Процессы и аппараты центрифугирования

Центрифугирование − это процесс разделения неоднородных систем (суспензий, эмульсий, шламов и ряд других систем) йод действием центробежных сил, создаваемых в результате вращения потока. Для центрифугирования требуется создавать центробежное поле достаточно высокой напряженности, для чего необходим регулируемый режим высокочастотного вращения материалов в некоторой емкости. Суспензия совершает вращательное движение с угловой скоростью, рад/с:

(10.1)

где −частота вращения, об/с; тогда на частицу массой m действует центробежная сила:

(10.2)

где m - масса частицы; −линейная скорость частицы, −угловая скорость вращения; R−радиус вращения частицы.

Как видно из формулы, изменяя скорость и радиус, можно получить центробежную силу в сотни и тысячи раз больше гравитационной, что влияет на скорость осаждения, производительности и компактности аппарата. Удельная (на 1м³) движущая сила процесса осаждения с учетом архимедовой силы запишется в виде, Н/ :

(10.3)

где и −соответственно плотности твердых частиц и жидкости, кг/м³.

Поскольку за счет высокой частоты вращения центробежное ускорение намного больше ускорения силы тяжести g, то в поле центробежных сил наблюдается существенное возрастание скорости осаждения и суспензия разделяется на осветленную жидкость и осадок.

В теоретическом анализе процессов центрифугирования следует отметить наличие белых пятен, относящихся к проблемам гидродинамики жидкостей в поле центробежных сил. При практических расчетах и анализе процессов центрифугирования приходится пользоваться упрощениями, схематизацией и допущениями, а также результатами широкомасштабного эксперимента.

Центрифугирования осуществляется в гидроциклонах и центрифугах, в которых разделяют суспензии. Разделение и концентрирования эмульсий осуществляется в сепараторах. Центрифугирования растворов не применяется, так как центробежное поле, развиваемое в современных центрифугах, не позволяет преодолеть силы диффузии.