Теоретические основы разделения неоднородных систем в осадительных центрифугах и циклонах

Интенсивность и эффективность разделения неоднородных систем (суспензий, эмульсий, пылей) можно значительно повысить при замене гравитационной силы, действующей на частицы, на центробежную силу. Таким образом, разделение смесей в центрифугах и циклонах основано на осаждении частиц в центробежном поле за счет разности плотностей частиц и среды: .

Осадительное центрифугирование – разделение суспензий и эмульсий в поле центробежных сил вращающегося ротора, имеющего сплошные боковые стенки.

Циклонный процесс – разделение жидких или газовых суспензий в центробежном поле вращающегося потока, поступающего с большой скоростью и тангенциально в неподвижный аппарат. Циклоны не имеют вращающихся частей.

Таким образом, центробежную силу для разделения неоднородных систем можно получить двумя способами: 1) вращением ротора (центрифуги) и 2) тангенциальным вводом смеси (циклоны).

Центрифуга – аппарат, внутри которого вращается на валу соосный сосуд (барабан, ротор).

Циклон – неподвижный аппарат с вращающимся потоком газа (аэроциклон) или жидкости (гидроциклон).

Оседающая в центробежном поле частица участвует в двух движениях: 1) вращается с окружной скоростью ω₂; 2) осаждается со скоростью осадительного центрифугирования ω_оц. Т.е. движется с абсолютной (результирующей) скоростью ω_абс, описывает траекторию АВС и оседает на боковой стенке ротора.

По II-му закону Ньютона, сила, действующая на тело массой m, пропорциональна ускорению. Например, сила тяжести .

Центробежное ускорение равно , r – радиус вращения.

Таким образом, на частицу во вращающемся потоке действует центробежная сила С:

, m – масса частицы; r – радиус вращения частицы; ω_r – окружная скорость частицы, м/с.

Т.к. , где ω – угловая скорость частицы, рад/с; n – число оборотов в минуту, то:

, где D – диаметр вращения частицы.

Повышение интенсивности разделения в центробежном поле по сравнению с гравитационным можно оценить отношением центробежной и гравитационной сил:

, К_ц – фактор разделения. Он равен отношению центробежного ускорения к ускорению силы гравитации. Эффективность и интенсивность разделения прямо пропорциональны фактору разделения. Фактор разделения К_ц можно увеличить повышением числа оборотов ротора.