Ключевые слова и выражения

Неоднородные или гетерогенные системы; дисперсная и дисперсионная фаза; суспензии; эмульсии; пены; пыли; дымы;туманы; аэрозолями; осаждение (отстаивание); фильтрование; центрифугирование; мокрое разделение.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое эмульсия, суспензия, аэрозоль?

2. Под действием каких сил может проводиться процесс осаждения?

3. Что понимаете под термином «гетерогенные системы»?

4. Что такое гравитационное осаждение и как оно рассчитывается?

5. По какому принципу работают отстойники?

6. Что называется процессом фильтрования?

7. Что является движущей силой процесса фильтрования?

8. Какие виды фильтровальных перегородок вы знаете?

9. Устройство и принцип действия нутч – фильтра.

Лекция №6 центрифугирование. Перемешивание в жидких средах. План:

1. ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРИФУГ.

2. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКИХ СРЕДАХ. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ МЕШАЛОК.

1. Центрифугирование. Устройство и принцип действия центрифуг

Центрифугирование - это процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил.

Процессы центрифугирования проводятся в машинах, называемые центрифугами.

Центрифуга представляет собой в простейшем виде вертикальный цилиндрический ротор со сплошными или перфорированными боковыми стенками. Ротор укрепляется на вертикальном валу, который приводится во вращение электродвигателем, и помещается в соосный цилиндрический неподвижный кожух, закрываемый крышкой. На внутренней поверхности ротора находится фильтровальная ткань или тонкая металлическая сетка.

Отношение центробежного ускорения к ускорению силы тяжести называют фактором разделения.

При g=1 Н w=Пn²/30 получим К_ц=rn²/900

Например для центрифуги с ротором диметром 1000 мм (r=0,5 м) вращающимся со скоростью n=1200 оборотов в минуту фактор разделения составляет К_ц=(0,5 1200²)/900=800.

Подвесная центрифуга периодического действия с выгрузкой осадка вручную (рис.6.1). Исходная суспензия подаётся по трубопроводу 1 в ротор 2 со сплошными стенками, укрепленный на нижнем конце вала 3. Верхний конец вала имеет коническую или шаровую опору (часто снабженную резиновой прокладкой) и приводится в действие непосредственно соединенным с ним электродвигателем. Твёрдая фаза суспензии, поскольку её плотность больше плотности жидкой фазы, отбрасывается по действием центробежной силы к стенкам ротора и осаждается на них. Жидкая фаза располагается в виде кольцевого слоя ближе к оси ротора и по мере разделения вновь поступающих порций суспензии переливается через верхний край ротора в пространство между ним и неподвижным кожухом 4. Жидкость удаляется из центрифуги через штуцер 5. Для выгрузки осадка поднимают на цепи коническую крышку 6 и проталкивают его вручную между ребрами 7, которые служат для соединения ротора с валом.

Подвесные отстойные центрифуги предназначены для разделения тонкодисперсных суспензий небольшой концентрации, что позволяет подавать суспензию во вращающийся ротор непрерывно до получения слоя осадка достаточной толщины.

В подвесных фильтрующих центрифугах удаление осадка из ротора облегчено и поэтому их используют для проведения коротких процессов центрифугирования.

Современные подвесные центрифуги полностью автоматизированы и имеют программное управление. Достоинством этих центрифуг является допустимость некоторой вибрации ротора. Кроме того, в них предотвращается попадание на опору и привод агрессивных жидкостей. В настоящее время подвесные центрифуги с выгрузкой осадка вручную постепенно заменяются центрифугами более совершенных конструкций.

Рис.6.1. Подвесная центрифуга:

1 – трубопровод для подачи суспензии; 2 – ротор со сплошными стенками; 3 – вал; 4 – неподвижный кожух; 5 – штуцер для удаления жидкости; 6 – коническая крышка; 7– соединительные рёбра.

Для разделения двух несмешивающихся жидкостей разной плотности применяют тарельчатые центрифуги (сепараторы).

Жидкостной сепаратор тарельчатого типа (рис.6.2). Эти аппараты являются отстойными сверхцентрифугами непрерывного действия с вертикальным ротором.

В соответствии с уравнением (где С – центробежная сила, Н) центробежная сила возрастает пропорционально радиусу и квадрату числа оборотов ротора. Как уже отмечалось, для создания большой центробежной силы целесообразнее увеличивать число оборотов ротора; однако для понижения напряжения в стенках ротора одновременно необходимо уменьшать его радиус. На основе этого разработаны разные конструкции сверхцентрифуг, отличающиеся большим числом оборотов при относительно небольшом радиусе ротора..

К числу таких сверхцентрифуг относятся жидкостные сепараторы, имеющие ротор диаметром 150 – 300 мм, вращающиеся со скоростью 5000 – 10000 об/мин. Они предназначаются для разделения эмульсий, а также для осветления жидкостей.

В жидкостном сепараторе тарельчатого вида обрабатываемая смесь в зоне отстаивания разделена на несколько слоёв, как это делается в отстойниках для уменьшения пути, проходимого частицей при оседании. Эмульсия подаётся по центральной трубе 1 в нижнюю часть ротора, откуда через отверстия в тарелках 2 распределяется тонкими слоями между ними. Более тяжелая жидкость, перемещаясь вдоль поверхности тарелок, отбрасывается центробежной силой к периферии ротора и отводится через отверстие 3. Более легкая жидкость перемещается к центру ротора и удаляется через кольцевой канал 4.

Отверстия в тарелках располагаются ориентировочно по поверхности раздела между более тяжелой и более легкой жидкостями. Для того чтобы жидкость не отставала от вращающегося ротора, он снабжён ребрами 5. Для той же цели тарелки имеют выступы, которые одновременно фиксируют расстояние между ними.

Примером сепараторов тарельчатого типа могут служить широко распространенные молочные сепараторы.

Жидкостные сепараторы могут быть также периодически действующими.

Рис. 6.2. Жидкостной сепаратор тарельчатого типа:

1 – труба для подачи эмульсии; 2 – тарелки; 3 – отверстия для отвода более тяжёлой жидкости; 4 – кольцевой канал для отвода более лёгкой жидкости; 5 – рёбра.

Рис. 6.3. Жидкостной сепаратор тарельчатого типа

Рис.6.4.Трубчатая сверхцентрифуга