов,
аналогично конструкции молокоочистителя (см. фиг. 75, б), так как
оба эти барабана работают как кларификаторы. Исходный продукт
направляют после его поступления в барабан сразу к периферии
и здесь происходит его предварительная очистка с отложением загряз-
нителей, включая воду, во вместительном грязевом пространстве.
Предварительно очищенный продукт поступает в межтарелочные
пространства пакета тарелок и разделяется здесь на тонкие слои,
что способствует выделению наиболее мелких трудно сепарирующихся
частиц. Эти мельчайшие загрязнители откладываются на нижней
поверхности каждой тарелки и частично скользят к периферии
200
в грязевое пространство, а частично залипают на тарелках, и их
можно обнаружить после окончания работы при разборке машины.
Если процентное содержание воды значительно, то работают с пу-
рификаторной сборкой барабана. Для этого вместо верхней массив-
ной тарелки вставляют обычную разделительную тарелку сливко-
отделительного молочного сепаратора, причем если средние тарелки
Фиг. 99. Разрез барабана молочного сепаратора, переделанного в нефтяной:
а — нефтяной кларификатор: 1 — крышка барабана; 2 — верхняя (кларификаторная) тарелка;
2а — разделительная тарелка; 3 — пакет промежуточных тарелок; 4 — тарелкодержатель; 5 — осно-
вание барабана; б — барабан до переделки (сливкоотделитель).
вставлены от 300-литрового молочного сепаратора, то разделитель-
ная тарелка должна быть взята от 600-литрового. Увеличение диа-
метра дает возможность работать с гидравлическим затвором (см.
фиг. б и 8). Производительность при этом в сравнении с кларифика-
торной сборкой уменьшается в 2—3 раза, но вода выводится на рабо-
чем ходу машины, и длительность непрерывной работы увеличивается
еще и тем, что вместе с водой выбрасывается и часть загрязнителей.
Переделки деталей сепараторного барабана
Средние тарелки. Все тарелки сливкоотделительного барабана
с максимальным диаметром около 145 мм удаляют и заменяют их
тарелками от 300-литрового сепаратора диаметром примерно 130 мм.
Для увеличения рабочего пути очищаемых нефтепродуктов от-
верстия передвигают ближе к оси вращения. Если этого не сделать,
то производительность при хорошей очистке будет несколько умень-
шена. Лучше всего для этой цели вновь изготовить тарелки. Вме-
стить в барабан необходимо как можно больше тарелок. В данном
случае при межтарелочном расстоянии 0,4 мм их вмещается
33 шт. Отверстия в тарелках должны быть примерно в 2 раза мень-
шего диаметра и расположены или весьма близко к оси вращения
201
(примерно 1—2 см от верхнего края тарелки) или же совсем отсут-
ствуют, В этом последнем случае (фиг. 99) очищенный продукт идет
к выходу по каналу между тарелками и тарелкодержателем. Если
тарелки изготовлены кустарным способом и недостаточно идентичны,
то их следует пронумеровать и в ходе эксплуатации машины соби-
рать строго по порядку нумеров. Нумерацию начинают снизу и кон-
чают верхней тарелкой № 33. Чтобы облегчить сборку, на каждой
тарелке должен быть один указательный пропил, указывающий
расположение тарелки на тарелкодержателе, на котором также де-
лают в нижней его части контрольную отметку кернером.
Верхняя тарелка кларификаторной сборки. Вместо верхней
разделительной тарелки изготовляют вновь точеную тарелку тол-
щиной 3,5—4 мм в соответствии с фиг. 99. Эта массивная тарелка
имеет продолговатые плоские напайки из жести толщиной 0,4,
шириной 7 и длиной 50 мм в количестве 6 шт. Эти напайки при-
паяны к верхней поверхности тарелки оловом. Проколка тарелки
(отверстие в ее середине, которым она насаживается на тарелко-
держатель) опиливается по профилю тарелкодержателя.
Верхняя тарелка пурификапюрной сборки. Для пурификаторной
сборки барабана используют обычную разделительную тарелку
сливкоотделительного барабана производительностью по молоку
600 л/час. Нижний отгиб разделительной тарелки несколько увели-
чивают путем припайки соответствующего жестяного кольца. Это
способствует лучшему отводу воды из грязевого пространства. В за-
висимости от содержания воды в исходном продукте, которое при
пурификации может быть в пределах от 0,3 до 10%, ребра на
разделительной тарелке, используемой в качестве пурификаторной
вставки, должны быть различной длины. Поэтому лучше всего иметь
несколько пурификаторных вставок с различной длиной ребер.
Чем меньше содержание воды, тем большую часть ребра необходимо
снять с верхней его части, чтобы уменьшить количество воды, выбра-
сываемой ребрами, которые в этом случае играют роль лопаток
насоса. В ограниченных пределах регулировку можно производить
обычным путем при помощи «сливочного» винта, через который в дан-
ном случае выбрасывается из барабана очищенный нефтепродукт.
Тарелкодержатель. Как это видно на фиг. 99, сменный тарелко-
держатель имеет внизу наглухо прикрепленную или изготовленную
с тарелкодержателем как одно целое массивную нижнюю тарелку.
Под этой тарелкой поступает к периферии барабана подлежащий
очистке жидкий нефтепродукт, а верхняя поверхность этой массив-
ной тарелки образует со своей верхней тарелкой первое межтарелоч-
ное пространство.
Основание барабана. Чтобы жидкость не отставала в своем враще-
нии, желательно на периферии установить четыре ребра (на фиг.99
эти ребра отсутствуют). Эти ребра необходимо изготовить возможно
точнее по весу и установить строго симметрично. В этом случае
барабан легче отбалансировать и он устойчивее сохраняет свой
уравновешенный ход на рабочих оборотах. В посадочное отверстие
основания барабана запрессовывают в случае необходимости брон-
202
зовую втулку для того, чтобы посадка барабана на вертикальный вал
(веретено) имела люфт не более 0,2 мм на радиус.
Крышка барабана. В крышке барабана отверстия сброса обрата
несколько удаляют от оси вращения, для чего вертикальную поверх-
ность в этом месте немного спиливают (1—2 мм). Это предохранит
барабан от захлебывания, так как пропускная способность по нефте-
продуктам этих двух отверстий при кларификаторной сборке, когда
через них выбрасывается из барабана очищенный нефтепродукт,
может оказаться недостаточной.
После выполнения всех перечисленных переделок сепараторный
барабан должен быть динамически тщательно выбалансирован в
в своей станине при помощи карандашных отметок как в кларифи-
каторной, так и в пурификаторной сборках.
Практические указания к ручной динамической балансировке
сепараторных барабанов
Для балансировки необходимы: 1) балансировочная станина;
2) паяльная лампа; 3) олово; 4) кислота соляная, травленая цинком;
5) сосуд с водой для охлаждения крышек барабана после их разо-
грева и нанесения наплывов олова; 6) устройство для крепления
крышки барабана.
В качестве балансировочной станины используют обычную ста-
нину с передаточным механизмом такого сепаратора, барабаны кото-
рого подлежат балансировке. Станина может иметь ручной или меха-
нический привод. Приводные балансировочные станины даны на
чертеже фиг. 100. На этих фигурах видно, что чашу станины для
удобства работы разрезают.
Вертикальный вал («веретено») проверяют индикатором для того,
чтобы биение не превышало 0,02 мм.
Монтаж станины необходимо произвести в таком месте, которое
не подвергается сотрясениям. Станину устанавливают на фундаменте
и проверяют уровнем. На всех четырех болтах под лапками сепара-
тора должны быть надеты резиновые шайбы в жестяных кожухах
до половины толщины резины. Паяльную лампу берут емкостью
0,5 или 1 л. Олово нарезают из прутков кусочками весом от 5 до 20 г.
При балансировке необходимо иметь бачок с водой, изготовленный
из стали емкостью, допускающей удобное погружение крышки бара-
бана.
Устройство для крепления крышки представляет собой штатив
любой конструкции, удовлетворяющий следующим требованиям:
1) крышка барабана должна насаживаться в опрокинутом поло-
жении своей горловиной на штатив; 2) место насадки должно пред-
ставлять собой шарнир, позволяющий установить крышку в поло-
жение, удобное для работы с паяльной лампой и нанесения наплывов
олова. Штатив должен быть приспособлен к определенному размеру
крышек или же иметь сменные насадочные головки.
Балансировка, а) Отметки неуравновешенности производят каран-
дашом (желательно мягким красным карандашом) почти без нажима,
203
лишь слегка дотрагиваясь при рабочих оборотах барабана. В слу-
чае, если барабан имеет слишком неспокойный разгон, то предва-
рительную балансировку производят при более низких оборотах.
Отметки карандашом производят на двух стадиях балансировки
различно: первая стадия — карандашную отметку делают на вну-
тренней поверхности центральной трубки основания барабана вместе
нахождения крепительной гайки; вторая стадия — карандашную
отметку делают на валу («веретене») под барабаном.
Фиг. 100. Балансировочная станина с механическим приводом
для балансировки небольших (слева) и крупных (справа) барабанов.
Стрелками показаны места карандашных отметок.
б) обнаруженные неуравновешенности устраняют путем нанесения
наплывов олова с внутренней стороны крышки барабана. Верхняя
односторонняя карандашная отметка на внутренней поверхности цен-
тральной трубки основания барабана указывает на необходимость
нанесения оловянных наплывов в нижней части крышки (фиг. 101, а),
причем наплыв помещают с противоположной стороны карандашной
отметки в месте, противоположном концу карандашной отметки
(вращение барабана по часовой стрелке). Это место нанесения на-
плыва показано в условном изображении на фиг. 101,а.
Односторонняя карандашная отметка на валу внизу барабана
указывает на необходимость нанесения наплывов олова в верхней
части крышки сепараторного барабана (с внутренней стороны).
Карандашная отметка по валу видна в условном изображении
204
на фиг. 101, б. Это место отмечают на той же стороне против
конца карандашной отметки.
в) Количество наносимого олова определяют примерно в зави-
симости от размеров карандашной отметки и степени биения барабана.
Чем большую часть круга занимает карандашная отметка и чем
меньше биение барабана, тем меньший наплыв олова необходим.
Количество наносимого олова колеблется примерно в пределах
от 5 до 20 г.
Олово наносят в виде заранее приготовленных кусочков после
того, как крышка в соответствующем месте нагрета паяльной лам-
Фиг. 101. Балансировочные карандашные отметки в условном изображении:
а — балансировка по верху; б — балансировка по низу (валу).
пой, а место нанесения олова протравлено. Качество балансировки
желательно проверять при помощи специального шаблона, пред-
ставляющего собой насадку, укрепленную на балансировочной
станине. Люфт стержня насадки в центральной трубке основания
барабана — 2—3 мм в диаметре.
Порядок проведения балансировки. Барабан балансируют в пол-
ностью собранном виде, включая вставку резинового кольца, при
нормально завернутой (заподлицо) крепительной гайке. Встряхи-
ванием барабана следует проверить зажатие всех внутренних деталей.
Первая стадия балансировки
а) Барабан насаживают на вал балансировочного станка и при-
водят во вращение. Если ход барабана не слишком неспокойный,
то доводят барабан до рабочего числа оборотов. Если барабан при
разгоне сильно бьет, то предварительно балансируют его на низких
оборотах (т. е. от 2000 до 3000 в минуту в зависимости от характера
и величины биений).
б) Мягким красным карандашом наносят отметку с внутренней
стороны центральной трубки основания барабана, при этом каран-
дашом нажимать недопустимо. Карандаш должен лишь слегка ка-
саться стенки центральной трубки (фиг. 102, а). Притормаживать
205
вручную барабан нельзя, так как это может повлечь за собой несча-
стный случай.
в) Барабан после остановки устанавливают в положение, позво-
ляющее сделать против конца карандашной отметки на противо-
положной стороне барабана, на крышке, отметку. Эта отметка де-
лается тем же красным карандашом.
г) Крышку барабана после отвинчивания крепительной гайки
снимают и насаживают своей горловой частью на шарнирную дер-
Фиг. 102. Способ нанесения карандашных отметок при балансировке:
а — по верху; & — по низу (валу).
жавку. Кусочки олова накладывают с внутренней стороны крышки
в ее нижней части в соответствии с карандашной отметкой, причем
предварительно поверхность крышки в этом месте протравливают.
Паяльную лампу подносят к наружной стороне крышки и нагре-
вают место нахождения кусочков олова. Расплавленное олово расте-
кается на ограниченном участке, после чего крышку снимают с дер-
жавки и осторожно, но быстро окунают в бачок с холодной водой.
Это способствует быстрому остыванию олова и сохранению им глад-
кой поверхности.
д) После нанесения наплыва олова барабан вновь насаживают
на балансировочный станок и в случае наличия биения у крепитель-
ной гайки (с внутренней стороны центральной трубки) всю опера-
цию по первой стадии балансировки повторяют вновь, пока не
достигнут спокойного хода барабана
Вторая стадия балансировки.
После окончания первой стадии балансировки биение поверх
костной горловой части сепараторного барабана устранено и тогда
приступают к балансировке по низу, т. е. по вертикальному валу.
а) Барабан в собранном виде, с завернутой заподлицо кре-
пительной гайкой, вновь насаживают на вал балансировочного
206
станка и приводят во вращение, доводя до своих рабочих обо-
ротов.
Легким прикосновением красного мягкого карандаша наносят
отметку снизу барабана на валу (фиг. 102, б).
б) После остановки барабана находят на валу конец карандаш-
ной отметки (вращение по часовой стрелке). Против этого конца на
той же стороне делают карандашную отметку на внешней поверх-
ности крышки сепараторного барабана.
в) Крепительную гайку отвинчивают и, после снятия крышки
барабана, последнюю опять насаживают на шарнирный штатив
в таком положении, чтобы можно было удобно наложить кусочки
олова в месте, соответствующем полученной карандашной отметке.
Это место находят в верхней части крышки с ее внутренней стороны
против карандашной отметки.
г) Нанесенные кусочки олова расплавляют и укрепляют в над-
лежащих местах.
Требования к барабанам при балансировке
1. При сборке и разборке барабана его детали (особенно крышка
барабана) не должны взаимно смещаться.
2. Посадка барабана на вал должна обеспечивать соприкоснове-
ние исключительно лишь конусных поверхностей.
3. Сепараторный барабан не должен разбалансироваться ори
повороте на валу на 180°. Если это происходит, то необходимо про-
верить посадку барабана и, в случае надобности, сменить бронзовую
посадочную пробку с ребром захвата.
4. Барабан должен иметь свободную посадку на вал.
5. Барабан не должен требовать больше трех балансировочных
наплывов. При этом необходимо иметь в виду, что противоположно
нанесенные наплывы подлежат удалению, так как их появление
может быть лишь в результате ошибок балансировки.
• 6. Балансировочные наплывы не должны касаться края разде-
лительной тарелки.
Барабаны сепараторов, работающие в кларификаторной или
пурпфикаторной сборках, осуществляемой с помощью сменных дета-
лей на одном и том же барабане, должны соответственно подвергаться
балансировке в кларификаторной сборке с обязательным последую-
щим контролем балансировки в пурификаторной сборке.
Переделка устройства питания
Поплавковую камеру несколько увеличивают по высоте и снаб-
жают регулировочным устройством, так как при сепарировании
различных нефтепродуктов и в зависимости от температуры подо-
грева необходимо менять питание в очень широком диапазоне.
Например, в данном опытном нефтяном сепараторе пропускная спо-
собность при очистке авиационных масел и дизельного топлива может
изменяться от 500 л/час и больше до 5 л/час в зависимости от темпе-
ратуры сепарирования и вида нефтепродукта.
207
Фиг. 104. Опытный нефтяной сепаратор:
общий вид с комбинированным приводом; б — сепараторный барабан в кларификаторной сборке после работы.
Фиг. 103. Поплавковая камера с ре-
гулировочным устройством:
а — общий вид; б — вид снизу.
20b
Можно вместо регулировочного устройства применять сменные
поплавковые камеры с разным диаметром отверстий истечения или же
сменные мундштуки и насадки.
Желательно под днищем поплавковой камеры вмонтировать
кольцо, которое образует третью полость для сбора перелива нефте-
продукта в случае заполнения всего грязевого пространства к концу
работы. Этот перелив отводится особой трубкой наружу и служит
сигналом к остановке работы. Переделанная поплавковая камера
изображена на фиг. 103. Общий вид опытного нефтяного сепаратора
представлен на фиг. 104, а.
Переконструированный сепараторный барабан в кларификатор-
ной сборке после работы показан на фиг. 104, б. С правой стороны
рисунка видна опрокинутая крышка барабана с грязевым простран-
ством, наполненным выделенными из отработавшего масла механи-
ческими примесями.
Если пакет тарелок загрязняется ранее грязевого пространства,
то необходимо уменьшить производительность или же увеличить
подогрев сепарируемого нефтепродукта.
5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО НЕФТЯНОГО
СЕПАРАТОРА И ЕГО ИСПЫТАНИЕ
Технологический расчет. Нефтяной сепаратор, из-
готовленный описанным выше способом, был подвергнут испытанию
на различных видах жидких нефтепродуктов.
Техническая характеристика нефтяного сепаратора
Рабочее число оборотов барабана в мин.................. 7200
Мощность электродвигателя в кет.........................0,25
Вес сепаратора (без электродвигателя) в кг........... 100
Сепараторный барабан:
число тарелок........................................ 33 -
диаметр тарелки в см:
максимальный........................................13,1
минимальный........................................ 4,9
высота тарелки...................................... 4,9
Пользуясь формулой (56), находим расчетный объем экспери-
ментального сепараторного барабана. Он оказывается равным
V = 666 см8.
Излагаемые ниже испытания нефтяного сепаратора были прове-
дены без непосредственного анализа загрязнителей. Методы рас-
четов, примененные в этих испытаниях, могут служить примером
использования косвенных приемов нахождения расчетных величин
плотности и предельного диаметра загрязнителей.
Знание этих расчетных величин дает возможность весьма просто
подсчитывать пропускную способность нефтяного сепаратора в зави-
симости от вида очищаемого нефтепродукта, температуры сепари-
рования и нужной степени очистки, избежав кропотливого и дорого-
стоящего эмпиризма при выяснении оптимальной часовой произво-
дительности.
14 Бремер 1484 209
Испытание на отработавших смазочных
маслах. Испытание опытного нефтяного сепаратора на отрабо-
тавших маслах проводилось, чтобы выяснить пригодность этого сепа-
ратора для очистки отработавших минеральных масел без их подо-
грева в условиях машино-тракторных станций.
Испытанием сепаратора марки НС-1 установлено, что действи-
тельная разделяемость отработавшего масла в условиях данного
опыта может быть принята равной
т = 0,320-10~8 сек.
В этом опыте анализ просепарированного отработавшего масла
показал следы механических примесей (табл. 28), т. е. очистка была
удовлетворительной. Так как при более высокой часовой произво-
дительности при этих испытаниях нельзя было получить удовлетво-
рительной очистки отработавшего масла, то эту разделяемость при-
ходится принять за расчетную для данного продукта.
Динамическую вязкость отработавшего масла, на котором велось
испытание, можно для температуры 85° найти пересчетом вязкости
в градусах ВУ (т. е. вязкости по Энглеру).
Такой пересчет дает
т]8Б — 0,09 г/см-сек.
Если допустить, что при содержании механических примесей
0,01 % в продукте после сепарирования не осталось частиц диаметром
более микрона, то это дает возможность подсчитать плотность расчет-
ного загрязнителя:
т = 0,320-10"8 = 2(g1.^’9- 0,52- 10-8сек.
Плотность расчетного загрязнителя эквивалентного диаметра
в 1 мк оказывается равной
aj — 1,42. г/см3.
Разделяемость данного отработавшего масла при степени очистки
в 1 мк (предельный диаметр) и комнатной температуре 20°, т. е. без
подогрева, равна, пренебрегая влиянием температуры на плотность.
т = 0,9) о,52 = 0,03-10~8 сек.,
а производительность опытного сепаратора при этих условиях (см.
формулу (66)]
/. = 0,04-0,8-0,03-10" 8-33-666-72002= 10 л/час.
Аналогичный расчет для предельного диаметра 1,2 и 1,4 мк
дает часовую производительность соответственно 15 и 20 л/час.
При часовой производительности 15—20 л/час опытный нефтя-
ной сепаратор очищал отработавшие масла вполне удовлетвори-
210
тельно, как это следует из приводимых ниже результатов анализов.
Расчеты по этим производительностям сведены в табл 26.
Таблица 26
Технические и расчетные данные опытного нефтяного сепаратора
по отработавшим смазочным маслам
О с о Производитель ность в л)ч:1С Разделяющий фактор Температура се- парирования в ’С
в сек 1 в оо/мин
1 10 45-108 114-108 20
2 15 30-108 76-108 20
3 20 22,5-108 57-108 (20 { 30 1 50
4 21 21.4-108 54.3-108 20
₽ = Примечания: 1 Гехнологиче 0,8. 2. Влияние температуры на плел
Вязкость про- дукта Разделяемость нефте- продукта Предельный диа- метр в мк
градусы ВУ абсолют- i пая в г (с и расчетная в сек. действи- тельная в. сек.
15 1,02 0,022 10—в 0,03-10-8 1.0
15 1,02 0,033- ю-s 0,04-10-8 1.2
15 7,9 2,63 1,02] 0,5 1 0,15) 0,045-10-8 0,056-10-8 1,40 1,0 0,6
15 1.02 0,047-10-8 0.059-10-8 1.43
ский к . п. д. принят условно равным
тность не принято во внимание.
При производительности 15 л/час опытным сепаратором произ-
водилась очистка отработавшего масла на Раменской МТС (Рамен-
ский район Московской области). Отработавшее масло было собрано
этой станцией и хранилось в баке при имеющейся регенерационной
установке.
Отработавшее масло было очищено сепаратором без предвари-
тельного отстаивания и процеживания и взято с мест, близких ко
дну бака, вследствие чего оно имело особенно высокое содержание
загрязнителей. Пропуск проводился трехкратный.
Температура наружного воздуха и температура сепарирования
20°. Пробы для анализов исходного продукта и продуктов сепари-
рования были отобраны химической лабораторией Раменской МТС
Московской обл Этой химлабораторией выполнены и анализы проб.
Результаты анализов сведены в табл. 27
В заключении Раменской МТС указывается, что сепаратор после
второго пропуска сильно загрязненного отработавшего масла прак-
тически полностью очищает масло от механических примесей и воды,
снижая при этом содержание золы и кокса.
Полученные результаты анализов доказывают техническую и
хозяйственную рациональность применения данных сепараторов
14* 1484 211
Таблица 27
Результаты испытаний опытного нефтяного сепаратора на Раменской МТС
Наименование определений Результаты анализа проб отработавшего масла
исходное отработавшее масло после первого пропуска после второго пропуска после третьего пропуска
Удельный вес Температура вспышки в °C Вязкость ВУ при 50° . . Кокс Зола Механические примеси в % Вода в % 0,901 130 2,63 1,03 0,23 8 4 0,903 137 2,65 0,63 0,03 0,2 0,1 0,907 137 2,65 0,63 0.03 Следы Отсутствие 0.907 137 2,65 0,49 0,02 Следы Отсутствие
в МТС и совхозах для очистки отработавших смазочных масел от
механических примесей и воды.
В тех случаях, когда до очистки масло применялось для смазки
карбюраторных двигателей и разжижено конденсатами жидкого-
топлива, оно после центрифугирования может непосредственно при-
меняться как моторное топливо. Для полного восстановления масел,
отработавших в карбюраторных двигателях, требуется дополни-
тельное выпаривание конденсатов топлива после центрифугирования.
При производительности 21 л!час сепаратор был испытан на очистке
отработавших смазочных масел, полученных от Мытищинской МТС
(Московская область) в лаборатории МИМЭСХ. Перед сепариро-
ванием в исходный продукт для дополнительного его загрязнения
были введены несгораемые примеси (мелкоизмельченная земля)
в количестве 20 г на 20 л отработавшего масла.
Температура сепарирования 20°. Пропуск однократный. Пробы
нефтепродуктов анализировались в лаборатории топлива и смазоч-
ных материалов МИМЭСХ и параллельно для контроля в химиче-
ской лаборатории Органефти. Результаты анализов даны в сводной
табл. 28.
В заключении химической лаборатории Органефти говорится,
что количество механических примесей, полученное в пробе просе-
парированного отработавшего масла, согласно существующей мето-
дике определения может считаться как отсутствие их (следы).
В одном опытном пропуске температура сепарирования была
применена 20 и 50°, и при этих различных температурах сепариро-
вания были отобраны пробы, с которых в лаборатории фото- и кино
при Академии наук СССР (Лафоки) произвели микрофотоснимки.
В этом случае отработавшее масло дополнительно не загрязня-
лось. Производительность сепаратора 20 л!час. Результаты микро-
съемок показаны на фиг. 105. Увеличение стократное.
Из этих снимков видно, что исходный продукт сильно загрязнен
(фиг. 105, а) и механические примеси расположены большими скоп-
лениями. Как видно из следующих снимков, имеющиеся в исходном
212
Таблица 28
Результаты испытания опытного нефтяного сепаратора на искусственно
дополнительно загрязненных отработавших смазочных маслах
Наименование определений Лаборатория топлива и сма- зочных материалов МИМЭСХ Химическая лаборатория Органефти
исходный продукт просе париро- ванное масло исходный продукт просепариро- ванное масло
20° Удельный вес ^-о .... Содержание воды в % . . Механические примеси: общие несгораемые .... Коксуемость в % .... 0.9021 1,30 0,411 0,311 0.8985 0,06 0,021 0,008 1,4 0,3682 0.S994 0,2644 Следы 0,0038 0,0043 0,0025 0,0018 0,54
продукте скопления механических примесей отсутствуют в продук-
тах сепарирования, полученных при обеих рабочих температурах.
Видны лишь отдельные мелкие частицы примесей.
Фиг. 105. Микроснимки:
а — пробы исходного продукта; б — пробы
продукта, очищенного при 30°; в — пробы
продукта, очищенного при 50э.
Увеличение температуры сепарирования при сохранении той же
часовой производительности приводит к уменьшению количества
механических примесей и размеров частиц, еще остающихся в масле.
213
При температуре 50° количество механических примесей наимень-
шее, а сами примеси по размерам наиболее высокодисперсные.
Приведенные выше данные о предельных диаметрах загрязни-
телей нефтепродуктов и вытекающие из этих данных и анализов
проб соотношения между эквивалентным предельным диаметром
и процентным содержанием механических примесей имеют практи-
ческую ценность как относительные величины, пригодные для срав-
нительных расчетов по данному продукту.
Чтобы получить абсолютные значения эквивалентных предель-
ных диаметров расчетных загрязнителей и определить действитель-
ный технологический к. п. д. нефтяного сепаратора, необходимо
провести исследования загрязнителей и их дисперсионный анализ.
Такие исследования должны также выяснить возможность уста-
новления статистически для машин при определенных условиях
эксплуатации зависимости между процентным содержанием меха-
нических примесей и величиной предельного диаметра, подобно
тому, как это удалось сделать для технологического расчета молоч-
ного сепаратора.
Но и при отсутствии достаточных сведений о загрязнителях
смазочных масел данные косвенные приемы могут успешно приме-
няться для расчетов рабочих режимов нефтяного сепаратора. Так,
например, в настоящей экспериментальной работе сепаратор не испы-
тывался при часовой производительности 10 л, но по табл. 26 можно
установить, что результат очистки при производительности 10 л/час
и температуре сепарирования 20° будет тот же, что и при часовой
производительности 20 л. юли при этой удвоенной производитель-
ности продукт сепарировать подогретым до 30°.
Сравнительное испытание работы двигателя «Возрождение') на
несепарированном отработавшем смазочном масле и на масле, про-
пущенном через опытный нефтяной сепаратор, произвела (выше уже
указывалось) лаборатория двигателей внутреннего сгорания МВТУ
имени Баумана
Работа двигателя на несепарированном отработавшем масле при-
знана этой лабораторией недопустимой, а в отношении применения
очищенного на нефтяном сепараторе отработавшего масла в качестве
топлива для данного типа двигателей лаборатория пришла к следую-
щим выводам.
«Анализ образца на механические примеси и воду, проведенный
химической лабораторией института, дал следующие результаты:
воды — 0,15%, механических примесей — 0.003%. Таким образом
механические примеси... практически отсутствовали» в отработавшем
масле, очищенном на нефтяном сепараторе.
«... вывод о возможности применения отработавшего масла в ка-
честве моторного топлива в двигателях низкого сжатия, в случае
удаления механических примесей, полностью подтверждается...».
Если восстановление смазочных масел, отработавших в карбю-
раторных двигателях, оказывается почему-либо невозможным и не-
обходимо изыскать наиболее целесообразную форму их использова-
ния каким-либо другим путем, то из выводов лаборатории двига-
214
телей внутреннего сгорания МВТУ имени Баумана следует, что
нефтяной сепаратор дает возможность превратить эти отработавшие
масла в высококачественное моторное топливо
Испытание на жидком топливе. При этом испы-
тании ставилась цель, как и в предыдущем случае, удалить из ди-
зельных топлив (газойль и соляровое масло) при помощи нефтя-
ного сепаратора механические примеси, включая воду без подогрева
продукта перед сепарированием.
Пусть каким-либо путем нами определена плотность расчетного
загрязнителя равной а'=1,9 г/слг3.
Если необходимо удалить из топлива все механические примеси,
эквивалентный диаметр которых равен микрону и больше, то разде-
ляемость по отношению к этому предельному диаметру расчетного
загрязнителя равна
Т = A—0,52- КГ* =0,385- 10~8 сек.
У U, 1о
Здесь абсолютная вязкость
т]20о = 0,15 г/см сек
определена пересчетом вязкости ВУ при 20°, равной в данном случае
ВУ20 = 2,7°.
Для сравнения полученной разделяемости по отношению к рас-
четному загрязнителю с разделяемостью данного топлива по отно-
шению воды можно привести следующий примерный подсчет.
По исследованию инж. 3. М. Минкина распределение по размер-
ным классам водяных частиц в дизельных топливах может быть оха-
рактеризовано данными, помещен-
ными в табл. 29 [32].
Приняв наименьший эквивалент-
ный диаметр за расчетный, получим
разделяемость дизельного топлива
по отношению воды равной
т = -2(1970(1’у86) 192 = 595-10~8 сек.,
т. е. значительно большую, чем для
расчетного загрязнителя.
Производительность нефтяного се-
паратора при температуре сепариро-
вания 20° и расчете на предельный
диаметр 1 мк должна быть равна
£ = 0,04 0,8-0,385- 10-8 х
X 33 • 666 • 72002 = 130 л/час,
Таблица 29
Эквивалентное диаметры водяных
частиц в дизельном топливе
X ес 2Г X 3 R О и Е Е 2 Размерный класс по эквивалентному диаметру В МК Объем, за- нимаемый данным размерным классом водяных частиц в % от общего объема воды в ди- зельном топливе
1 Больше 142 41
2 От 142 до 63 34
3 . 63 . 50 12
4 . 50 , 38 11
5 От 38 и меньше 2
215
а при расчете на диаметр в 1V2 мк соответственно
L = 293 л/час.
Таблица 30
Анализ проб жидкого топлива
Наименование определе- ний Исходный продукт Предварительно просейарирован- ный газойль засо- рен песком Просепарирован- ный газойль
Влажность в % . . . 20° Удельный вес при ^5 Вязкость ВУ при 50° Температура вспыш- ки в °C Механические при- меси ... 0,15 0,8612 1.15 80 0,0058 Следы 0.8605 1,14 76 0,0350 Следы 0.8600 1,15 76 От- CVT- ству- ют
Сепарирование газойля было проведено при 20° с часовой произ-
водительностью 300 л. Были отобраны пробы исходного и очищен-
ного топлива и пробы для микроснимков.
Результаты анализа проб лаборатории топлива и смазоч-
ных материалов МИМЭСХ даны в табл. 30.
Ведомственная комиссия,
испытавшая опытный нефтя-
ной сепаратор в Мытищин-
ской МТС (Московской обл.),
дала заключение «..считать
сепараторную установку при-
емлемой для использования
в условиях колхозов и сов-
хозов с целью удаления ме-
ханических примесей и воды
из нефтяных топлив и отра-
ботавших автолов, собирае-
мых без примесей нигрола
и солидола».
Испытание на от-
работавших авиа-
ционных маслах. По
предложению Главного упра-
вления гражданского воз-
душного флота (ГУГВФ) было
проведено испытание опытного нефтяного сепаратора на отрабо-
тавших авиационных смазочных маслах.
Отработавшие масла авиационных двигателей не содержат горю-
чих примесей и их очистка поэтому на жидкостных сепараторах
возможна без дополнительных устройств.
Разделяемость была принята равной
т = 2 (1’д ~о^89)О,52- 108= 0,03 • 10~8 сек.
Производительность при принятом режиме работы и технологи-
ческом к. п. д. ₽ — 0,5:
L — 0,04 • 0,5 0,03 • 10~8 • 33 • 666 62002 = 5,1 л/час.
Сепаратор был отрегулирован на пропускную способность поплав-
ковой камеры 5 л/час.
216
Режим работы опытного нефтяного сепаратора при очистке отра-
ботавших смазочных авиамасел виден из следующих данных:
Производительность каждого пропуска в л!час .... 5
Длительность каждого пропуска................• . . .2 час. 40 мин.
Число оборотов барабана в мин........................ 6200
Количество гризи в грязевом пространстве, отобран-
ное после каждого пропуска, в кг:
1-й.............................................. 0,222
2-й.............................................. 0,215
3-й.............................................. 0,147
Количество повторных пропусков............................ 3
Анализ проб, отобранных при испытании нефтяного сепаратора
при указанном режиме работы и сепарировании отработавших авиа-
ционных смазочных масел, был произведен Центральной контрольной
лабораторией топлив и масел (ЦОГИС). Результаты анализа приве-
дены в табл. 31.
Таблица 31
Результаты анализа проб отработавших авиамасел
Наименование определений Исходный продукт Проба взята после пропуска через сепаратор
1-го 2-го 3-го
Удельный вес при 20° . . Вязкость ВУ: при 50° , 100° Температура вспышки в °C Зола Кокс Вода в % Механические примеси в % Кислотность органическая в мг КОН ....... Реакция 0,8925 20,14 2,96 269 0,065 0.715 0,095 0.2506 0.079 Везде 0.8900 20,02 2,95 269 0.049 0,64 Следы 0,1128 0,066 0.8910 19,90 2,93 269 0,025 0.59 Следы 0.0412 0.065 нейтральная 0,8900 19,90 2.93 269 0.0058 0.56 Следы не- значитель- ные 0.0183 0,06
Из табл. 31 следует, что на данном сепараторе возможна очистка
отработавших авиационных масел от воды и механических примесей,
но при весьма низкой часовой производительности и после трехкрат-
ного пропуска.
Наличие механических примесей в количестве до 0,0183% после
трехкратного повторного сепарирования указывает на то, что эти
механические примеси по своему эквивалентному диаметру настолько
высокодисперсны, что их удаление требует дальнейшего снижения
производительности и сепарирования при несколько более низкой
температуре в целях замедления интенсивности броуновского дви-
жения этих мельчайших частиц.
217
Опытный нефтяной сепаратор для работы на таком режиме слиш-
ком малопроизводителен, и в данном случае целесообразнее приме-
нить специально нефтяной сепаратор по размеру не меньший, чем
сепаратор марки НСМ-2 отечественного производства.
Наиболее мелкие механические примеси отлагаются на нижней
поверхности тарельчатой вставки. Эти отложения в данном опыте
были засняты с увеличением в 500 раз. Этот микроскоп, сделанный
в Лафоки АН СССР, представлен на фиг. 106. Видные на снимке
Фиг. 106. Микроснимок препарата,
приготовленного из отложений, собран-
ных с нижней поверхности тарелки.
скопления частиц вызваны неудовлетворительным приготовлением
препарата и их не следует учи-
тывать.
Общие выводы по результатам
испытания нефтяного сепаратора
на отработавших маслах и дизель-
ном топливе даны в заключитель-
ной части.
Ниже приводятся краткие
практические указа-
ния по установке и
эксплуатации опытного
сепаратора.
Сепаратор предназначен для
очистки от воды и механических
примесей жидких нефтепродуктов.
В зависимости от вида нефтепродукта и температуры сепаратор
должен работать с той часовой производительностью, которая дает
необходимую степень очистки, так как чем меньше производитель-
ность, тем дольше время пребывания нефтепродукта в барабане и
тем тщательней его очистка от механических примесей и воды.
Для установки той часовой производительности, которая должна
быть экспериментальным и расчетным путем определена, сепаратор
снабжен регулировочной поплавковой камерой.
Производительность по дизельному топливу и отработавшим
маслам в среднем при температуре не ниже 25°:
По дизельному топливу..........................200—400 л/час
По отработавшим смазочным маслам.................15—25 „
Длительность непрерывной работы зависит от степени загряз-
нения исходного продукта. Поэтому очищаемые нефтепродукты не
должны содержать до сепарирования загрязнителей, в том числе
и выделяющихся вместе с загрязнениями его составных частей, больше
1, максимум 2%. Весьма целесообразно перед сепарированием под-
вергать нефтепродукт возможно более длительному отстою по воз-
можности в теплом помещении, а перед пуском нефтепродукта
в сепаратор пропускать его через сито.
Сепаратор может быть приспособлен для двух способов очистки
нефтепродуктов:
Кларификация — очистка нефтепродукта с накоплением
механических примесей и воды внутри барабана.
218
Пурификация — очистка с накоплением механических
примесей внутри барабана и с непрерывным отводом воды.
Кларифнкационная и пурификацнонная сборки барабана пояс-
нены ниже. Кларификацию применяют при содержании воды в отра-
ботавших маслах не выше 0,5%. При пурификапии производитель-
ность сепаратора снижается примерно на 30%, а длительность
непрерывной работы увеличивается: часть механических примесей
уходит с водой. В зависимости от процентного содержания воды
должен быть установлен регулировочный винт в разделительной та-
релке. При пурификации перед пуском жидких нефтепродуктов
надирают в барабан воду для создания гидравлического затвора,
предварительно разогнав машину до рабочих оборотов. Воду нали-
вают до тех пор, пока ее избыток не начнет выходить из соответствую -
щего отверстия истечения сепараторного барабана. Только после
этого осуществляют пуск жидкого нефтепродукта.
При сильно залипающихся отложениях на периферию барабана
целесообразно класть тонкую бумажную прокладку, позволяющую
легко удалять накопленную грязь из грязевого пространства. С по-
верхностей тарелок отложения удаляются автоматически, если бара-
бан разогнать до рабочих оборотов, вылив предварительно из него
после окончания сепарирования остаток жидкости.
Когда из сливного верхнего патрубка покажется жидкость, сепа-
ратор необходимо остановить для прочистки барабана, так как через
этот патрубок поступает жидкость, переливающаяся через край кре-
пительной гайки, после того как барабан забьется грязью.
Установка сепаратора. Сепаратор нужно установить на кирпич-
ном или бетонном фундаменте, основание которого должно покоиться
на твердом грунте, а верхняя часть должна быть строго горизон-
тальной. В фундаменте при его изготовлении должны быть залиты
четыре полудюймовых анкерных болта для укрепления станины
сепаратора при помощи гаек. Под каждую лапу станины должны
быть положены резиновые шайбы (прокладки), желательно в метал-
лических кожухах, предназначенные для устранения излишних
вибраций машины, особенно в период разгона барабана.
Правильность установки сепаратора на фундаменте выверяют
уровнем по верхнему обработанному краю чаши корпуса, в которой
помещен барабан. По мере выверки, в случае необходимости, произ-
водят затяжку гаек на анкерных болтах, а после того как сепаратор
окончательно установлен, желательна еще и установка на болты
контргаек.
Привод. Сепаратор снабжен комбинированным приводом и может
работать от руки и от электродвигателя. При работе вручную необ-
ходимо снять ремень со шкива сепаратора и, медленно разгоняя
машину, достичь в течение 2—3 мин. оборотов рукоятки — 45 в ми-
нуту.
При работе от электродвигателя необходимо надеть ремень на
шкивы, а рукоятку снять, заменив ее прилагаемой к сепаратору
заглушкой. Включение электродвигателя производят при помощи
обычного рубильника.
219
Сборка и установка барабана. В канавку основания барабана
вкладывают резиновое кольцо, предназначенное для герметичности
стыка между крышкой и основанием барабана. Затем на централь-
ную трубку барабана надевают тарелкодержатель с нижней тарелкой.
Необходимо следить за тем, чтобы вся система тарелкодержателя
была помещена в барабане на центральной трубке в фиксированном
состоянии, что осуществляют при помощи фиксирующего штифта.
Он должен попасть в соответствующее отверстие тарелкодержателя.
После этого, руководствуясь номерами и контрольным пропи-
лом, имеющимися на каждой из средних тарелок, производят их
насадку на тарелкодержатель в соответствии с отметкой кернером
на основании барабана. При этом по расположению нижняя средняя
тарелка должна иметь № 1, а последняя наверху № 33.
Затем на комплект средних тарелок помещают:
а) в случае кларификаторной сборки — верхнюю кларификатор-
ную тарелку;
б) в случае пурификаторной сборки — верхнюю пурификатор-
иую тарелку с горловиной, снабженной регулировочным винтом.
После этого на барабан надевают крышку. Ее положение также
•фиксировано и при ее сборке нужно следить за попаданием рас-
положенного на ней фиксирующего штифта в соответствующую
выемку, имеющуюся в бортике основания. Сборку барабана за-
канчивают навертыванием на резьбовую часть центральной трубки,
выступающей над крышкой барабана, крепительной гайки. Крепи-
тельная гайка должна быть плотно (заподлицо) завернута на своем
месте специальным ключом.
Сборку барабана необходимо производить без всяких усилий,
так как каждая деталь свободно входит на свое место. Применение
излишних усилий может привести к поломке барабана.
По выполнении всех изложенных указаний барабан может счи-
таться подготовленным к работе. Нормально собранный барабан
•с плотно завернутой крепительной гайкой должен быть установлен
на вертикальный вал в чаше сепаратора.
При установке барабана на вал нужно следить за тем, чтобы
в прорезь на свободном конце вала вошло ребро захвата, имеющееся
в нижней части центральной трубки в месте расположения опорной
пробки. Когда барабан правильно посажен на вал, насаживают на
чашу два сборника с отводными рожками.
На сборники насаживают поплавковую камеру (с поплавком).
К поплавковой камере подводят питательный маслопровод с краном
и желательно с ситом и после этого сепаратор пускают в ход.
Когда сепараторный барабан, пройдя нормальный период раз-
гона, обычно длящийся 2—3 мин., наберет свои полные рабочие
обороты и сигнальный звонок (в случае ручного привода) перестанет
звонить, в него может быть пущена жидкость, подлежащая обработке.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СЕПАРИРОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ.
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ
Сущность центробежного разделения жидкостей в тонкослойно-
работающих тарельчатых сепараторах состоит в том, что в потоке
жидкой смеси, пропускаемой через межтарелочное пространство
вращающегося сепараторного барабана, подлежащие выделению ча-
стицы совершают внутри жидкостного потока за время прохождения
его между тарелками определенное относительное перемещение.
Эффективность этого процесса центробежного разделения в срав-
нении с отстоем предопределена двумя факторами:
1) вместо разности удельных весов движущей силой является
в несколько тысяч раз большая разность центростремительных сил,
что увеличивает производительность и повышает степень разделения
(т. е. выделяются относительно более мелкие частицы);
2) в сравнении с рабочей высотой отстойников необходимое для
выделения частиц относительное перемещение ничтожно мало, так
как равно практически расстоянию между тарелками по горизон-
тали — это значительно увеличивает производительность, так как
через узкие щели можно пропускать тоже количество сепарируемой
жидкости с большей быстротой, а расчетные частицы все же будут
успевать выделяться, поскольку острота разделения от расстояния
между тарелками при этих условиях не зависит.
Оба эти фактора интенсифицируют процесс отстоя по произво-
дительности в i раз, где i — интенсификация, равная в среднем
величине порядка
1ЛЛ W002-0,2 onnnnnn
t=p-----=140—— 3 000 000 раз,
g 9,81
где р — переполнение (термин предложен автору акад. В. П. Горяч-
киным); р—коэффициент, позволяющий пользоваться в фор-
мулах вместо расчетных величин физическими.
Переполнение равно
221
где коэффициент формулы переполнения (см. стр. 73)
2 (^шах + ^max^mln + ^tnin)
--------R—-^.-----------'
4 max 'min
2. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ РАСЧЕТА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЖИДКОСТНОГО
СЕПАРАТОРА
Физический смысл технологического расчета жидкостного сепа-
ратора заключается в расчете того времени пребывания жидкости
внутри рабочего межтарелочного пространства, которое достаточно,
чтобы из подлежащих выделению частиц успели совершить внутри
жидкостного потока необходимое для сепарации относительное пере-
мещение даже самые мелкие, но еще имеющие производственное
значение, т. е. расчетные частицы.
3. МЕТОД ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЖИДКОСТНОГО СЕПАРАТОРА
Для физического истолкования формул технологического расчета
жидкостных сепараторов введены понятия разделяемое™ жидкой
смеси т и разделяющего фактора жидкостного сепаратора Ф.
В настоящей работе показано, что расчетные частицы успеют
совершить внутри потока жидкости за время его пребывания в рабо-
чем пространстве пакета тарелок необходимое для их выделения
относительное перемещение, если
тфф = 1;
здесь р — технологический к. п. д. процесса, учитывающий приня-
тые допущения и отклонения реального процесса от иде-
ал ьного.
Это соотношение и разрешает теоретически задачу расчета рабо-
чего процесса жидкостного сепаратора.
В критериальной форме оно может быть представлено в следующем
виде:
PiPl = const.
Критерии подобия, входящие в это соотношение, равны
₽ =--
1 г/ ’
Р2 = t&,
т. е. включают пять количественных характеристик, необходимых
н достаточных для однозначного определения процесса, а именно:
До- — разность плотностей,
д — вязкость среды,
г — радиус частицы,
со — угловая скорость,
t — длительность процесса, равная расчетному времени пре-
бывания tpaC4.
222
4. РАЗДЕЛЯЕМОСТЬ И ЕЕ ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ
Разделяемость равна
2 (а' — а) 2
т = -5-----г2 сек.
3 ч
и величина ее может быть найдена путем непосредственного опре-
деления общепринятыми методами физической химии и дисперсион-
ного анализа величин, входящих в формулу.
Если такое определение данной дисперсной системы (т. е. подле-
жащей центрифугированию жидкой смеси) затруднительно, то рас-
четная разделяемость может быть установлена экспериментально
при помощи лабораторных центрифуг или же опытным путем под-
счетом разделяющего фактора готового сепаратора
1
причем в этом случае величиной технологического к. п. д. прихо-
дится задаваться условно, что не имеет существенного практиче-
ского значения.
Физически разделяемость жидкости представляет собой время
релаксации в толковании М. Смолуховского, т. е. то время, в тече-
ние которого скорость расчетной частицы, брошенной извне в данную
жидкую среду, уменьшилась бы до — первоначальной величины,
где е — основание натуральных логарифмов.
5. РАЗДЕЛЯЮЩИЙ ФАКТОР КАК РАСЧЕТНАЯ ВЕЛИЧИНА.
ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Если прямым путем через разделяемость или же каким-либо
косвенным опытным путем найдена необходимая для данного техно-
логического процесса величина разделяющего фактора, то можно
проектировать серию сепараторов любой производительности и опре-
делять все входящие в формулу разделяющего фактора величины,
в том числе и производительность сепаратора:
-г. рУ/:аб О . ,
Ф — г —q— or 1 /сек
или
Ф— гр —~~ п2 об/мин,
где г — число тарелок;
Vp(j6 — рабочий объем одного межтарелочного пространства в ел:3;
Q — производительность в смя!сек\
L — производительность в л!час\
ш — угловая скорость барабана 1/сек;
п — число оборотов барабана в минуту;
р — переполнение.
223
Если запроектирована или известна тарельчатая вставка, то
переполнение:
VРасч
Р---т/---»
V раб
где
расч прив^t
а
*прие = /4 + *таЛ т.п + tf2rain) ,
где Rmax — максимальный радиус рабочей части тарелки;
/?т1п — минимальный радиус рабочей части тарелки;
Н — высота рабочей части тарелки.
Максимальный и минимальный радиусы и высота тарелки для
определения расчетного объема и максимальный и минимальный
радиусы для определения рабочего объема выбирают в соответствии
с тем, какой участок тарельчатой вставки должен считаться в силу
характера рассматриваемого технологического процесса в данном
случае расчетным, т. е. при прохождении жидкостью какой части
образующей тарелки расчетная частица должна совершить свое
необходимое для сепарации относительное перемещение.
В большинстве случаев в несколько раз больше
и тогда при приближенных расчетах можно принимать:
п рив max’
Переполнение дает возможность выразить разделяющий фактор
и через время пребывания жидкости в рабочем объеме пакета тарелок,
так как
Ф = рЛо2 1/сек,
где t — время пребывания жидкости в рабочем объеме тарелок.
Vраб = Я (7?max — /?mln) h.
6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ К- П. Д. ЖИДКОСТНОГО СЕПАРАТОРА
Технологический к. п. д. сепаратора может служить критерием
для оценки совершенства жидкостного сепаратора в части рабочего
процесса.
Для его подсчета необходимо определить диаметр наибольших
частиц, еще остающихся в той фракции жидкости, которая должна
быть от них освобождена сепаратором.
Зная этот же размер, определяемый теоретически формулой
_ г = -| / 9ч
Ртеорет ~ г Г 2Ф(а’- с) ’
находим
Р___। / / У-теорет \2
\ ^эьсперим /
224
7. ЗНАЧЕНИЕ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ВСТАВОК- ИХ ЗАГРУЗКА.
СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ МЕЖДУ НИМИ
Пакет тарелок разделяет поток жидкости на отдельные, обычно,
весьма тонкие слои толщиной 0,3—0,5 мм, в редких случаях до 1 мм
и больше.
Этим достигают:
1. Поток жидкости можно пропускать через узкие межтарелоч-
ные пространства с большой скоростью и все же расчетные частицы
успеют совершить внутри потока жидкости необходимое для их
выделения относительное перемещение. Это перемещение представ-
ляет собой практически расстояние между тарелками по горизон-
тали и очень незначительно.
2. Пакет тарелок придает процессу потока жидкости органи-
зованный характер, делая его более стационарным и направляя
необходимым образом потоки исходной жидкости и получаемых
фракций.
3. В пакете тарелок мельчайшие частицы, наименьшая из которых
и является расчетной, имеют в местах, более близких к оси вращения,
настолько малую скорость относительного перемещения внутри
потока, что увлекаются общим жидкостным потоком. В местах,
более удаленных от оси вращения, эти частицы, приобретая большую-
относительную скорость перемещения, выделяются в конце концов
из общего потока, достигая нижней поверхности, если они тяжелее
окружающей среды, и верхней поверхности тарелки, если они легче.
В результате частицы скапливаются у поверхности тарелок и обра-
зуют фракционный поток, позволяющий вывести из сепараторного
барабана в виде сплошной жидкостной фракции индивидуально-
выделившйеся мельчайшие частицы.
Следовательно, важнейшая роль тарелок состоит и в том, что,
несмотря на высокую производительность, т. е. незначительное
время пребывания в сепараторном барабане (1—3 сек.) и при
ничтожной разности в удельных весах (порядка 0,1 г/см3) мельчай-
шие индивидуальные частицы размером около 1 мк все же успевают
выделиться из общего потока жидкости, скапливаются у поверхности
тарелки и скопление этих частиц выводится организованным сплош-
ным потоком из сепараторного барабана вместе с соответствующей
фракцией. В этом состоит причина большей остроты разделения
тонкослойноработающих сепараторов.
Вообще говоря, задача конструктора состоит в том, чтобы имею-
щееся рабочее пространство сепараторного барабана разделить тарел-
ками на максимально возможное число отдельных слоев. Возмож-
ность увеличивать число тарелок ограничена, во-первых, тем, что
узкие щели скорее забиваются отложениями и для каждого продукта-
есть свое предельно малое еще допустимое расстояние между тарел-
ками и, во-вторых, прочностью тарелок, которые должны быть такой
толщины, при которой они устойчиво'сохраняют свою форму в ходе
эксплуатации машины.
15 Бремер
1484
225
Для многочисленных маловязких жидкостей, подвергаемых обра-
ботке на сепараторах, обычно рекомендуют следующие размеры:
1) расстояние между тарелками 0,3—0,5 мм, причем выбранный
экспериментально номинальный размер выдерживают с допуском
+ 0,02;
2) толщина тарелки 0,4—0,5 мм при допуске +0,03 на выбранный
номинальный размер толщины.
Стробоскопические исследования F. J. Schmitz показали, что
загрузка тарелок в молочном сепараторе по высоте равномерная,
угловая скорость вращения жидкости при применяемых расстояниях
между тарелками практически равна угловой скорости вращения
барабана. Отдельные слои по сечению потока движутся в межтаре-
лочном пространстве практически с одинаковыми скоростями и во
всяком случае распределение скоростей по сечению этого потока
не подчиняется параболическому закону, так как средние слои не
могут иметь большую поступательную скорость, чем слои, более
близкие к поверхностям тарелок.
Объясняется это тем, что эти средние слои имеют тенденцию
отставать в своем вращательном движении.
8. ПРЕДЕЛ СЕПАРАЦИИ. СОПОСТАВЛЕНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ
КРОВЯНОГО, МОЛОЧНОГО, ЛАТЕКСНОГО И НЕФТЯНОГО СЕПАРАТОРОВ
Сепараторному процессу подвержены только кинетически не-
устойчивые (терминология Пескова) дисперсные системы. Диффузия,
как процесс, обратный процессу разделения, может создать и в усло-
виях центробежного поля состояние седиментационного равновесия,
и тогда достигнутый предел сепарации делает невозможным выделе-
ние сепаратором частиц размером
4 /" . «1
_ 1/ 3 RT П ”2
Г пред 4 N п (а' — а) со2/? ’
где — газовая постоянная;
Т — абсолютная температура;
N — число Авогадро;
----соотношение частичной концентрации.
Кровь. Подлежащие концентрации эритроциты не подвержены
броуновскому движению.
Система кровяная сыворотка — эритроциты, являющаяся расчет-
ной при сепарации дефибринированной крови, кинетически неустой-
чива в условиях центробежного поля. Теоретически все эритроциты
могут быть выделены из сывороточной фракции, если разделяющий
фактор кровяного сепаратора не меньше
ф =0 5 108 ——.
^крови сек
226
Молоко. Подлежащие концентрации жировые частицы под-
вержены броуновскому движению, начиная с тех размерных классов
которые включают частицы диаметром меньше 4 мк.
В системе жир — плазма жировые частицы размером в диаметре
0,4 мк и меньше взвешены в условиях центробежного поля совре-
менных молочных сепараторов и выделить их из фракции обрата
сепаратором нельзя.
При определении расчетного размера частицы подобной поли-
дисперсной системы расчетный размер выбирают из соображений
оптимальной производительности с учетом доли участия размерных
классов, меньших расчетных, в общем содержании дисперсной фазы
исходного продукта.
Жировые частицы размерного класса 0—1 мк составляют столь
незначительную часть общего объема жира молока (около 0,2°/о)
я их роль в маслодельном процессе столь ничтожна, что снижение
производительности молочного сепаратора с целью выделения
в сливки частиц размером свыше 0,4 и меньше 1 мк в диаметре неце-
лесообразно.
Поэтому за расчетные принимают при сепарации молока час-
тицы диаметром не меньше 1 мк. Для концентрации в сливках
всех частиц жира размером в диаметре больше 1 мк необходим
в обычных условиях процесса сепарирования молока разделяющий
фактор не меньше:
ф = 2-108—.
^молока 1V сек‘
Латекс. Подлежащие концентрации глобулы каучука под-
вержены вследствие высокой дисперсности (2 мк и меньше) интен-
сивному броуновскому движению в расчетной системе каучук —
серум (технический латекс, полученный от отечественных каучуко-
носов).
Взвешенные в центробежном поле современных производствен-
ных жидкостных сепараторов глобулы каучука диаметром 0,4 мк
и меньше составляют достаточно заметную часть общего объема
каучука исходного продукта, и поэтому в отсепарированной фракции
серума соответствующий значительный процент невыделившегося
каучука теоретически неизбежен.
Доля участия в общем содержании каучука глобул размерного
класса 0—1 мк в данном случае столь значительна, что при кон-
центрации каучука в таком латексе необходим расчет на предельно
острую сепарацию ценой весьма резкого снижения производитель-
ности.
Вследствие этого в этом примере целесообразно за расчетные
принять частицы, соответствующие по размеру пределу сепарации,
т. е. глобулы каучука диаметром 0,4 мк.
Для выделения в концентрат глобул диаметром свыше 0,4 мк
необходим разделяющий фактор не меньше
ф z= 12 5-108 —
^латекс сек
15*
227
Сопоставляя разделяющие факторы и расчетные объемы кровя-
ного, молочного и латексного сепараторов, можно получить пример-
ное соотношение производительностей серии сепараторов данной
конструкции, справедливое для любого размера машины. Таким
образом, если расчетом или опытным путем установлено, что сепа-
ратор при концентрации какого-либо нового продукта имеет произ-
водительность в 10 раз меньше, чем того же размера молочный сепа-
ратор, то все другие машины, какой бы производительности они
ни были по молоку, будут при тех же размерах иметь также в де-
сять раз уменьшенную производительность по данному новому про-
дукту.
Изготовлять же машины с другим соотношением максимального
диаметра тарелок и высоты пакета тарелок не позволяет требование-
примерного равенства моментов инерции сепараторного барабана
относительно главных осей. В результате оказывается возможным;
привести в систему все сепараторы-концентраторы для какого бы
продукта они ни были предназначены. Работа конструктора и техно-
лога весьма упрощается, так как одни и те же номограммы, подобные-
составленным для молочных сепараторов, могут быть использованы,
для графоаналитических расчетов весьма большого количества самых
разнообразных жидкостей.
Для молока, крови и латекса примерное соотношение произво-
дительностей при применении тех же тарельчатых вставок:
1 : : -i- = молоко : кровь : латекс.
Если расположение отверстий нейтрального слоя в кровяном;
сепараторе, как это сделано заводом Кифгойзерхютте (ГДР), соот-
ветственно удалить от оси вращения, то это соотношение изменится
в связи с увеличением производительности сепаратора по крови.
Нефтепродукты. Нефтепродукты очищают на сепарато-
рах от механических примесей, включая воды, т. е. подвергают кла-
рификаторному процессу, отличие которого от процесса концентра-
ции в части расчетной схемы можно усмотреть из сопоставления соот-
ветствующих схем (см. фиг. 8).
Из этого сопоставления видно, что изменение направления дви-
жения исходного продукта и фракций не меняет расчетные основы
процесса, и все формулы, выведенные для процесса концентрации,
приложимы соответственно и для процесса кларификации, так как
и в этом последнем случае физическая сущность расчета состоит
в определении того времени, которое необходимо, чтобы расчетная
частица успела совершить внутри жидкости за время пребывания
этой жидкости в рабочем участке межтарелочного пространства
необходимое для ее выделения из общего потока относительное пере-
мещение.
Для очистки нефтепродуктов необходимы следующие значения
разделяющих факторов нефтяного сепаратора:
Ф = 0,5н-5-108 сек-1 (см. табл. 22),
228
т. е. разделяемость нефтепродуктов в обычных условиях применения
нефтяных сепараторов изменяется в пределах:
—0,2-f- 2-10 8 сек.
Этот диапазон колебаний разделяемости очищаемых жидких
нефтепродуктов обусловлен прежде всего вязкостью, которая в зави-
симости от вида нефтепродукта и температуры сепарирования может
иметь весьма различную величину.
Результаты изложенных в настоящей работе испытаний нефтяных
сепараторов показывают, что для очистки дизельного топлива,
свежих и отработавших смазочных масел от механических примесей,
включая воды, можно применять не только специальные нефтяные
сепараторы, но и подвергнутые относительно несложной переделке
выбракованные молочные сепараторы. Выбраковывать необходимо
те молочные сепараторы, которые в результате длительной эксплуа-
тации ухудшили обезжиривание молока настолько, что дальнейшее
их использование по прямому назначению уже убыточно. Это об-
стоятельство имеет важное значение прежде всего для сельскохо-
зяйственного производства, в котором работают сотни тысяч молоч-
ных сепараторов и для которого широкое внедрение центробежной
очистки нефтепродуктов на нефтебазах МТС и в полевых бригадах
в значительной степени предопределяет успешную эксплуатацию
тракторов и автомобилей, в особенности дизельных.
Внедрение в МТС и совхозы нефтяных сепараторов — это задача
народнохозяйственного значения. Возможность использовать для
центробежной очистки нефтепродуктов выбракованные молочные
сепараторы позволяет экономично и быстро решить эту задачу во
всех МТС и совхозах страны и дает одновременно возможность орга-
низовать своевременную и выгодную замену убыточных сепарато-
ров-сливкоотделителей новыми.
Заводы сепараторостроения должны изготовлять к своим сепара-
торам-сливкоотделителям все необходимые сменные детали для пере-
делки их в случае надобности в нефтяные. Этим можно избежать
необходимость в кустарных переделках на местах и удешевить стои-
мость работ, так как эти работы сведутся к смене деталей и балан-
сировке сепараторного барабана.
Опытный нефтяной сепаратор, переделанный из молочного, эффек-
тивно очищает, как это показали проведенные опыты, жидкие нефте-
продукты (смазочные масла и жидкое топливо) от механических
примесей, включая воду, накапливая эти загрязнения в грязевом
пространстве барабана и наиболее мелкие из них на внутренней
поверхности средних тарелок.
Очистка тарелок после работы сепаратора не представляет труда,
так как при вращении опорожненного от жидкости сепараторного
барабана вся грязь с тарелок слетает на периферию барабана, т. е.
в грязевое пространство.
Необходимая острота очистки может быть практически достиг-
нута путем снижения часовой производительности или повышением
1484 229
температуры сепарирования. Исходное отработавшее масло не должно
„содержать механических примесей более 1%. Если этих примесей
больше, то приходится применять повторное сепарирование.
Если механических примесей меньше 1%, а воды больше 0,5%,
то целесообразно применять непрерывный отвод воды при помощи
пурификационной вставки. При работе сепараторного барабана
в пурификационной сборке часовая производительность уменьшается,
но срок непрерывной работы удлиняется, так как при пурифика-
ции часть механических примесей непрерывно выходит вместе с водой.
Производительность опытного сепаратора может быть отрегули-
рована в зависимости от температуры сепарирования в интервале:
а) для отработавших масел от 15 до 50 л!час при температурах от 20
до 70°; б) для дизельных топлив от 200 до 500 л!час в зависимости
от вида продукта и температуры сепарирования (от 20 до 40°).
Наряду с этим весьма большое значение имеет для промышлен-
ности и сельскохозяйственного производства выпуск не только суще-
ствующих марок нефтяных сепараторов типа НСМ-2, НСМ-3, но
и другой меньшей по размеру и более простой и дешевой по кон-
струкции модели для снабжения нефтяными сепараторами всех более
мелких потребителей жидких нефтепродуктов, к которым следует
отнести различные цехи фабрик и заводов, более мелкие электро-
станции и подстанции, автогаражи, машиноиспытательные станции
со стендовыми испытательными устройствами, МТС, совхозы и дру-
гие предприятия.
Во всех этих производствах очистке нефтяным сепаратором подле-
жат отработавшие, а иногда и свежие смазочные масла, жидкие
топлива, изоляционные масла, мытьевой керосин, антикоррозионные
масла, охлаждающие жидкости и различные другие используемые
для производственных целей жидкости.
9. ВРЕМЯ ПРЕБЫВАНИЯ ЖИДКОСТИ В СЕПАРАТОРНОМ БАРАБАНЕ
КАК РАСЧЕТНАЯ ВЕЛИЧИНА.
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИСПЫТАНИЯ ЖИДКОСТНЫХ
• СЕПАРАТОРОВ
Для завершения процесса сепарации в данных конструктивных
условиях, т. е. для совершения расчетной частицей перемещения,
равного практически межтарелочному расстоянию по горизонтали,
жидкости необходимо пробыть в рабочей части пакета тарелок опре-
деленное время.
Если при проектировании или при эксплуатации сепаратора
установлено недостаточное время, то производительность машины
тем самым завышена. В результате этого будет или неудовлетвори-
тельная или же недостаточно.устойчивая степень разделения. Если
время выбрано излишне длительным, то высокая степень разделения
и ее устойчивость будут достигнуты ценой чрезмерного снижения
часовой производительности сепаратора.
Номинальную производительность жидкостных сепараторов оте-
чественных и зарубежных марок заводы-изготовители устанавли-
230
вают действительно в известных пределах произвольно, и поэтому
сравнивать между собой различные машины по производительности
необходимо, уравнивая их разделяющие факторы.
Для оценки степени совершенства жидкостного сепаратора в части
рабочего процесса необходимо определить методом предельных
диаметров или же каким-либо другим приемом дисперсионного ана-
лиза диаметр наибольших еще встречающихся во фракции частиц
той же дисперсной фазы, которая должна быть выделена сепара-
тором из этой фракции.
Тогда абсолютное значение технологического к. п. д. жидкост-
ного сепаратора определяют по формуле
(11 \ 2
Р-теорет \
Р-эксп I
Экспериментальное определение размера цВ1Ссп' в заводских и
вообще производственных условиях обычно затруднительно. В этом
случае легко определить относительное значение технологических
к. п. д. сепаратора, что для производственных целей, как правило,
вполне достаточно. Определять относительное значение технологи-
ческого к. п. д. при заводских испытаниях лучше всего при помощи
эталонного сепаратора (см. стр. 120).
При сравнительных испытаниях жидкостных тарельчатых сепа-
раторов различных конструкций, предназначенных для одного и того
же технологического процесса, наиболее прост и удобен для опре-
деления относительного значения технологического к. п. д. метод
уравнения разделяющих факторов (см. стр. 133).
10. ЗАДАЧИ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ ЖИДКОСТНЫХ
СЕПАРАТОРОВ И ПРАКТИКИ СЕПАРИРОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ
Практическая цель научной разработки проблемы центрифуги-
рования жидкостей состоит в замене эмпирического конструирования
жидкостных центрифуг и поисков наугад оптимальных режимов
их эксплуатации проектированием и эксплуатацией центрифуг на
основе технического расчета.
Для достижения этой цели имеет значение не только содержа-
ние теории, но и форма изложения ее прикладных разделов. Эта
форма должна быть удобна для использования теории производствен-
ным инженером, так как в этом случае окажется возможным ее прак-
тическое применение в широких масштабах.
В настоящей работе уделено большое внимание изысканию наи-
более практичной методики расчета и, если предложенная мето-
дика окажется действительно удобной для производственного исполь-
зования, то накапливаемый опытный и экспериментальный материал
сможет быть подвергнут обобщению, что и является важнейшей
предпосылкой к критической оценке и дальнейшему развитию тео-
рии вопроса.
Изложенная теория рабочего процесса жидкостного сепаратора
по своему характеру гидростатическая и может быть успешно при-
231
мелена только для тонкослойноработающих тарельчатых сепараторов.
Дальнейшая разработка теории в более обобщенном виде представ-
ляет значительный теоретический и практический интерес.
Современное состояние теории центрифугирования может в зна-
чительной степени способствовать разрешению одной из важнейших
задач в практической проблеме сепарирования жидкостей — задачи
унификации, т е приспособления ограниченного количества кон-
струкций жидкостных сепараторов к осуществлению возможно боль-
шего числа различных технологических процессов.
Дальнейшие аналитические и экспериментальные исследования
еще в большей степени должны помочь практикам сепараторострое-
ния успешно решить эту столь важную по экономическим сообра-
жениям задачу унификации.
ЛИТЕРАТУРА
I. Андрен ко А. П. иГоловковП. И., Маслоочистительные машины.
Военмориздат, 1941, стр. 21.
2. Балаховский С. Г., Реакция осаждения эритроцитов, Госпедиздат.
1928, стр. 28.
3. Б а р р Г., Вискозиметрия (перевод с английского). Изд. ГОНТИ—НК.ТП,
1938. Статья Рабинерсон, стр. 261.
4. Белоусов А. П., Труды НИМИ, вып. 1-й 1938, стр. 311.
5. Б и р к г а н Ю. Б., Центрифуги, их работа, Госмашметиздат, 1934.
6. Болтинский В. Н., Тракторные и автомобильные двигатели, Сель-
хозгиз, 1953, стр. 523.
7. Б р е м е р Г. И., В сборнике «Теория, конструкция и производство сельско-
хозяйственных машин» под ред. В. П. Горячкина, т. 3, 1936, стр. 689.
8. Б р е м е р Г. И., О применении молочных сепараторов для сепарирования
крови, «Мясомолочная промышленность» № 6, 1941, стр. 29.
9. Б р е м е р Г. И., Расчет молочного сепаратора на обезжиривание, НТУ
ВСНХ № 274. 1928.
10. Бремер Г. И., Центрифугирование жидкостей, Диссертация, 1945.
11. Волчков И. И., Эксплуатация и ремонт молочных сепараторов Изд. 2.
Гизлегпищепромиздат, 1953 стр. 106.
12. Ган Ф. В., Дисперсионный анализ (перевод с немецкого), Госхимиздат,
1940, стр. 271.
13. Г а т ч е к Э., Вязкость жидкостей (перевод с английского). Гос. технико-
теоретическое издательство, 1932, стр. 180.
14. Г а у з е р,. Латекс, перевод с английского, 1932, стр. 35.
15. Г е р л а х Р. Э., Руководство по молочному делу в колхозах и совхозах,
Сельхозгиз, 1940, стр. 52.
16. Германский патент № 48615 за 1888 год на имя Бехтольсгейма.
17. ГольдинЕ. М., О движении вязкой жидкости в межтарелочном про-
странстве сепаратора. Инженерый сборник, т. XV, Изд. АН СССР, 1953, стр. 136—
146.
18. Г о р я ч к и н В. П., Собрание сочинений, г. II, Сельхозгиз, 1937,
стр. 233. Задача № 50.
19. ГОСТ 6340-52.
20. Г у т ь я р Е. М., «Сельхозмашина» № 1, 1953. январь, стр. 13.
21. Д о г а д к и н Б. А., Химия и физика каучука. Госхимиздат. 1947, стр. 53
и 72.
22. Д у м а н с к и й А., «Известия Киевского политехнического института».
1913.
23. Журнал «Электрификация сельского хозяйства», № 1, 1935, январь-февраль,
стр. 80.
24. 3 а й к о в с к и й Я С., Химия и физика молока, Пищепромиздат, 1950,
стр. 203.
233
25. И г н а т ь е в А. М., «Резиновая промышленность» № 10. Получение
латекса из сагызов, 1936, стр. 1071.
26. Капица П. Л., Ж. Т. Ф., т. IX, вып. 2, 1939, стр. 124.
27. Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической техноло-
гии, Госхимиздат, 1941, стр. 637.
28. Каталог № 12583, «Альфа-Лаваль», 1936, стр. 25 и № 12562, стр. 27 молоч-
ного сепаратора марки 60.
29. К л е й т о и В., Эмульсии, их теории и >ехнические применения (перевод
с английского), Изд. Иностранной литературы 1950, стр. 197.
30. К р у п и и Г. В. и др., Технологическое оборудование предприятий молоч-
ной промышленности, Пищепромиздат, 1953, стр. 187.
31. К р ю к о в а Т. А., «Журнал физической химии». 1946, 20 стр. 1179, 1947,
21, стр. 365.
32. К у з н е ц о в Б. В., Очистка тяжелого моторного топлива судовых дизе-
лей, Изд. «Водный транспорт», 1938, стр. 13.
33. Кук и Эйзен шюц, Техническая энциклопедия. Издание 2, т. 4,
стр. 889.
34. Л а н д у а -Р о з е м а н, Учебник физиологии человека, т. I, 1910, стр. 33.
35. Л е в и ч В. Г., Физико-химическая гидродинамика, Изд. Академии наук
СССР, 1952, стр. 268.
36. Лукьянов Н. Я., Теория и расчет молочных сепараторов. Пищепром-
издат, 1950.
37. Л ы с к о в ц о в И. В., «Сельхозмашина» № 4, апрель 1955, стр. 18.
38. Л я щ е н к о П. В., Гравитационные методы обогащения, Гостоптехиздат,
1940, стр. 41.
39. Милович А. Я., Теория динамического взаимодействия тел и жидкости.
Госуд. изд. литературы по строительству и архитектуре, 1955, стр. 3.
40. Монахоз А. В., Труды МИМЭСХ, Механизация животноводства,
Машгиз, 1956.
41. Натусс-Андреев В. А., Технология крови. Снабтехиздат, М.—Л.
1933, стр. 36.
42. П е л е е в А. И., Механическое оборудование мясокомбинатов, Пищепром-
издат, 1938, стр. 241.
43. Перри Дж., Справочник инженера-химика, т. 2 (перевод с англ.), 1947,
стр. 442.
44. П е с к о в Н. П., Физико-химические основы коллоидной науки, Госхим-
техиздат, 1932, стр. 319.
45. Прандтль Л., Гидроаэромеханика (перевод с немецкого). Изд. И—Л.
1949, стр. 218.
46. Прандтль-Т итьенс, Гидро- и аэромеханика, т. 2 (перевод с
немецкого). ОНТИ НКТП, 1935, стр. 131—135.
47. Рубцов П. А., «Электричество» № 5, 1949, стр. 14 и № 10, 1950, стр. 18.
48. Селиванов А. И., Дизельная топливная аппаратура, Сельхозгиз,
1954, стр. 137.
49. Соколов В. И., Трубчатые сверхцентрифуги, Госхимиздат, 1949.
50. С о к о л о в В. И., Центрифуги, Машгиз, 1950.
51. Соколов В. И. иШкоропадД. Е., Автоматические и непрерывно
действующие центрифуги, Машгиз, 1954.
52. С у р к о в В. Д., Липатов Н. Н., Некоторые свойства радиальных
потоков, Труды МХТИМП, т. 1, 1952.
53. Технология растительного каучука и гуттаперчи, Госхимиздат, 1944,
стр. 132.
54. Тимошенко С. П., Теория колебаний в инженерном деле, изд. 2.
ГНТП, 1932, стр. 165.
234
55. Уокер Л у и с, М а к-А даме. Типовая химическая аппаратура (пере-
вод с англ.), Издание ОНТИ, Химтеорет. Ленинград, 1935, стр. 467 и 469.
56. Ф и г у р о в с к и й Н. А., Седиментометрический анализ. Изд. АН СССР,
1948, стр. 45—84.
57. Фрумкин А. Н., Л е в и ч В. Г., «Журнал физико-химии» № 20, 1947,
стр. 953.
58. X а н з и к е р О. Ф., Производство масла (сокращенный перевод с англий-
ского), Пищепромиздат, 1938, стр. 10.
59. Ч е п о в , Прижизненное промывание крови, «Советская наука»
№ 8, 1939.
60. Шведский патент № 365 от 3 июля 1878 г. на имя Оскара Ламма — ком-
паньона Лаваля.
61. П1 и т и к о в Б. В., Динамическая балансировка роторов. Траисжелдор-
издат, 1951.
62. Эйнштейн А., Смолуховский М., Броуновское движение,
Сборник статей под ред. Б. И. Давыдова, изд. ОНТИ, 1936.
63. Abderhaldens Handbuch der biolog. Arbeitsmethoden Lief. 248, 1927, стр. 689.
64. A 1 1 e п H. S„ Phil. Mag. 1900. 50, стр. 323.
65. Andreasen A., Kull. Ztschr. 1929, 48, стр. 175.
66. Arnold H., «Phil. Mag.» 1911. 22, стр. 755.
67. Bastschinski-Predvoditeljew. Z. S. fiir Physik Bd 49.
1913. Heft 3—4 Z. Physik Chem. 84. 1913, стр. 643.
68. В e c h h о 1 d & V i 1 1 a. Biochem. Ztschr. 1925. 165, стр. 250.
69. Block B., Die siebloseSchleuder zur Abscheidung vonSink-und Schwebesto-
ffen u. s. w. Otto Spamer Leipzig 1921.
70. Bon d. Phil., Mag. 1927, 4, стр. 889, s
71. C a s t e 1 m a n n U. S., National Advisory Committee for Aeronautics.
Technical Note № 321. 1926.
72. Cunningha m., Proc. Roy. Soc. (A). 83, 2-я часть, 1910, стр. 357.
73. E i n s t e i n A., Ann. d. Phys. 1906, 19, стр. 289.
74. .E i n s t e i n A., Ann. d. Phys. 19, 1906. стр. 289; 34. 1911, стр. 591. •
75. F a x e n, Ann. d. Phys. 1922. 68, стр. 89.
76. Fiedler «Р. A.», t. 1923. 200, стр. 330. Heft 1/2.
77. F i s c he г H u g o, Technologic desScheidens, Mischens und Zerkleinerns,
1920 стр. 45. Verlag’Otto Spamer.
78. Fleischmann W., Beitrage zur Theorie, Die landwirtschaftliche Vers.
Stat. Tom. 39, 1891, стр. 31—40.
79. Fleischmann W., Das Molkereiwesen, 1876, стр. 226. Die landw.
Vers. Stat. Bd XXVI. 1880 стр. 187—189.
80. Fleischmann W., Lehrbuch der Milchwirtschaft 1898, стр. 185 и
•6-е издание 1922, стр. 276.
81. F б р р 1 A., Technische Mechanik Bd IV 1901, стр. 238.
82. Fritz W., Журнал Milchwirtschaftliche Forschungen Bd 16 Heft 596.
J 934, стр. 476.
83. Fritz und M e п n ic k e, Ueber Konstruktion, Berechnung' tmd Priifung
von Milchentrahmungsschleudern RKTL Heft 34 1932, стр. 25—37.
83, a. F u r t h R. Ann. d. Phys. 1920. 63, стр. 521.
84. GansR. Sitzungsberichte d. Akademie Miinchen 1911, стр. 191.
85. G i e s e 1 e r und Werner., Berichte fiber Versuche. . . Landw. Jahrbfl-
•cher 1881, стр. 137—161.
86. G i e s e I e r, Ueber die Berechnung der Wirkung Landwirtschaftliche
Jahrbiicher XX11. 1893, стр. 569.
87. Handbuch der Milchwirtschaft. Winkler Bd II Teil 2. 1931, стр. 5.
235
88. H e f t e r.. Technologic der Fette und Oele Bd Ill. 1910, стр. 121.
89. Henkel., Deutsche Medic. Wochenschrift 1924, стр. 1138.
90. Huygenius Christianas. De vie centrifuga opuscula postuma.
Lugduni. Batavorum Leyden. 1703, стр. 401.
91. К i г c h о f f G., Vorlesungen fiber mathemat. Phys. 4 изд. 1. 1897, стр. 378.
92. La d e n b u rg R., Ann. d., Phys. 1907, 22, стр. 287.
93. L i e b s t e r' und S h i 1 1 e r, Phys. Zeitschr. 1924, 25 стр. 670.
94. L i e b s t e r H., Ann. d. Phys. 1927. 82 стр. 541.
95. L о r e n t z H. A., Abhandl. fiber theoretische Phys. 1906. 1, стр. 41.
96. Lucas Fr. F., Ind. and Eng. Chem. 30. 1938, стр. 146.
97. L u n n о n, Proc. Roy. Soc. 1928. 118A, стр. 680.
98. Mart in у Benno, Die Schleuderentrahmung. Zweiter Band (1915>
Paul Parey Berlin.
99. Mason a, Weaver, Phys. Rev. 1924. 23. стр. 412, 1926, 27, стр. 499; Z.
Phys. 1927. 43, стр. 296, 1928 49, стр. 311.
100. Me L e о d, Trans. Faraday Soc. 1923, 19, стр. 289.
101. Meyer E. und Gerlach W-, Ueber die Gfiltigkeit der Stokeschen
Formel und die Massenbest immung ultramikroskopischen Partikel. Arbeiten aus den
Gebiet d. Phys. Mathem. und Chemie. Festschrift fur Elster und Geitel. Braunschweig
1915.
102. Millikan, Phys. Rev. April 1911.
103. Mohr und В rockman n., Milchwirtschaftliche Forschungen Bd XI
Heft 3. 1931, стр. 211.
104. Newton, Principia Lib„ II. Prop. XXIX.
105. О s e e n C. W.. Arkiv for Math. Astr. och Pysik. 1910, 6, Nr 29; 1911, 7,
Nr 9—12.
106. P e r r i n J. La loi de Stockes et le mouvement brownien. Comptes Rendus
t. 147. 1908, стр. 475.
107. P о n d e г.. Quart Journ. of Exper. Physiol. 1925 в BPh (Berichte fiber die-
gesammte Physiologic) 15 стр. 235 и 1926, 16, стр. 173.
108. P г z i b r a m K., Sitzungsberichte Akad. Wien 121 Abt Ila. 1912, стр. 2346.
109. Rahn & Scharp., Physik der Milchwirtschaft. 1928, стр. 71.
110. R a i 1 e i g h Lord, Phil. Mag. 1893, 36, стр. 365.
111. R ec . Tr a v. chim., Pays-Bas. 23. 1904. стр. 218.
112. R i n d e. Dissertation Upsala 1928.
113. S c h m i e d e 1. Phys. Zeitschr. 1928. 29 стр. 593.
114. S c h m i t z C., Zerlegung und Reinigung. .. журнал Z. d. V. D. I. Bd 70
Nr 23 1926, стр. 757.
115. S c h m i t z C & F. J., Die Verteilung der Milch auf Tellerzwischenraume
verschiedener Weite in einer Schleudertrommel журнал Die Milchwissenschaft Heft
6 июнь 1951, стр. 196—200.
116. S c h m i t z F. J., Die Verteilung der Milch im Tellerraum der Separatoren
журнал Die Milchwissenschaft Heft 12 декабрь 1950, стр. 420.
117. Sc h neck A., Milchwirtschaftliche Forschungen Bd X Heft 1—2. 1930
стр. 1—29. Bd XII Heft 4—5. 1931, стр. 315.
118. Schneck und К о h 1 h a r d, журнал Milchw. Forsch. Bd 9. 1930, стр. 186,
119. SmoluchowskiM., Anna!, d. Phys. 21 1906, стр. 756—780.
120. Smoluchowski M., Koll. Ztschr. 1916. 18, стр. 194.
121. Smoluchowski M., Sitz. Ber. Ak. d. Wissensch. Wien (Ila) 1915-,
124, стр. 263—276.
122. S toe k J., Anz. Ak. Krakau. 1911, стр. 18.
236
123. Stokes G., Cambr. Trans. 9. 1851, стр. 58. Mathem. and Phys. Papers. 3,
1851, стр. 59.
124. S ved berg The and N i с к о 1 s, Journ., Amer. Chem. Soc. 1924. 46.
стр. 2677.
125. S ved bergT he., Koll., Ztschr. Lief. I. Heft I. 1930, стр. 11.
126. Svedberg The, Ztschr. f. Elektrochemie 12. 1906 № 47 стр. 853.
127. Svedberd The, Zsigmondy Festschrift zu Bd XXXVI der Koll.
Ztschr. 1925, стр. 53.
128. Svedberg und E s t r u p., журнал Kolloid Z. 1911, 9, стр. 259.
129. SvedbergThe und P e d e r s e n К- O., Die Ultrazentrifuge. Dresden
Leipzig 1940.
130. Sven Ljungquist, Ett ny Pafund ad efter Trostkuingen rensa eller
kasta Saden Kongl. Svenska vetenskaps Akad. Handlingas for Ar 1752. Vol III
Stockholm, стр. 208.
131. T r a w i n s к i H., Chemie-Ing.-Techn. 1954, Jahrgang 78 Nr 11 стр. 357.
132. Vormfelde R., Landw. Jahrbiicher 1909, стр. 1.
133. Waeser Br., Dr.-Ing. Zentrifugen журнал Deutsche Farbenzeitschrift
Heft 5. 1954, стр. 162.
134. Westgren, Ann. d. Phys. 1917, 52, стр. 308.
135. Weyssenhoff J., Ann. d. Phys. 1920. 62, стр. 11.
136. W i I s m a n n W., Der Trennvorgang in der Schleudertrommel журнал Die
Milchwissenschaft Heft 11 ноябрь 1948, стр. 330.
137. W i 1 s m a n n W., Der Trennforgang in derSchleudertrommel журнал Die
Milchwissenschaft. Heft 12 декабрь 1948, стр. 370.
138. Wilsma nn W., Mathematische Untersuchung des Trennvorganges in
der Schleudertrommel 1933, стр. 50.
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
Авогадро 53, 226
Арнольд 56, 58
Бехтольсгейм 7
Брюн Лобри де 51
Вейсенгоф 58, 61
Везер 236
Вестгрен 58
Весткот 182
Вильсман 236
Волчков И. И. 16
Ганс 59
Гаузер 181, 182
Герлах Р. Э. 153
Гольдин Е. М. 80
Горячкин В. П. 3, 4, 74, 80, 81, 83, 121,
125, 221
Гутьяр Е. М. 124
Гюйгенс 5
Догадкин Б. А. 182
Думанский А. В. 233
Игнатьев А. М. 177
Калькар ван 51
Капица П. Л. 16
Карсницкая М. С. 159
Кастельман 57
Кильгард 114
Кориолис 66, 67, 69
Куниингем 55, 56
Лаваль 6, 13
Ладенбург 58
Левенгук 108
Липатов Н. Н. 60
Лоренц 57
Лукас 179
Лукьянов Н. Я. 3, 28
Лумис 182
Лысковцев И. В. 37
Мартини 125
Меннике 108
Минкин 3. М. 215
Милович А. Я. 234
Монахов А. В. 125, 126
Навье 54, 55, 57, 80
Новиков О. П. 41
Ноннева Т. Г. 155, 159
Ньютон 54, 84 85
Осеен 57
Прандтль 77
Песков Н. П. 73, 226
Потков Г. А. 41
Праль 39
Пржибрам 59
Пуазейль 84
Рейнольдс 54, 56, 57, 60, 101, 171
Ринде 59
Рубцов П. А. 124
Рэлей 56
Свамердам 169
Сведберг 48, 100, 108, 119, 121
Смолуховский 47, 53, 62, 223
Соколов В. И. 3, 24, 43, 84
Стемп 182
Стокс 54, 55, 56, 57, 59, 61, 62, 67, 80,
96, 101, 108, 166
Сурков В. Д. 60
Травинский 84
Троу 95
Утермарк 176, 182
Фёппль 15
Фигуровский Н. А. 121
Флейшман 97
Фриц 89, 108
Фруд 81, 84
Чесноков Г. П. 3
Шарп 95
Швецов А. А. 135
Шкоропад Д. Е. 3, 43
Шмидель 59
Шмитц 76, 78, 79, 80, 127, 128
Шнек 114
Эйнштейн 62, 72
Энглер 210
Эструп 108
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Агглютинация 166
Агрегатное состояние 59, 96, 179
Агрегатирование 94
Адсорбция 87, 90, 93, 98, 177
Альфа-вставки 7, 8, 10, 86, 94
Аиизодиаметричиость 59
Бактерии 26, 153, 163
Балансировка 11, 125, 146, 203
Броуновское движение 48, 87, 107, 176
Вес тарелки 127
Взрывобезопасный 191
Восстановительная пара 18
Время пребывания 10, 16, 32, 239
Время релаксации 47, 62, 98, 223
Вязкость 71, 85, 98, 107, 169, 181
Г азонепроницаемый 191
Гевея 176
Гемоглобин 166
Гемолиз 164, 167
Гетерогенные 11, 49
Гидравлический затвор 20
Гидрофильный 177
Гипериммунизация 164
Глобула каучука 47, 178
Гомогенизация 100
Гомогенные смеси 49
Графоаналитический расчет 135
Грязевое пространство 19, 75, 131, 139,
140
Давление 77
Двухсекционный барабан 24
Дефибринирование 164
Диаметр частицы 102, 107
Дисперсные системы 50, 155, 165,
177, 194
Дисперсионный анализ 121, 132
Дисперсность 50, 86
Диффузия 48, 100
Длительность работы 19, 139
Жидкие нефтепродукты 194
Жировые частицы 108
Интенсификация 10, 43, 51, 80, 221
Интерпретация физическая 80
Иоииый обмен 107
Кажущаяся масса 62
Камерные барабаны 28, 32
Катафорез 106
Качающийся стенд 43
Кинетическая неустойчивость 72, 73
Кларификатор 12
Классификация 12, 81
Коагуляция 212
Коалесценция 93
Конгломерация 94, 97
Концентратор 16,
Кориолиса сила 66, 68
Коэффициент трения 75
К- п. д технологический 72, 104, 121,
231
Кривая частоты 94, 118, 127, 128
Критерий подобия 54 , 56, 71, 81, 222
Критические скорости 13, 15, 124
Кровь 48, 51, 164
Лабораторный сепаратор 39
Ламинарный 60, 75
Латекс 48, 51, 177, 187
Лейкоциты 169
Лиофильный 87
Лиофобный 87
Лувеста 36
Масса кажущаяся 62
Медленность движения 56
Микрогетерогеиность 50
Молекулярный коэффициент трения 55
Молокоочиститель 76, 142
Напайки 159
Напряжение стенок 156
Нейтральный слой 23, 172
Непрерывность работы 19, 23
Нефтепродукты жидкие 194
Номограммы 135
Оболочка 89
Обороты критические 13, 15, 124
Образование токов III, 225
Объем: рабочий 73, 224
расчетный 71, 73
средний 114
Объемное соотношение 23, 172
Острота сепарации 40
Отстойный слой 54
Отстойник 61, 64
Пастеризация 153, 163
Пастообразование 183
239
Пенообразование 26
Переполнение 74, 171,224
Питание 169
Плотность 88, 98, 168, 170, 181
Подобия критерий 54, 56, 71, 80,222
Посадка барабана 125
Предел сепарации 72, 100, 181, 226
Предел отстоя 53
Предельный диаметр 104, 112, 117
Применение сепараторов 9, 51
Пробег молекул 56
Производительность 72, 134, 160, 182,
210
Профиль скоростей 80
Пурификатор 18, 190
Равномерность загрузки 128
Радиус
критический 56
предельный 114
приведенный 70, 224
эквивалентный 59
Разделяемость 45, 47, 63, 91, 97, 103,
159, 196, 215, 223
Разделяющий фактор 45,47,63, 71,160,
223
Разрешающая способность микроскопа
51,100
Расстояние между тарелками 75, 126
Расчетный объем 71
Расчетный участок 92, 165, 179
Реактивная центрифуга 38
Реакция оседания 55, 165
Ребра 19
Регулировка объемных отношений 19,
28
Релаксация время 47, 62, 98, 223
Самобалансировка 11—15
Седиментационное равновесие 100
Седиментационный слой 53
дрожжевой 10 закрытые 26, 28 кровяной 22, 164 камерные 28, 32
Сепаратор лабораторный 39 Лаваля 6, 11
латексный 176
нефтяной 17, 39, 189
полузакрытые 26, 31
сверхжирных сливок 20
эталонный
Сепараторная слизь 159
Сепарация холодная 103
Серум 165, 181
Сила Кориолиса 66, 161
Скольжение 75, 78, 161
Скорость критическая 13, 124
Скорость осаждения 112
Сливание частиц 89
Собственный подъем 28
Сольватация 78
Сопротивление среды 53, 55, 67, 105
Степень дисперсности 50, 59, 86, 179
обезжиривания 40
Стробоскопические наблюдения 130
Сыворотка 168
Тарелки 17, 18, 19, 20, 23, 86, 169
Технологический к. п. д. 72, 104, 121,
231
Тиксотропия 85
Тоикослойность 74 , 225
Тромбоциты 169
Турбулентность 59, 60
Угловая скорость 77, 79
Угол наклона тарелки 75, 131, 140
Укрупнение частиц 89
Ультрацентрифуга 12, 100, 119
Упругость опоры 11, 125
Ускорение Кориолиса 66
Устойчивость кинетическая 72
обезжиривания 104
Фибрин 164
Форма частиц 59, 178, 180
Форменные элементы 166, 169
Холодная сепарация 103
Центрифуги классификация 12
области применения 9
реактивные 38
Центробежная разгрузка 24, 26, 27
Центробежная сила 5
Центробежная пара 13
Центр тяжести барабана 13
Частица: расчетная 53, 97
предельная 53, 87, 104, 107
взвешенная 46, 53, 100
Шнурообразоваиие 89
Эквивалентный радиус (диаметр ) 59
Эквипотенциальные поверхности 65
Экономичность 44
Экстракция 32
Электрофорез 1000
Эмульгаторная пленка 98
Эритроциты 48, 59, 108, 169
Эталонный сепаратор 120
Эффективный вес 61
Эффективная масса 62
Эффективная сила 68, 69
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............................................................. 3
Введение ................................................................ 5
Раздел первый. Основы теории сепарирования
I Гомогенные и гетерогенные смеси, сепарирование и отстой.......... 49
2. Предел разделения отстоем. Сопротивление среды.................. 51
3. Закон сопротивления Стокса. Его нижняя и верхняя границы примени-
мости и степень дисперсности движущихся частиц. Влияние на сопро-
тивление среды стенок, анизодиаметричности, агрегатного состоя-
ния. Ламииарность потока.................................... . • . 54
4. Расчет процесса отстоя. Период ускоренного движения. Время релак-
сации и разделяемость. Механический разделяющий фактор отстой-
ника .............................................................. 60
5. Расчет рабочего процесса жидкостного сепаратора. Механический раз-
деляющий фактор сепаратора. Разделяемость смеси и сопротивляе-
мость смеси разделению. Расчет производительности сепаратора . 64
6. Критическое значение движущей силы сепараторного процесса.
Кинетическая неустойчивость дисперсной системы и предел сепарации 72
7. Рабочий-и расчетный объем сепараторного барабана. Переполнение
8. Значение тонкослойнести, Расстояние между тарелками. Угловая 73
скорость жидкостного кольца. Распределение скоростей по сечению
потока. Равномерность загрузки тарелок..........................• 74
9. Сопоставление процессов отстоя и сепарации. Задача акад. В. П. Го-
рячкина. Физическая интерпретация расчетных величии. Критерий
Фруда. Интенсификация.............................................. 80
10. Физико-механические свойства гетерогенных смесей, вязкость,
степень дисперсности, плотность, разделяемость как расчетные
величины ........................................................ 84
Раздел второй. Приложение теории к расчету сепараторов
Гласа /. Молочный сепаратор ........................................... 92
1. Физические основы рабочего процесса молочного сепаратора .... 92
2. Отдельная жировая частица как объект расчета................... 98
3. Предел обезжиривания молока...................................... 100
4. Поверочный расчет на-применимость закона сопротивления Стокса 101
16 Бремер 1484 241
5. Расчет молочного сепаратора па обезжиривание ........... . . . ГОГ
6. Холодная сепарация ........................................... 103
7. Устойчивость обезжиривания и технологический к. п. д. сепаратора 104
8. Экспериментальное определение технологического к. п. д. Оценка
качества работы молочных сепараторов методом предельных диа-
метров .......................................................... 104
9. Практическое применение метода предельных диаметров для техно-
логической оценки совершенства конструкции молочного сепаратора 112
10. Числовой пример определения предельного диаметра.............. 114
11. Определение предельного диаметра с помощью кривой частоты обрата 117
12. Заводские приемы испытания .................................. 119>
13. Экспериментальное обоснование расчетного значения технологи-
ческого к. п. д. молочного сепаратора............................. 121
14. Факторы, влияющие иа технологический к. п. д. конструкции . . . . 123
15. Номинальная и действительная производительность молочных
сепараторов. Испытание сепараторов методом уравнения разделяю-
щих факторов..................................................... 132*
16. Проектирование серии молочных сепараторов. Графоаналитический
расчет .......................................................... 135<
17. Сепараторы-молокоочистители. Технологический расчет........... 152
Глава II. Кровяной сепаратор ......................................... 164
1. Общие сведения ............................................. 164
2. Расчетная дисперсная система кровяного сепаратора ............ 164
3. Основные для сепарации свойства крови. Гемолиз.......... 16&
4. Кровяная сыворотка. Плотность. Вязкость.................. 163
5. Форменные элементы. Эритроциты ............................... 169
6. Поверочный расчет на применимость закона сопротивления Стокса 170'
7. Технологический расчет кровяного сепаратора-биофабрик .... 171
8. Поверочный расчет промышленного кровяного сепаратора БЦА-3
(выпуск 1955 г.).......................................... 172
9. Основные конструктивные изменения ...».................. 173
Г лава 111. Латексный сепаратор .................................... 176
1. Общие сведения ............................................. 176
2. Технический латекс, как расчетная дисперсная система. Важней-
шие для сепарации общие свойства................................. 177
3. Глобула каучука как объект расчета. Строение, форма, степень
дисперсности, агрегатное состояние, плотность................... 179'
4. Серум. Его плотность и вязкость............................. 181
5. Предел сепарации ............................................ 181
6. Расчет производительности латексного сепаратора. Оптимальный
рабочий режим ................................................... 182
7. Конструктивные изменения, необходимые для приспособления сепа-
ратора к концентрации каучука в латексе ............ 185
242.
Глава IV. Нефтяной сепаратор ....................................... 189
1. Общие сведения .............................................. 189
2. Жидкие нефтепродукты как расчетные дисперсные системы. Их
разделяемость.................................................... 194
3. Испытание нефтяного сепаратора НС-1 ......................... 197
4. Приспособление выбракованных молочных сепараторов к очистке
жидких нефтепродуктов ........................................... 200
5. Технологический расчет экспериментального нефтяного сепаратора
и его испытание ................................................. 209
Заключение .......................................................... 221
1. Сущность процесса сепарирования жидкостей. Интенсификация 221
2. Физический смысл расчета рабочего процесса жидкостного сепаратора 222
3. Метод технологического расчета жидкостного сепаратора........ 222
4. Разделяемость и ее физический смысл.......................... 223
5. Разделяющий фактор, как расчетная величина. Его определение 223
6. Технологический к. п. д. жидкостного сепаратора.............. 224
7. Значение тарельчатых вставок. Их загрузка. Скорости движения
жидкости между ними ............................................. 225
8. Предел сепарации. Сопоставление рабочих процессов кровяного,
молочного, латексного и нефтяного сепараторов.................... 226
9. Время пребывания жидкости в сепараторном барабане, как расчетная
величина. Сравнение методов технологического испытания жидкост-
ных сепараторов ................................................. 230
10. Задачи дальнейшего развития теории жидкостных сепараторов и
практики сепарирования жидкостей ................................ 231
Литература...................................................... 233
Именной указатель............................................... 238
Предметный указатель............................................ 240
Георгий Иванович БРЕМЕР
ЖИДКОСТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
Технический редактор А. Ф. Уварова
Корректор В. А Перевозчикова
Обложка художника А. Я. Михайлова
Сдано в производство 17/ХП 1956 г.
Подписано к печати 15/V 1957 г.
Т-04541 Тираж 3000 экз. Печ. л. 15,25
Уч.изд. л. 16,15 Бум. л. 7,63
Формат 60Х921/1в. Зак. 1484.
1-я типография Машгиза, Ленинград,
ул. Моисеенко, 10.
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стра- ница Строка Напечатано Должно быть
81 Формула (87) ЛК ~ tga д/? tga
139 2-я снизу Л3 Л
147 14-я снизу 2000 1250
151 Подпись под фиг. 72 300 3000
161 9-я сверху л/час CJM3
л/час

178 Фиг. 86 Цветонос Крым-сагыз цветонос
Г. И. Бремер. Жидкостные сепараторы. Зак. 1484.