1.3. Принцип действия и устройство центрифуги

Центрифуга представляет собой в простейшем виде вертикальный цилиндрический ротор со сплошными или перфорированными боковыми стенками. Ротор крепится на вертикальном валу, который приводится в действие электродвигателем, и помещается в неподвижный кожух, закрывается съемной крышкой; на внутренней поверхности ротора с перфорированными стенками находится фильтровальная ткань или тонкая металлическая стенка. Под действием центробежной силы суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а жидкость удаляется из него. Процесс центрифугирования осуществляется периодически или непрерывно.

Ротор центрифуги – основной технологический блок. Роторы делятся на:

- карусельные

- вертикальные подвесные

- горизонтальные с ножевой выгрузкой осадка

- горизонтальные пульсирующие

- горизонтальные цилиндрично - конические со шнековой разгрузкой

Карусельные роторы используются в центрифугах периодического действия с вертикальной осью вращения. Выгрузка осадка – через верх ротора или через отверстия в днище. Применяются в малотоннажных производствах для суспензий с малой и средней зернистостью и для отделения ткани, пряжи и т.п. от растворов.

Вертикальные подвесные роторы используются в фильтрующих центрифугах периодического действия. У них ось вращения расположена вертикально и подвеска выполнена на шарнирной опоре, размещённой выше центра тяжести вращающейся системы.

Горизонтальные с ножевой разгрузкой осадка роторы используются в центрифугах периодического действия для разделения суспензий с размерами зёрен 20—150 мк. Они выполняются консольными и их диаметр достигает 1200 мм. При большем диаметре ротор устанавливается между опорами приводного вала. Горизонтальные пульсирующие роторы используются в центрифугах непрерывного действия. Ротор состоит из двух и более кольцевых сит, вращающихся синхронно, причём внутреннее сито совершает также и пульсирующее или возвратно-поступательное движение для непрерывной разгрузки осадка.

Горизонтальные цилиндро - конические роторы со шнековой разгрузкой осадка применяются в осадительных центрифугах разделяющих суспензии с нерастворимой твёрдой фазой — угольные суспензии, угольно-графитовые шламы, полихлорвиниловые смолы и т.п. смеси. Два ротора вращаются один в другом, причём наружный ротор имеет цилиндро - коническую форму, на внутренней поверхности которой осаждаются твёрдые частицы. Внутренний ротор выполнен в виде шнека с профилем по внутренней поверхности наружного ротора и вращается с числом оборотов немного большим, чем у наружного ротора, что обеспечивает съём и разгрузку осадка. Все эти виды центрифуг работают по принципу разделения частиц в центробежном поле, возникающем при вращении ротора.

При равномерном движении тела по окружности возникает ускорение, направленное к центру вращения. Но ускорение появляется тогда, когда есть сила, которая действует в направлении ускорения. Для равномерного движения тела по окружности на него должна действовать сила постоянно направленная к центру. Это центростремительная сила. Её можно обнаружить при вращении шарика на нити — это сила натяжения, действующая со стороны нити на шарик. При приведении во вращение ротора центрифуги, вещество, помещённое в нём, увлекается стенками ротора и вращается практически со скоростью внутренней стенки ротора. При этом возникают силы, описанные выше, причём центростремительная сила приложена к ротору—аналог шарика , а центробежная приложена к веществу вращающемуся внутри ротора—аналог нити. Ротор – это жёсткая связь, а вещество внутри ротора таковой не является и она начинает перемещаться под действием центробежной силы от центра вращения.

Неоднородная жидкость, помещённая в центрифугу, состоит из двух или более компонентов с разной плотностью и при вращении в поле центробежной силы, компонент с большей плотностью, занимает место дальше от центра вращения, чем с меньшей. Так происходит разделение вещества в центрифуге, тем большее, чем ускорение центробежного поля , больше ускорения силы тяжести.

Во время работы суперцентрифугы суспензия через сопло питательной трубы подается в нижнюю часть ротора и, вращаясь вместе с ротором, протекает вдоль его стенок в осевом направлении, по мере продвижения вдоль ротора суспензия расслаивается согласно плотности ее составляющих частиц. При этом из жидкости выделяются твердые частицы , находящихся в зависшем состоянии и оседают на стенках ротора.

Фугат через верхнее отверстие в головке ротора выводится в сливную камеру, а потом у сборник. Через отсутствие резких изменений направления движения жидкости и турбулентных завихрений исключается попадание частиц назад у суспензию. После окончания разделения центрифугу останавливают при помощи тормоза, достают ротор с осадком, устанавливают запасной ротор и цикл повторяется. С первого ротора в это время удаляют осадок.

Эмульсия, что подается по трубе в нижнюю часть ротора, в меру продвижения вверх разделяется на тяжелый и легкий компоненты. Тяжелый компонент проходит через отверстия в головке, размещенной в стенке ротора, поступает в нижнюю сливную тарелку и через патрубок выводится с центрифуги.

Рис.4. Схема фильтрующей центрифуги с инерционным способом выгрузки осадка

1 – корпус, 2 – ротор, 3 – питательное устройство, 4 –сборник фугата, 5 – сборник осадка, 6 – электродвигатель, 7 –шнек, 8 – упругие опоры, 9 – вал.