Разделение в поле центробежных сил. Центрифугирование. Фактор разделения

Дата добавления: 2014-07-19 | Просмотров: 2442

Наиболее распространенным способом разделения неоднородных систем под действием центробежных сил является центрифугирование (или фугование), которое осуществляется в машинах, называемых центрифугами. В центрифугах происходят процессы отстаивания и фильтрования в поле центробежных сил, поэтому центрифуги – это более эффективные машины для разделения неоднородных жидких систем, чем рассмотренные отстойники и фильтры. По принципу действия центрифуги делятся на отстойные и фильтрующие.

Основная часть центрифуги – барабан (корзина) со сплошными или дырчатыми стенками, вращающийся с большой скоростью на вертикальном или горизонтальном валу. Центробежное отстаивание представляет собой процесс разделения суспензий в центрифугах, имеющих барабаны со сплошными стенками (рис.12.6, а). Суспензия вводится в нижнюю часть барабана и под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам. Непосредственно у стенок образуется слой осадка, а жидкость образует внутренний слой и вытесняется из барабана поступающей на разделение суспензией. Поднимаясь к верху, жидкость переливается через закраину барабана и удаляется наружу.

При центробежном отстаивании происходят два физических процесса:

1) осаждение твердой фазы;

2) уплотнение осадка.

Рис. 12.6. Классификация и схемы устройства центрифуг:

а) 1 – барабан со сплошными стенками; 2 – кожух;

3 – труба для подачи суспензий;

б) 1 – дырчатый (фильтрующий) барабан; 2 – кожух;

3 – труба для подачи суспензии; 4 – ткань (фильтровальная сетка)

Также в сплошных барабанах проводится так называемое центробежное осветление, которое служит для очистки жидкостей, содержащих небольшое количество твердой фазы. Этот процесс применяется для разделения тонких суспензий и коллоидных растворов.

В барабанах со сплошными стенками проводится также разделение эмульсий. Под действием центробежной силы компоненты эмульсии в соответствии с плотностью располагаются в виде разграниченных слоев: наружного слоя жидкости с большей плотностью и внутреннего слоя более легкой жидкости; жидкости выводятся из барабана порознь.

Центробежное фильтрование представляет собой процесс разделения суспензий в центрифугах с дырчатыми барабанами (рис.12.6, б). Внутренняя поверхность такого материала покрыта фильтровальной тканью. Суспензия центробежной силой отбрасывается к стенкам барабана, при этом твердая фаза (шлам) остается на поверхности ткани, а жидкость под действием центробежной силы проходит сквозь слой осадка ткани и удаляется наружу через отверстия в барабане.

Центробежное фильтрование в общем случае складывается из трех последовательно протекающих процессов:

1) фильтрование с образованием осадка;

2) уплотнение осадка;

3) удаление из осадка жидкости, удерживаемой молекулярными силами (механическая сушка).

При помощи центробежного фильтрования может быть достигнута высокая степень обезвоживания осадка. В центрифугах этого типа возможна промывка осадка.

Развиваемые при центрифугировании центробежные силы оказывают на разделяемую жидкую систему гораздо большее воздействие, чем силы тяжести и давления, что и предопределяет их большую эффективность.

Напряженность создаваемого в центрифуге поля центробежных сил характеризуется фактором разделения, который представляет собой отношение центробежного ускорения к ускорению силы тяжести.

Рис. 12.7. К определению фактора разделения

,

где U – окружная скорость, U=2πn;

n – число оборотов, об/мин; об/мин = об/60 с;

R – радиус центрифуги, м;

g – ускорение силы тяжести, м/с².

Таким образом, фактор разделения показывает, во сколько раз центробежное ускорение, развиваемое в данной центрифуге, больше ускорения силы тяжести. Фактор разделения пропорционален числу оборотов центрифуги в квадрате и радиусу барабана.

Процессы разделения суспензий на фильтрах и фильтрующих центрифугах значительно разделяются. Как и для отстойных центрифуг, здесь следует отметить влияние возрастающих по радиусу вектора центробежной силы и площади поперечного сечения кольцевого слоя, что делает невозможным применение закономерностей фильтрования к процессам в фильтрующих центрифугах.

При анализе стадии образования осадка необходимо учитывать значительные сжимающие усилия, действующие на осадок в поле центробежных сил.