Что называют «фактором разделения» при центрифугировании? Каков физический смысл фактора разделения?
При вращении барабана центрифуги и находящейся в нем жидкости возникает центробежная сила как сила инерции.
где
– вес вращающегося тела (жидкости) в
кг;
– радиус вращения в м;
– окружная скорость вращения в м/с;
Окружная скорость вращения определяется как:
где
– число оборотов в минуту;
– угловая скорость вращения в радианах;
– ускорение силы тяжести в м/сек², если
,
тогда центробежная сила
,
действующая на вращающееся тело с массой
и весом
,
равна:
Уравнения (9.2), (9.3) показывает, что увеличение центробежной силы легче достигается увеличением числа оборотов, чем увеличением диаметра барабана. Барабаны небольшого диаметра, но с большим числом оборотов могут развить большую центробежную силу, чем барабаны большого диаметра, при меньшем числе оборотов.
Таким образом, центробежная сила, действующая на частицу, может быть больше силы тяжести во столько раз, во сколько ускорение центробежной силы больше ускорения свободного падения.
Отношение этих ускорений называют
фактором разделения (или центробежным
критерием Фруда) и обозначают
:
где
– ускорение центробежной силы.
Приняв
Н, получим:
Например, для центрифуги с ротором
диаметром
вращающимся со скоростью
,
фактор разделения составит
.
Разделяющее действие центрифуги растет
пропорционально величине
.
Значение
для циклонов имеет порядок сотен. А для
центрифуг – около
,
таким образом, движущая сила процесса
осаждения в циклонах и центрифугах на
порядка больше, чем в отстойниках.
Благодаря этому производительность
циклонов и центрифуг выше производительности
отстойников, и в них можно эффективно
отделять мелкие частицы: в центрифугах
– размером порядка
,
в циклонах – порядка
.
Из сравнения уравнений видно, что фактор
разделения
численно равен центробежной силе,
развивающейся при вращении тела весом
.
Конструкции аппаратов
Изобразите схему устройства и опишите действие друк-фильтра. Укажите область применения этого аппарата.
Рисунок 1.1 – Схема закрытого нутч-фильтра (друк-фильтра)
1 – корпус; 2 – опорная решётка; 3 – фильтровальная ткань; 4 – осадок; 5 – люк для выгрузки осадка
Принцип работы
Наиболее простым типом фильтра, работающего под давлением, является друк-фильтр. Он представляет собой сосуд, разделенный фильтровальной перегородкой. В одну часть под давлением подается суспензия или загрязненный газ на разделение, либо же (в случае суспензии) давление создается подачей сжатого газа или самой суспензии под давлением. Проходя слой осадка и перегородку, сплошная фаза очищается от дисперсной фазы и поступает во вторую часть аппарата, после чего выводится наружу. Такие фильтры обычно просты по конструкции и работают в периодическом режиме, однако могут быть модифицированы для работы в непрерывном режиме, для чего над фильтрующей перегородкой устанавливают вращающиеся скребки, удаляющие излишек скапливающегося осадка.
Преимущество таких фильтров в простоте конструкции и обслуживания. Малая доля подвижных, изнашиваемых, сильно нагруженных элементов конструкции позволяет таким аппаратам работать в самых разных условиях и обслуживаться персоналом без высокой квалификации.