خوراکی . بهداشتی-درمانی . دانستی ها

نقش سانتریفیوژها در صنعت تصفیه نمک

حسین عامری بد شتی

شرکت پویندگان صنعت شیراز ، شیراز شهرک صنعتی بزرگ خیابان ۱۰۳

poyandegan.co@gmail.com

چکیده

درخطوط صنعتی تصفیه نمک سانتریفیوژها نقش بسیار مهمی را ایفا می نمایند به طوریکه در خطوط شستشوی سانتریفیوژها به عنوان عامل عمده جدایش آب ناخالص از کریستال ها و در خطوط تبلور مجدد نیز به عنوان عامل تشدید کننده عمل تبدیل به کار گرفته می‌شود. مناسب ترین نوع سانتریفیوژها جهت موارد فوق، سانتریفیوژ رفت و برگشتی دو مرحله ای است، که ضمن استهلاک کم از راندمان بالایی برخوردار است. این سانتریفیوژها باید توجه به ظرفیت تولید به دو صورت الکترومکانیکی و الکتروهیدرولیکی به کار گرفته می‌شود.

1- مقدمه

فرایند جداسازی مکانیکی به فرآیندهای اطلاق می گردد که طی آن اجزای مختلف فرآورده های غذایی دارویی و شیمیایی تحت اثر نیروهای مکانیکی وارد بر سیال و تحت تاثیر اختلاف در خواص مکانیکی همچون دانسیته و اندازه ذرات از یکدیگر جدا می‌شود. در روش صاف کردن فشار میکانیکی اعمالی سبب جداسازی می شود و در روش ته نشینی اجزا به واسطه اختلاف دانسیته و اثر نیروی جاذبه ثقل از یکدیگر جدا میشوند. در سیاری از فرآیندهای جداسازی همچون مایع از مایع و یا یک مایع از جامد با استفاده از روش ته نشینی سرعت کافی وجود ندارد و یا نیروی جاذبه نمی‌تواند بر نیروی چسبندگی ذرات غلبه کند لذا از روش سانتریفیوژ استفاده می گردد که طی آن به وسیله یک نیروی القایی گریز از مرکز به ذرات نیروی شدیدتری اعمال گردیده و عمل جداسازی با سرعت بیشتری و کیفیت بهتری انجام می گردد.

استفاده از این روش در صنایع جهت جداسازی سیالات با دانسیته های مختلف و مایعات از ذرات جامد معلق و یا ترکیبی از این دو روش با کمک انواع مختلفی از سانتریفیوژ صورت می‌گیرد که متناسب با مواد فرایند است.

سانتریفیوژهای رفت و برگشتی یکی از سانتریفیوژهایی است که جهت جدا کردن ذرات جامد از مایع و یا به عبارتی آبگیری از ذرات جامد مورد استفاده قرار می‌گیرد و در این تحقیق به بررسی انواع سانتریفیوژها و انتخاب سایز مناسب، فاکتورهای موثر در طراحی سانتریفیوژ و شرایط عملکردی پرداخته می شود.

2- تاریخچه

جدا سازی ذرات جامد از مایع از زمان های قدیم با کمک روش ابتدایی و با استفاده از نیروی جاذبه صورت می گرفت تا اینکه با استفاده از نیروی گریز از مرکز ممکن شد که بر نیروی جاذبه اضافه نمود و سبب تسریع در عمل جداسازی گردد. در ابتدا با ساخت سبده هایی که بتوانند برای مدت طولانی با سرعت های بالا بچرخد و آبگیری را به صورت غیر پیوسته انجام دهد بدین نحو که عمل بارگیری در سرعت پایین انجام گرفته و آنگاه سرعت گردشی سبد زیاد شده و سبب آبگیری در مدت زمان لازم می گردد و مجددا افت سرعت داریم که تخلیه نیز انجام می‌شود و دوباره بارگیری و ادامه فرایند انجام می‌پذیرد.

پیشرفت تکنولوژی و لزوم استفاده از سیستم‌های پیوسته منجر به پیشرفت تکنولوژی سانتریفیوژها و اختراع سانتریفیوژهای پیوسته گردید. انتخاب سانتریفیوژها متناسب با محدود عملکرد شرایط و روش کار و نوع فرآیندی تعیین می‌گردد.

یکی از این مدل های پیوسته، سانتریفیوژ رفت و برگشتی است که به واسطه همزمانی عمل بارگیری و تخلیه ضمن ایجاد سیستم آبگیری پیوسته با توجه به ماندگاری مواد در دستگاه، آبگیری با راندمان بالایی انجام می پذیزد.

سانتریفیوژ رفت و برگشتی در مقیاس صنعتی برای نخستین بار در اولین خط تصفیه نمک با ظرفیت صنعتی در سال ۷۳ به کار گرفته شد و نقش خود را به عنوان عامل موثر بر عملکرد تصفیه نمک به خوبی ایفا نموده به طوریکه به عنوان قلب تپنده خطوط تصفیه نمک در خطوط تصفیه به کار گرفته شده است.

3- عملکرد سانتریفیوژها در صنعت نمک

از آنجا که عمده ناخالصی های نمک بر روی سطح خارجی کریستال ها جمع می گردد، در خطوط تصفیه نمک، جهت افزایش خلوص نمک سطوح کریستال ها با جریان آب نمک اشباع در حوضچه های مخصوص شسته می گردد. طی فرآیند شستشوی سطح کریستالهای نمک دارای آب ناخالص شده که در صورت جدا کردن این آب ضمن افزایش خلوص نمک، عملیات خشک کردن با راندمان بسیار بالاتری انجام می‌پذیرد.

فرایند جدا کردن آب ناخالص در مسیر فرآیند تولید خطوط تصفیه نمک از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است به طوری که از دستگاه‌های سانتریفیوژ که امکان نیروی جدایش کافی را ایجاد کنند استفاده می گردد. با توجه به پیوسته بودن خطوط تولید این سانتریفیوژها بایستی به صورت پیوسته عمل کنند.

مدت زمان آبگیری در میزان آب گیری نقش موثری دارد لذا هر چه مدت اثر آبگیری بیشتر باشد میزان آب گیری نیز بیشتر خواهد بود.

شستشوی حین عمل سانتریفیوژ، فرآیند تصفیه را کامل نموده و کریستال ها را به بالاترین درجه خلوص ممکن می رساند.

با توجه به نکات بالا، سانتریفیوژها را می‌توان به عنوان قلب فرایند تصفیه نمک به شمار آورد، لذا بایستی جهت کسب بالاترین راندمان از بهترین نوع آن بهره گرفت. سانتریفیوژهای رفت و برگشتی دو مرحله‌ای(Pusher centrifuges- 2stage)، بهترین انتخاب جهت کسب نتایج مورد نظر است به گونه‌ای که؛

_ با اعمال نیروی گریز از مرکز معادل 200g_300g نیروی کافی جهت آبگیری از کریستالها را فراهم می‌کند به‌طوری که در مرحله اول آبگیری قادر است رطوبت نمک را از بیش از ۵۰ درصد به میزان ۳ تا ۴ درصد کاهش دهد.

_ ماندگاری نمک در دستگاه به  بیش از 10 ثانیه می‌رسد و به این ترتیب زمان لازم جهت آبگیری فراهم می‌گردد به طوری که رطوبت کریستال نمک تا حد ۲ درصد کاهش یابد.

_ با توجه به نحوه کار این سانتریفیوژها که درام کوچکتر با حرکت رفت و برگشتی امکان تخلیه مواد به طور پیوسته را فراهم می آورد از این دستگاه‌ها می‌توان به راحتی در خطوط تصفیه نمک با ظرفیت‌های 200_ 10000  کیلوگرم در ساعت استفاده نمود.

_ با توجه به اینکه آبگیری عمده در مرحله اول انجام شده، لذا پاشیدن آب بر کریستال ها در انتهای منطقه اول و آبگیری آن در مرحله دوم به خوبی امکان پذیر است .

_ با توجه به اینکه لایه‌های نمک بر روی هم حرکت می‌کنند، استهلاک سیستم به ویژه شبکه آب گیری، نسبت به سیستم های مشابه بسیار اندک است.

سانتریفیوژها رفت و برگشتی از دو بخش عمده تشکیل شده اند:

سیستم گردنده و سیستم رفت و برگشتی

الف_ سیستم گردنده :

تامین کننده نیروی گریز از مرکز است که صرف جدایش سیال از کریستال های جامد می گردد به وسیله نیروی گردشی حاصل از الکترو موتور الکتریکی تامین می گردد به طوری که حرکت گردشی به وسیله چندین ردیف تسمه و پولی و سپس به بخش گردنده منتقل می گردد.

ب_ سیستم رفت و برگشتی:

جهت عملکرد پیوسته دستگاه، از سیستم رفت و برگشتی بهره گرفته می شود و با توجه به ظرفیت و مقدار نیروی لازم جهت تامین حرکت رفت و برگشتی از دو سیستم مکانیکی و هیدرولیکی استفاده می گردد.

حرکت رفت و برگشتی در سانتریفیوژهایی با سیستم مکانیکی توسط موتور گیربکس تامین شده و از این دستگاه در خطوط تا ظرفیت 2 تن در ساعت کریستال نمک استفاده می گردد .تامین و نگهداری این سیستم با توجه به سادگی سیستم آسان است.

از آنجا که تامین حرکت رفت و برگشتی جهت ظرفیت های بالاتر با سیستم مکانیکی با استهلاک بالا همراه است از سیستم هیدرولیک استفاده می‌گردد. در سیستم هیدرولیکی با استفاده از شیر کنترل جریان دوار حرکت رفت و برگشتی سیستم تامین می گردد.

4- معیارهای طراحی سانتریفیوژ های رفت و برگشتی

در طراحی سانتریفیوژ های رفت و برگشتی معیارهای متعددی مد نظر قرار می گیرد که عبارتند از:

1-4- ضریب اصطکاک

جهت تعیین ضریب اصطکاک کریستال‌ها با رطوبت های مختلف از سطح شیبدار استفاده می گردد و ضریب متوسط اصطکاک حاصل در معادلات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2-4- محاسبه ظرفیت و ابعاد درام های جداکننده

مقادیر کورس حرکتی ،قطر درام ها، طول درام ها، قطر کریستال ها و تعداد ضربان حرکت که تعیین کننده ظرفیت دستگاه نیز هستند طی روابط وایسطه ای تعیین میگردند.

3-4- آنالیز مقاومتی اجزای گردنده

با توجه به شکل درامها و نیروی گریز از مرکز حاصل از مواد موجود و وزن قطعات و درامها ، آنالیز دقیقی بوسیله نر افزارهای عددی انجام و نقاط پر تنش تعیین و اصلاحات لازم انجام می گردد.

4-4- طراحی سیستم رفت و برگشتی

همانگونه که در بخش قبل گفته شد طراحی سیستم های هیدرولیکی و مکانیکی با استفاده از محاسبه نیروی رفت و برگشتی لازم جهت حرکت لایه های کریستال نمک در حرکت رفت و برگشت انجام می گردد.

مقادیر حاصله اساس تعیین مقدار گشتاور چرخشی موتور گیربکس در نوع مکانیکی و مقدار فشار روغن در نوع هیدرولیکی است.

مقدار کورس نیز به وسیله مقدار خارج از مرکز سیستم موتور گیربکس در نوع مکانیکی و طول سیلندر هیدرولیک در نوع هیدرولیکی تعیین می گردد.

مراجع : مجموعه مقالات همایش ملی نمک

743