Пищевое оборудование

Отстойники

Отстаивание (осаждение в поле сил тяжести) является более дешевым процессом, чем другие процессы разделения неоднородных систем, например фильтрование. Отстаивание используют для предварительного разделения суспензий, что позволяет ускорить (при прочих равных условиях) их дальнейшее фильтрование или центрифугирование.

Отстаивание проводят в аппаратах, называемых отстойниками. Различают аппараты периодического, непрерывного и полунепрерывного действия, причем непрерывно действующие отстойники, в свою очередь, делятся на одноярусные, двухъярусные и многоярусные.

Периодически действующие отстойники

Периодически действующие отстойники представляют собой неглубокие бассейны без перемешивающих устройств (рисунок 1.). Такой отстойник заполняется суспензией, которая остается в состоянии покоя в течение определенного времени, необходимого для оседания твердых частиц на дно аппарата, После этого слой осветленной жидкости сливают через сифонную трубку или краны, расположенные выше уровня осевшего осадка. Последний, обычно представляющий собой подвижную текучую густую жидкую массу — шлам, выгружают вручную через верх аппарата или удаляют через нижний спусковой кран.

Размеры   и   форма   аппаратов периодического действия зависят от концентрации  дисперсной   фазы   и размеров   ее   частиц.   Чем   крупнее частицы и чем больше их плотность, тем меньший диаметр может иметь аппарат. Скорость отстаивания существенно зависит от температуры. При этом скорость осаждения обратно пропорциональна вязкости, а последняя уменьшается с увеличением температуры.

Для отстаивания небольших количеств жидкости применяют отстойники в виде цилиндрических вертикально установленных резервуаров с коническим днищем, имеющим кран или люк для разгрузки осадка и несколько кранов для слива жидкости, установленных на корпусе на разной высоте.

Рисунок 1 - Отстойник периодического действия
Рисунок 1 — Отстойник периодического действия

Отстойники полунепрерывного действия

Отстойники полунепрерывного действия. Для отстаивания значительных количеств жидкости, например для очистки сточных вод, используют бетонные бассейны больших размеров или несколько последовательно соединенных резервуаров, работающих полунепрерывным способом: жидкость поступает и удаляется непрерывно, а осадок выгружается из аппарата периодически (рисунок 2).

Рисунок 2 - Отстойник полунепрерывного действия лоткового типа
Рисунок 2 — Отстойник полунепрерывного действия лоткового типа

На  рисунке 3   показан  отстойник   полунепрерывного  действия  с наклонными перегородками. Наличие перегородок увеличивает время пребывания жидкости и поверхность осаждения в аппарате. Возникающие инерционные   силы   при   изменении   направления   движения   потока, способствуют ускорению процесса.

1 – штуцер для ввода исходной суспензии; 2 – корпус; 3 – наклонные перегородки; 4 – бункера для осадка; 5 – штуцер для отвода осветленной жидкости. Рисунок 3 - Отстойник с наклонными перегородками
1 – штуцер для ввода исходной суспензии; 2 – корпус; 3 – наклонные перегородки; 4 – бункера для осадка; 5 – штуцер для отвода осветленной жидкости.
Рисунок 3 — Отстойник с наклонными перегородками

Исходная суспензия подается через штуцер 1 в корпус 2 аппарата, внутри которого расположены наклонные перегородки 3, направляющие поток попеременно вверх и вниз. Осадок собирается в конических днищах (бункерах) 4, откуда периодически удаляется, а осветленная жидкость непрерывно отводится из отстойника через штуцер 5.

В промышленности наиболее распространены отстойники непрерывного действия, которые широко применяются, например, при производстве сахара (для удаления из сока осадка извести после 1-ой сатурации).

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой (рисунок 4) представляет собой невысокий цилиндрический резервуар 1 с плоским коническим днищем и внутренним кольцевым желобом 2 вдоль верхнего края аппарата. В резервуаре установлена мешалка 3 с наклонными лопастями, на которых имеются гребки 4 для непрерывного перемещения осаждающегося материала к разгрузочному отверстию 7. Одновременно гребки слегка взбалтывают осадок, способствуя этим более эффективному его обезвоживанию. Мешалка делает от 0,015 до 0,5 об/мин, т. е. вращается настолько медленно, что не нарушает процесса осаждения. Исходная жидкая смесь непрерывно подается через трубу 5 в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и удаляется через штуцер 6. Осадок (шлам – текучая сгущенная суспензия с концентрацией твердой фазы не более 35—55%) – удаляется из резервуара при помощи диафрагмового насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя 8 через редуктор.

1 - корпус; 2 - кольцевой жёлоб; 3 - мешалка; 4 -лопасти с гребками; 5 - труба для подачи исходной суспензии; 6 - штуцер для вывода осветлённой жидкости; 7 - разгрузочное устройство для осадка (шлама); 8 - электродвигатель. Рисунок 4 - Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой
1 — корпус; 2 — кольцевой жёлоб; 3 — мешалка; 4 -лопасти с гребками; 5 — труба для подачи исходной суспензии; 6 — штуцер для вывода осветлённой жидкости; 7 — разгрузочное устройство для осадка (шлама); 8 — электродвигатель.
Рисунок 4 — Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой

Вместе с удаляемым осадком часто теряется значительное количество жидкости. Поэтому для уменьшения ее потерь осадок из первого отстойника направляют во второй для отмывки водой и последующего отстаивания. Осадок, полученный во втором аппарате, будет содержать такое же количество жидкости, что и осадок в первом отстойнике, но уже значительно разбавленной водой. При наличии нескольких последовательно соединенных отстойников можно удалить из осадка до 97—98% жидкости. Для уменьшения количества промывных вод отстаивание проводят по принципу противотока. Осадок последовательно движется из первого отстойника в последний, а вода — в противоположном направлении. Промывные воды используют затем для приготовления исходной суспензии.

Кроме непрерывности действия и большой  производительности (составляющей иногда 3000 т/сутки осадка) гребковые отстойники обладают следующими достоинствами: в них достигается равномерная плотность осадка, имеется возможность регулирования  ее   путем изменения производительности, обеспечивается более  эффективное обезвоживание осадка вследствие легкого взбалтывания его мешалкой. Работа таких отстойников может быть полностью автоматизирована. К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость. Гребковые нормализованные отстойники имеют диаметр от 1,8 до 30 м, а в некоторых производствах, например для очистки воды, отстойники достигают в диаметре 100м.

При необходимости установки ряда отстойников значительных диаметров занимаемая ими площадь будет велика. В целях её уменьшения применяют многоярусные отстойники, состоящие из нескольких аппаратов, установленных  друг   на друга.   Различают   многоярусные  отстойники закрытого и сбалансированного типов (рисунок  5  а, б).

Простейший многоярусный отстойник закрытого типа (рисунок 5, а) представляет собой несколько отстойников, поставленных друг на друга и имеющих общий вал для гребковых мешалок и привод. В местах прохода вала сквозь днище каждого отстойника установлены уплотняющие сальники. Таким образом, в этих отстойниках слив осветленной жидкости и выгрузка осадка осуществляются раздельно из каждого яруса.

1 – распределитель исходной суспензии; 2 – труба-стакан для ввода суспензии в каждый ярус; 3 – коллектор для сбора осветленной жидкости; 4 – сборник осадка (шлама). Рисунок 5 - Многоярусные отстойники закрытого (а) и сбалансированного (б) типов
1 – распределитель исходной суспензии; 2 – труба-стакан для ввода суспензии в каждый ярус; 3 – коллектор для сбора осветленной жидкости; 4 – сборник осадка (шлама).
Рисунок 5 — Многоярусные отстойники закрытого (а) и сбалансированного (б) типов

Более совершенными являются многоярусные отстойники сбалансированного, или уравновешенного, типа (рис. 5 б). В них, в отличие от отстойников закрытого типа, ярусы последовательно соединены по шламу: стакан для удаления шлама из каждого вышерасположенного яруса опущен нижним концом в слой сгущенного шлама нижерасположенного яруса.

Отстойники работают следующим образом: исходная суспензия из распределительного устройства 1 подается через стаканы 2 в каждый ярус. Осветленная жидкость через сливные патрубки собирается в коллектор 3. Сгущенный осадок при применении отстойника закрытого типа удаляется раздельно из каждого яруса в сборники 4, а в случае отстойника сбалансированного типа — только из нижнего яруса.

Таким образом, в аппаратах закрытого типа дно каждого яруса воспринимает давление всей массы находящейся в нем суспензии, а у отстойников сбалансированного типа нагрузку на дно испытывает только нижний ярус. В отстойниках сбалансированного типа не требуется специальных уплотнений в местах прохода вала сквозь днища ярусов.

Отстойник непрерывного действия с коническими полками

Помимо многоярусных отстойников большая поверхность осаждения достигается также в отстойниках непрерывного действия с коническими полками (рисунок 6), применяемых, например, для отстаивания сатурационных соков сахарных заводов. Разделяемая суспензия подается через штуцер 1 и распределяется по каналам между коническими полками 2 (через одну), на поверхности которых происходит осаждение твердых частиц. Осевшие частицы сползают по наклонным полкам к стенкам корпуса и затем перемещаются вниз к штуцеру 3 для удаления шлама. Осветленная жидкость отводится по каналам 4 между двумя вышележащими полками и выводится из аппарата через штуцер 5. Достоинством отстойников этого типа является отсутствие движущихся частей и простота обслуживания.

1 – штуцер для подвода разделяемой суспензии; 2 –конические полки; 3 – штуцер для отвода шлама; 4 – каналы для отвода осветленной жидкости; 5 – штуцер для вывода осветленной жидкости. Рисунок 6 - Отстойник непрерывного действия с коническими полками
1 – штуцер для подвода разделяемой суспензии; 2 –конические полки; 3 – штуцер для отвода шлама; 4 – каналы для отвода осветленной жидкости; 5 – штуцер для вывода осветленной жидкости.
Рисунок 6 — Отстойник непрерывного действия с коническими полками

Непрерывнодействующий отстойник для разделения эмульсий

На рисунках 7 и 8 показаны непрерывнодействующие отстойники для разделения эмульсий.

1 – штуцер для подвода эмульсий; 2 – перфорированная перегородка; 3 –трубопровод для отвода легкой фазы; 4 –трубопровод для отвода тяжелой фазы. Рисунок 7 - Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий
1 – штуцер для подвода эмульсий; 2 – перфорированная перегородка; 3 –трубопровод для отвода легкой фазы; 4 –трубопровод для отвода тяжелой фазы.
Рисунок 7 — Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий

Отстойник (рисунок 7) представляет собой горизонтальный резервуар, внутри которого против входного штуцера 1 установлена перфорированная отбойная перегородка 2. Она служит для предотвращения взмучивания жидкости струей поступающей эмульсии. Поперечное сечение отстойника выбирают таким, чтобы движение жидкости в корпусе аппарата было ламинарным или близким к нему (скорость — несколько мм/сек), что способствует ускорению отстаивания. Легкая жидкая фаза удаляется из аппарата по трубопроводу 3, тяжелая 1 –  по трубопроводу 4.

1 – корпус; 2 – левая перегородка; 3 – сепарационная камера; 4 – правая перегородка Рисунок 8 - Отстойник для разделения эмульсий
1 – корпус; 2 – левая перегородка; 3 – сепарационная камера; 4 – правая перегородка
Рисунок 8 — Отстойник для разделения эмульсий