Centrifugiranje i centrifuge
Centrifugiranje je proces odvajanja koji koristi djelovanje centrifugalne sile za poticanje ubrzanog taloženja čestica u smjesi kruto-tekuće. Tijekom centrifugiranja u posudi se stvaraju dvije različite glavne faze:
sediment
Obično nema ujednačenu strukturu.
U nastavku pronađite primjer naslaga sedimenta:
Thecentrifugiratiilicentriratikoja je tekućina supernatanta.
Često bistro, iako ponekad oblačno, zbog prisutnosti vrlo finih koloidnih čestica koje se ne talože lako. Međutim, može sadržavati i nekoliko faza ako intersticijska tekućina smjese sadrži elemente različitih gustoća, kao što su na primjer ulja.
PRIMJENA U TRETMANU VODE
Centrifugalna sila
U cilindričnoj posudi koja rotira kutnom brzinom w(rad/s) ili N (rpm) i sadrži tekući prsten srednjeg polumjera R (m) centrifugalno ubrzanje Fc(m/s) kojem su čestice izložene je:
Fc = w2R = 0.011 N2R
Sila koja djeluje na česticu po jedinici težine izražava se sa:
Fc=0.011 N2R (rs – rL) x 1/g=G (rs – rl),
s G=w2R / g = 0.11 N2R / 9.81 = 11.2 x 10-4 N2R
Gdje je rs: gustoća čestice
rl: gustoća intersticijske tekućine
Centrifuge
Centrifuge postižu odvajanje pomoću ubrzane gravitacijske sile koja se postiže brzom rotacijom. To može zamijeniti normalnu gravitaciju u taloženju suspenzije ili osigurati pokretačku silu u filtraciji kroz neku vrstu filtracijskog medija.
Najčešća primjena je odvajanje krutih tvari iz visoko koncentriranih suspenzija. Korišten na ovaj način za obradu kanalizacijskog mulja, omogućuje odvodnjavanje uz proizvodnju više ili manje konzistentnog sedimenta ovisno o prirodi mulja koji se tretira, te ubrzano zgušnjavanje mulja niske koncentracije.
Načelo
Odvajanje je u načelu slično onome koje se postiže u procesu gravitacijskog odvajanja. Pogonska sila je veća jer je rezultat rotacije tekućine: u slučaju sedimentacije, gdje je pokretačka sila rezultat razlike u gustoći između čestica krutih tvari i tekućine, odvajanje se postiže silom od 1000 do 20000 puta više od gravitacije.
Vrste
Većina centrifuga se okreće zahvaljujući nekoj vrsti motornog pogona. Vrste centrifuga koje se koriste za sedimentaciju uključuju:
dekanter
disk snop razdjelnik
komorna zdjela
hidrociklon
cjevasta zdjela
nezupčana košara
Posuda
Dekanterska centrifuga je jedina sedimentacijska centrifuga dizajnirana od samog početka za rukovanje značajnom koncentracijom krutih tvari u suspenziji hrane. U isto vrijeme može postići prilično dobre stupnjeve bistrenja tekućeg koncentrata. Iako je kompliciran stroj, utjelovljuje jednostavan princip. U osnovi se sastoje od horizontalne cilindrične zdjele koja rotira velikom brzinom, sa spiralnim vijkom za ekstrakciju postavljenim koaksijalno. Vijak savršeno pristaje unutarnjoj konturi zdjele, dopuštajući samo razmak između zdjele i svitka. Razlika u brzini između puža i spirale osigurava prijenosno kretanje za prikupljanje i uklanjanje krutih tvari koje se nakupljaju na stijenci zdjele.
2. Spiralni vijak za izvlačenje (svitak)
3. Hraniti se
4. Distributer
5. Prostor za prsten
6. Podmireni proizvod
7. Razina tekućine
8. Zona sušenja
9. Pročišćena tekućina
10. Podesivi pragovi
Proizvod koji se tretira (3) uvodi se aksijalno u jedinicu pomoću odgovarajućeg razdjelnika (4). Potiče se u prstenasti prostor (5) koji čine unutarnja površina zdjele i tijelo svitka. Proces odvajanja odvija se u osnovi unutar cilindričnog dijela zdjele. Relativna brzina svitka gura taloženi proizvod (6) u zdjelu. Prijenos krutih tvari u dužinu konusa omogućuje izlazak sedimenta iz pročišćene tekuće faze. Budući da je dovod kontinuiran, razina tekućine (7) se uspostavlja u jedinici nakon cilindrične površine koja čini unutarnju površinu tekućeg prstena. Nakon što krute tvari izađu iz tekućeg prstena, preostali dio konusa sve do ejektora osigurava konačno ispuštanje: ovaj dio je poznat kao zona sušenja (8). Pročišćena tekućina (9) skuplja se na drugom kraju zdjele protokom kroz podesivi prag (10), koji ograničava tekući prsten jedinice. Poklopac koji omogućuje skupljanje pročišćene tekućine kao i sedimenata štiti rotor.
Dekanter radi uglavnom sedimentacijom, procesom koji uzrokuje odvajanje suspendiranih krutih tvari zahvaljujući njihovoj većoj gustoći od tekućine u kojoj su suspendirane. Ako je razlika u gustoći velika, gravitacija može pružiti dovoljnu pokretačku silu da do odvajanja dođe u razumnom vremenu. Ako je razlika u gustoći mala ili je veličina čestica vrlo mala, onda bi gravitacijsko odvajanje trajalo predugo i sila odvajanja mora se povećati nametanjem centrifugalnih sila mnogo puta većih od same gravitacije.
Dekanter radi uglavnom sedimentacijom, procesom koji uzrokuje odvajanje suspendiranih krutih tvari zahvaljujući njihovoj većoj gustoći od tekućine u kojoj su suspendirane. Ako je razlika u gustoći velika, gravitacija može pružiti dovoljnu pokretačku silu da do odvajanja dođe u razumnom vremenu. Ako je razlika u gustoći mala ili je veličina čestica vrlo mala, onda bi gravitacijsko odvajanje trajalo predugo i sila odvajanja mora se povećati nametanjem centrifugalnih sila mnogo puta većih od same gravitacije.
Prednosti dekantera su njegov široki raspon potencijalne upotrebe, zajedno s njegovim kontinuiranim radom, njegova sposobnost prihvaćanja širokog raspona koncentracija hrane i njegova dostupnost u širokom rasponu kapaciteta hrane.
Disk stoga razdjelnik
Najjednostavniji dizajn je zatvorena zdjela, koja sadrži hrpu diskova, pri čemu se sve prisutne krutine skupljaju na vanjskom dijelu zdjele, odakle se moraju ručno ukloniti nakon zaustavljanja rotacije. Krutine se ispuštaju iz zdjele brojnim metodama, uključujući osnovnu upotrebu mlaznica koje su stalno otvorene, omogućujući ispuštanje guste kaše. U kompliciranijoj izvedbi mlaznice s ventilom otvaraju se automatski kada dubina čvrste tvari u zdjeli dosegne određenu vrijednost, a zatim se ponovno zatvaraju kada se većina čvrstih tvari ispusti. U najsloženijem dizajnu zdjela je otvorena: njezina ljuska se rascijepi po obodu na kratko vrijeme, pri čemu je otvaranje također kontrolirano dubinom krutine u zdjeli.
Centrifuga s komornom zdjelom
Centrifuga s komornom zdjelom je nekoliko cjevastih zdjela raspoređenih koaksijalno. Ima glavnu zdjelu koja sadrži cilindrične umetke koji pretaču volumen zdjele u niz prstenastih komora koje rade u nizu. Hrana ulazi u središte zdjele, a suspenzija prolazi kroz svaku komoru redom, na sve većoj udaljenosti od osi. Krutine se talože na vanjskoj stijenci svake komore, a pročišćena tekućina izlazi kao preljev iz komore najvećeg promjera. Ovaj uređaj također omogućuje klasifikaciju suspendiranih krutih tvari: grube čestice taložene u unutarnjoj komori i sve sitnije čestice taložene u sljedećim komorama. Uklanjanje sedimentiranih krutih tvari zahtijeva zaustavljanje rotacije radi ručnog čišćenja.
hidrociklon
Najjednostavniji uređaj za korištenje centrifugalne sile za postizanje odvajanja je hidrociklon. To zapravo nije centrifuga: centrifugalno odvajanje nastaje kretanjem kaše, potaknuto tangencijalnim uvođenjem materijala za punjenje. Njegov princip rada temelji se na konceptu krajnje brzine taloženja čvrste čestice u centrifugalnom polju. Sljedeća slika opisuje uvjete u hidrociklonu koji radi.
Napajanje ulazi tangencijalno u cilindrični dio hidrociklona i slijedi cirkulirajući put s neto unutarnjim protokom tekućine izvana do tražila vrtloga na osi. Centrifugalno polje generirano velikim cirkulirajućim brzinama stvara zračnu jezgru na osi koja se obično proteže na otvoru klina na dnu stožastog dijela kroz tražilo vrtloga do preljeva na vrhu. Da bi se to dogodilo polje centrifugalne sile mora biti nekoliko puta veće od gravitacijskog. Čestice koje doživljavaju ovo centrifugalno polje težit će se kretati prema van u odnosu na tekućinu nosač zbog svoje relativno veće gustoće. Veće, teže čestice brzo će migrirati na vanjske stijenke cilindričnog dijela i tada će biti prisiljene krenuti prema dolje prema unutrašnjosti stožaste stijenke. S druge strane, male čestice će tekućina povući prema unutra dok se kreće prema tražilu vrtloga. Do odvajanja čvrste tvari dolazi pri prolasku suspenzije duž bačve hidrociklona, kako bi se formirala zgusnuta suspenzija na vanjskoj stijenci, koja zatim napušta hidrociklon kao kontinuirani tok iz njegove ispusne mlaznice.
Cjevasta centrifuga
Cjevasta centrifuga s zdjelom koristi se dulje od većine drugih dizajna centrifuga. Temelji se na vrlo jednostavnoj geometriji: sastoji se od cijevi, duljine nekoliko puta većeg od promjera, koja se okreće između ležajeva na svakom kraju. Procesna struja ulazi na dno centrifuge i visoke centrifugalne sile djeluju na odvajanje krutih tvari. Većina krutih tvari će se zalijepiti za stijenke zdjele, dok tekuća faza izlazi na vrhu centrifuge.
Budući da ovom tipu sustava nedostaje mogućnost odbacivanja krutih tvari, krutine se mogu ukloniti samo zaustavljanjem stroja, njegovim rastavljanjem i ručnim struganjem ili ispiranjem krutih tvari.
Cjevaste centrifuge s zdjelom imaju kapacitet odvodnjavanja, ali ograničen kapacitet krutih tvari. Pjenjenje može biti problem osim ako sustav ne uključuje posebne pumpe za sakupljanje ili centripetalne pumpe.
Nezupčana centrifuga s košarom
Centrifuga s nezupčanom košarom koristi se kada je sadržaj krutine u suspenziji veći. Sastoji se od jednostavne košare ili zdjele u obliku bubnja, koja se obično okreće oko okomite osi. Čvrste tvari se nakupljaju i sabijaju pod utjecajem centrifugalne sile, ali se ne odvodnjavaju. Preostala tekućina se ispušta kada se zdjela zaustavi. Sloj čvrstih tvari uklanja se ručno struganjem ili lopatom. Pražnjenje se može postići poluautomatski prvo upotrebom cijevi za skimer kako bi se uklonila zaostala tekućina, a zatim spuštanjem oštrice noža u krutinu i tako je izrezati iz zdjele. To omogućuje izbjegavanje isključivanja stroja.
Prednosti
Glavna korisna karakteristika dekantera je njegova sposobnost uklanjanja odvojenih krutih tvari iz zone za odvajanje na potpuno kontinuiranoj osnovi.
U usporedbi s:
◆ Gravitacijska sedimentacija: dekanter može postići odvajanje koje bi bilo vrlo teško u taložniku ili lamelnom separatoru, a proizvodi suše krutine.
◆ Hidrocikloni: dekanter ima mnogo veći kapacitet tekućine, može podnijeti mnogo veće koncentracije gnojnice i proizvodi mnogo suše krutine.
◆Cjevaste centrifuge s zdjelom: dekanter nudi veće kapacitete, mogućnost rukovanja koncentriranim kašama i kontinuirani rad.
◆Centrifuge s nezupčanom košarom: dekanter radi kontinuirano, može podnijeti mnogo veće koncentracije krutih tvari i proizvodi mnogo suše krute tvari.
◆Centrifuga sa snopom diskova: dekanter je uistinu kontinuiran u radu, može podnijeti mnogo veće koncentracije krutih tvari u kaši za punjenje i proizvodi suše krute tvari.
Prijave
Dekanterska centrifuga može se koristiti za većinu vrsta odvajanja tekućina/krutina. Može se koristiti za klasifikaciju krutih tvari u tekućim suspenzijama ili za bistrenje tekućina. Također se može koristiti za izdvajanje vrijedne krutine iz njezine suspenzije u tekućini i može isprati obnovljenu krutinu iz matične tekućine. Dekanter također može odvoditi gnojnicu do visoke razine suhoće i konačno se može koristiti tako da djeluje kao zgušnjivač, proizvodeći bistru tekućinu i koncentriraniju suspenziju.
