12.Центрифуги
Одним из распространенных промышленных способов разделения неоднородных жидких систем является центрифугирование. В центрифугах происходят процессы отстаивания и фильтрации в поле центробежных сил, поэтому центрифуги - это более эффективные машины для разделения неоднородных жидких систем, чем рассмотренные отстойники и фильтры.
По принципу действия центрифуги делят на отстойные и фильтрующие. Барабаны (роторы) отстойных центрифуг имеют сплошную, а фильтрующих - дырчатую (перфорированную) стенку, покрытую фильтровальной сеткой или тканью.
Фильтрующие центрифуги применяют для разделения сравнительно крупнодисперсных суспензий кристаллических и аморфных продуктов, промывки получающихся при этом осадков, а также отделения влаги от штучных материалов.
Отстойные центрифуги предназначены для разделения плохо фильтрующихся суспензий, а также для разделения суспензий по крупности частиц твердой фазы. Отстойные центрифуги иногда, в свою очередь, подразделяют на собственно отстойные, осветляющие, концентрирующие и разделяющие (или сепарирующие).
При вращении барабана центрифуги и находящегося в нем материала возникает центробежная сила. Величина центробежной силы, действующей на вращающееся тело массой m и весом G:
,
(4.1)
где
G - кгс;
-
окружная скорость, м/с; R-внутренний
радиус барабана, м; g- ускорение свободного
падения, м/с2
; n- частота вращения барабана, об/мин.
При
вращении тела весом G = 1 кгс
,
(4.2)
Одним из основных критериев оценки эффективности работы центрифуги является фактор разделения:
,
(4.3)
где - угловая скорость барабана.
Фактор показывает, во сколько раз центробежное ускорение, развиваемое в данной центрифуге, больше ускорения свободного падения. Фактор разделения численно равен центробежной силе, возникающей при вращении тела весом G = 1 кгс .Чем больше фактор разделения, тем интенсивнее происходит процесс центрифугирования (исключение составляет центрифугирование легко сжимающихся осадков в фильтрующих центрифугах). Величина фактора разделения в современных центрифугах лимитируется условиями прочности и динамической устойчивости машины.
Однако фактор разделения Фр не является исчерпывающей характеристикой центрифуг и их способности к разделению неоднородных жидких систем. Для суждения об этой способности иногда используют параметр , называемый индексом производительности центрифуги. Он определяется как произведение площади цилиндрической поверхности осаждения на фактор разделения:
,
(4.4)
Параметр - это важная характеристика разделяющей способности осадительных и фильтрующих центрифуг.
Главными факторами, определяющими выбор центрифуги, являются: для суспензий степень дисперсности твердой фазы, эффективная плотность (разность плотностей твердой и жидкой фаз) твердых частиц и их концентрация; для эмульсий стойкость эмульсии, обусловленная степенью раздробленности капель, одной жидкости в другой, вязкость дисперсионной среды и соотношение плотностей фаз.
При выборе центрифуги следует также учитывать коррозионные свойства отрабатываемого материала, его токсичность, огне и взрывоопасность (машины с открытым или закрытым кожухом), коэффициент трения, осадки и др.
Чем больше количество мелких твердых частиц в суспензии, тем соответственно больше их содержание в осветленной жидкости (фугате). Это относится в одинаковой мере к фильтрующим и отстойным центрифугам.
На работу центрифуг существенно влияет вязкость жидкой фазы. С увеличением этого параметра производительность центрифуги уменьшается, поэтому в некоторых случаях (когда это допустимо) для уменьшения вязкости жидкости прибегают к ее нагреву. Нагревание эмульсии приводит не только к уменьшению вязкости, но и снижению стойкости эмульсии и соответственно увеличению производительности центрифуги.
Чем больше эффективная плотность твердой фазы, тем выше может быть производительность отстойной центрифуги. При сепарировании эмульсий производительность машины возрастает с увеличением разности плотностей компонентов эмульсии. При центробежной фильтрации эффективная плотность твердой фазы практически не влияет на увеличение производительности.