Centrifugarea

7/22/2019 Centrifugarea

1/9

Operaia de centrifugare

1

5. OPERAIA DE CENTRIFUGARE

5.1. Definiii

Centrifugarea reprezint operaia cu caracter hidrodinamic prin

care se realizeaz separarea amestecurilor

eterogene (a suspensiilor) de tip solid-lichid, solid-

gaz i a emulsiilor (lichid-lichid) n faze

constituente n cmp de fore centrifug, care

poate fi realizat n dou moduri:

a)prin introducerea amestecului ntr-un recipient (tob) ce executo micare de rotaie uniform cu turaii ridicate, aparinnd

echipamentelor de proces numite centrifuge. Separarea

amestecurilor eterogene se face prin sedimentare (Fig. 5.1.a)

sau prin filtrare(Fig. 5.1.b).

b)prin forarea amestecului eterogen s execute o micare derotaie (turbionare) n echipamente de proces ce poart

denumirea de hidrociclon(faza fluid a amestecului este lichid)

sau aerociclon(faza fluid este gazoas). n acest caz separarea

amestecurilor eterogene se face prin sedimentare(Fig. 5.2).

a) b)

Fig. 5.1.Scheme de principiu a centrifugelor


2/9

S.t.Biri Operaii i echipamente de proces

2

Fig. 5.2.Schema de principiu a unui ciclon

5.2. Elemente de calcul pentru separatoarele

centrifugale cu elemente n micare de rotaie

Elementul n micare de rotaie al separatoarelor centrifugale

poart denumirea uzual de tob. n timpul micrii de rotaie a tobei,

suprafaa liber a suspensiei i modific forma plan i ia o form

specific strii de echilibru, respectiv cea de paraboloid de rotaie (Fig.5.3). Asupra fiecrui element de mas din volumul suspensiei, respectiv

n fiecare punct, acioneaz dou fore (G greutatea i Fc fora

centrifug).

Din figura 5.3 rezult:

g

r

gm

rm

G

Ftg c

=

==

22

(5.1)

respectiv, ecuaia tangentei la curba suprafeei libere:


3/9


3

g

r

dr

dxtg

==

2

(5.2)

din care rezult ecuaia:

drrg

dx =

2

(5.3)

Fig. 5.3.Suprafaa liber a suspensiei n tob

Integrnd ecuaia (5.3) se obine ecuaia unei parabole:

Crg

x +

=2

2

2

(5.4)

n care, valoarea constantei de integrare C se obine punnd condiiile

iniiale, respectiv:

00

0=

=

=

Cr

x (5.5)

Rezult ecuaia curbei (parabolei) n planul x-rce descrie prin rotire

n jurul axei r a suprafeei libere a suspensiei din tob n micare de

rotaie:

22

2

rg

x

=

(5.6)

nlimea H2la care se ridic suspensia n tob datorit centrifugrii


4/9


4

(Fig. 5.3) se determin punnd n relaia (5.6) condiia r=R, respectiv:

22

22

Rg

H

=

(5.7)

Fig. 5.4.Suprafaa liber n cazul turaiilor mari

De obicei, n cazul turaiilor mai mari, forele de greutate devin

neglijabile n comparaie cu forele centrifuge, iar nlimea la care seridic suspensia n tob tinde s fie foarte mare, suprafaa liber avnd

forma prezentat n figura 5.4. Pentru a limita aceast tendin de

mrire a nlimii toba este prevzut la partea superioar cu un guler.

Volumul paraboloidului de rotaie delimitat de ecuaia parabolei ce

are expresia (5.6) se calculeaz ca volumul unui corp de revoluie la care

se cunoate ecuaia unei generatoare (ecuaia parabolei):

= dxxfV )(2

(5.8)

n care, conform ecuaiei (5.6):

xg

xrxf

==2

2)()(

(5.9)

i innd cont i de relaia (5.7), nlocuind n relaia (5.9) expresia lui 2

rezult:


5/9


5

xH

Rx

H

Rxf =

2

2

2

)( (5.10)

Rezult:

2

2

0

2

2 HRdxx

H

RV

H =

=

(5.11)

Se observ c volumul paraboloidului de rotaie este egal cu

jumtate din volumul unui cilindru n care este nscris paraboloidul,

relaia (5.11) permind estimarea volumului necesar al tobei

centrifugei.

5.3. Factorul de separare

Reprezint raportul dintre intensitile cmpului centrifug i a celui

gravitaional ce iau natere n volumul suspensiei n procesul de rotire.

Se calculeaz:

g

r

gm

rm

G

F

z c

=

==

22

(5.12)

n funcie de valoarea factorului de separare se poate face o

clasificare obiectiv a echipamentelor de proces destinate separrii prin

centrifugare a amestecurilor eterogene, conform tabelului 5.1.

Tabel 5.1.Clasificarea centrifugelor

Valoarea factorului de separare Denumire echipament

z< 5.000 centrifug obinuit

z(5.000, 50.000) supercentrifug

z> 105 ultracentrifug

Centrifugele obinuite-sunt utilizate pentru procese de separareprin sedimentare sau prin filtrare n cmp centrifugal cnd

coninutul de particule solide din suspensie variaz mult iar


6/9


6

dimensiunile particulelor ce se separ sunt mai mari de 5 m.

Supercentrifugele i ultracentrifugele sunt utilizate pentrulimpezirea suspensiilor cu coninut redus de particule solide, pentru

care dimensiunile particulelor solide sunt cuprinse n intervalul

10-3...1 m.

5.4. Construcia i funcionarea echipamentelor

de separare prin centrifugare

Fig. 5.5.Schema unei centrifuge pentru separat

suspensii prin decantare

Fig. 5.6.Schema unei centrifuge compartimentate


7/9


7

a)

b) c)

Fig. 5.7.Scheme de centrifuge pentru separat emulsii


8/9


8

a)

b)

c)

Fig. 5.8.Scheme de decantoare centrifugale cu rotor orizontal


9/9


9

Fig. 5.9.Schema unei supercentrifuge filtrante

Centrifugarea

Documents

Transcript of Centrifugarea