Сепаратор

Сепара́тор (англ. separator «разделитель» от лат. separo) — аппарат, производящий разделение продукта на фракции с разными характеристиками: например, разделение двух жидкостей — моторного масла и воды, или отделение взвеси от жидкости — осадка от вина, и т. д.

История создания

Центробежный сепаратор был изобретён шведским учёным Густавом де Лавалем, патент на это изобретение он получил в 1878 году.

Сепарация

Молочный сепаратор

Основная статья: Сепарация

В процессе работы любого сепаратора не происходит изменения химического состава разделяемых веществ. Качества, отличающие продукты сепарации, не обязательно должны совпадать с признаками, по которым разделяют смесь в сепараторах. В работе сепаратора принимает участие множество отдельных мелких частиц, среди которых встречаются частицы с промежуточными свойствами по отношению к необходимым признакам. Из исходной смеси после промышленных сепараций не могут получиться абсолютно чистые фракции разделяемых компонентов, только продукты с преобладающим их содержанием.

Виды сепараторов

По способам сепарации

Сепараторы различных видов используют множество разнообразных способов сепарации, основанных на разнице в качественных характеристиках компонентов в смеси: в размерах твёрдых частиц, в их массах, в форме, плотности, коэффициентах трения, прочности, упругости, смачиваемости поверхности, магнитной восприимчивости, электропроводности, радиоактивности и других.

По принципу действия

Сепараторы по принципу действия можно разделить на центробежные, центробежно-вихревые, центрифужные, прессо-шнековые, вибрационные и отстойные.

Сепаратор муки

Сепаратор барабанный для очистки зерна

Центробежные сепараторы в свою очередь разделяются на саморазгружающиеся сепараторы, сопловые сепараторы и сепараторы со сплошной оболочкой барабана. Центробежные, центробежно-вихревые сепараторы работают на использовании силы самого потока воздуха (газов). Сепарация осуществляется за счет действия сепарационного пакета, который направляет газожидкостный поток таким образом, что созданный вихревой эффект отбрасывает из среды газа на стенки сосуда капельную влагу и механические примеси. Является самым эффективным методом очистки газа (воздуха) от влаги и механических примесей без использования фильтрующих элементов.

Центрифужные сепараторы работают все по принципу вращения барабана под большой центробежной силой, в тысячи раз больше силы тяжести. Сепарация и седиментация происходят непрерывно и быстро. Приводятся в действие при помощи электродвигателя двумя способами в современном виде:

1. Через муфту-вал червячного колеса-червяк-червячное колесо-вал барабана. Барабан монтируется на валу и вращается с более высокой скоростью чем муфта электродвигателя.
2. Через приводной плоский ремень соединяющую прямым образом муфту электродвигателя и муфту вала, на которую монтируется барабан сепаратора.

Сепарация в прессо-шнековых сепараторах представляет собой процесс из просеивания, фильтрации и прессования. Шнек вращается в цилиндрическом сите. Сито может иметь размер ячеек от 0,1 до 1,0 мм. Первичное вещество подается в рабочую часть сепаратора. В сите из частичек, имеющих размер больший ячейки сита, создается фильтрующий слой, который задерживает более мелкие частицы в жидкости. Лопасти шнека продвигают твердые частицы к выпускному отверстию. Поверхность сита очищена и образуется новый фильтрующий слой. Лопасти шнека очищают сито при каждом вращении и продвигают твердые массы к выпускному отверстию. Где твердые массы под давлением шнека обезвоживаются и спрессовываются в твердое вещество. Давление в первой части сита низкое, но оно увеличивается по мере возрастания концентрации твердых веществ в выходящем продукте. Сила трения твердой заглушки в цилиндрическом раструбе и двойной заслонки регулятора выходного отверстия создает противодавление.

По сфере использования

Также аппараты для сепарации различают по сфере использования: встречаются сепараторы, которые можно использовать исключительно на пищевых производствах, либо в процессах разделения сельскохозяйственных продуктов или только для сепарации медицинских препаратов. Встречаются и сепараторы общего использования, которые можно использовать для широкого круга задач.

Существуют также газожидкостные сепараторы, предназначенные для разделения газожидкостного потока, которые используются в нефтяной и газовой промышленности.

Использование

Животноводство

Прессо-шнековый сепаратор используется в животноводстве для разделения навоза. Неразделенный навоз загрязняет (?) окружающую среду, бродит, выделяет метан, неудобен в хранении и при транспортировке. Для безопасного использования неразделенного навоза в качестве органического удобрения он должен отстаиваться более 12 месяцев. После разделения навоза на фракции (твердую и жидкую) допускается внесение в почву через 6 месяцев. В процессе хранения не происходит процесс брожения и не выделяются вредные вещества. Транспортировка фракций облегчена: твердая фракция транспортируется в прицепе, жидкая фракция перекачивается по трубам.

Молочная промышленность

При производстве сливок, обезжиренного молока и других молочных продуктов встаёт проблема разделения белков, жиров и жидких компонентов молока, для чего используется пищевые сепараторы. Используются для отделения сливок от молока, творога от сыворотки и пр.

Основная статья: Молочный сепаратор

Пищевая промышленность/производство спирта

При производстве спирта каждый спиртзавод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество барды от 300 м³/сутки. Спиртовая барда, отправляемая в отстойники и на поля фильтрации, является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Многие страны в законодательном порядке запрещают эксплуатацию заводов и фабрик, производящих спирт, если на предприятии не решен вопрос с утилизацией спиртовой/послеспиртовой барды. Прессо-шнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Спиртовая барда, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.

Пищевая промышленность/производство пива

При производстве пива каждый пивзавод, в качестве отходов, вырабатывает огромное количество пивной дробины от 100 м³/сутки. Пивная дробина является серьёзной проблемой, загрязняя окружающую среду. Прессо-шнековый сепаратор способен справиться с этой проблемой. Пивная дробина, поданная на сепаратор разделяется на твердую фракцию (кек) и на жидкую фракцию (фугат). Твердая фракция используется для корма животных в чистом виде либо отправляется на производство комбикормов.

Горное дело и добыча полезных ископаемых

Для обогащения и очищения руды от пустой и ненужной породы используются различные сепараторы. Для металлической руды подходит электрическая, магнитная и химическая сепарации.

Сельское хозяйство

При сборе зерна получается смесь из зёрен, шелухи, стеблей, листьев и различного природного и андрогенного мусора. Для очистки производимого продукта (например, муки) применяется воздушные, центробежные и вибрационные.

Для очистки зерна и подготовки семян применяются воздушные, воздушно-решетные, барабанные сепараторы.

Воздушно-решетные сепараторы предназначены для предварительной, первичной ( продовольственной) и вторичной ( семенной) очистки, обработки и сортировки зерновых, зернобобовых, масличных, травянистых и других культур с делением отходов на несколько фракций.

Барабанные сепараторы имеют принцип вращающихся барабанов, увеличивающих рабочую поверхность очистки, и высокоэффективная аспирационная система позволяют очистителям барабанного типа выполнять операции предварительной очистки- аспирации ( удаление лёгких примесей) и триерной очистки и калибровки всех видов зерновых, зернобобовых, технических и масличных культур .

Сепаратор барабанный состоит из секций и каждая секция может использоваться как для просеивания, так и для снятия крупных фракций сходом, а также может выполнять обе функции одновременно.

Медицина

При изготовлении фармакологических препаратов применяются разнообразные аппараты для очищения от побочных продуктов производства. Также сепарация используется для разделения биологического материала (крови, лимфы и др.) на различные фракции.

Холодильные системы

Маслоотделители. Масло в холодильных системах постоянно находится в контакте с хладагентом, уносится с ним из компрессора в нагнетательный трубопровод и разносится по всей системе. Если масло растворяется в хладагенте, то, прежде всего, необходимо предотвращать его попадание в теплообменные аппараты. Для этой цели на нагнетательной линии компрессора устанавливают маслоотделитель, в нижней части которого оседают капельки масла.

Отделители жидкости. Главная задача отделителя жидкости состоит в том, чтобы хладагент в компрессор попадал только в виде паров. Этот узел необходим не только во всех установках с затопленными испарителями, но и в установках, снабженных испарителями с перегревом, для предотвращения накопления хладагента в жидкой фазе на линии всасывания. Кроме функции разделения жидкой и паровой фаз отделитель жидкости обеспечивает возврат масла в компрессор. Таким образом, применение отделителя жидкости обеспечивает защиту от влажного хода компрессора и гидроударов, гарантирует механическую исправность компрессора и бесперебойную работу всей холодильной установки.

Морской транспорт

На судах используют сепараторы для следующих целей:

• Сепараторы топлива — для очистки топлива перед подачей его в двигатель от воды и других ненужных примесей;
• Сепараторы масла — для очистки масла в системах смазки двигателей от металлических частиц, попадающих в масло при циркуляции его в двигателях;
• Сепаратор льяльных вод — для удаления нефти из льяльных вод перед откаткой их за борт.

См. также

• Магнитная сепарация
• Фотометрическая сепарация

Литература

• Компоненты систем охлаждения / Составитель О. В. Великих. — Белгород: Принт-мастер, 2012. — 48 с.