Procedee și tehnici în protecția mediului

ETAPA I

Tema şi datele de proiectare

Să se proiecteze o centrifugă de sedimentare verticală cu 3 coloane

cu următoarele caracteristici:

- diametrul tamburului D=800 mm;

- înălţimea tamburului H=375mm;

- turaţia tamburului n=1100rot/min;

- densitatea fazei solide s=1875 kg/m3;

- densitatea fazei lichide l=1020 kg/m3;

- concentraţia fazei solide în suspensie =25%;

- umiditatea finală a sedimentului f=4%;

Materialul de construcţie al tamburului: oţel inoxidabil

1.1.Noţiuni generale

Centrifugarea este un procedeu mecanic care permite accelerarea

Separării unor sisteme eterogene, ca: suspensii (solide dispersate în lichide), emulsii(dispersia, sub formă de picături fine, a unui lichid în altul), amestecuri de gaze etc. Maşinile care realizează centrifugarea pot fi centrifuge, supracentrifuge sau ultracentrifuge.

Separarea componentelor unei suspensii prin filtrare se realizează cu ajutorul unei suprafețe sau a unui strat poros prin care trece faza lichida, ea fiind condiționată de diferența de presiune pe cele doua fete ale stratului filtrant.

Separarea componentelor unei suspensii se poate face prin:

- sedimentare, adică prin acţiunea diferenţială a gravitaţiei asupra

fazelor suspensiei având densităţi diferite; după cum faza dispersă a suspensiei are densitatea mai mare sau mai mică decât faza dispersantă (continuă), particulele suspensiei se depun sau se ridică;

- filtrare, cu ajutorul unei suprafeţe sau unui strat poros prin care

poate trece numai faza fluidă; spre deosebire de sedimentare, filtrarea nu este condiţionată de diferenţa dintre densităţile fazelor care se separă, ci de diferenţa dintre presiunile pe cele două feţe ale stratului filtrant; filtrarea se produce în mod obişnuit în câmpul forţelor de presiune care se realizează datorită presiunii hidrostatice a stratului de suspensie; presiunii pe faţa superioară a stratului filtrant obţinută prin pomparea suspensiei sau cu aer comprimat deasupra stratului de suspensie; depresiunii pe faţa inferioară a stratului filtrant.

Fig. 1.1 Separarea componentelor unui amestec solid – lichid prin sedimentare

1 - recipient; 2 - suspensie; 3 - sediment.

Fig.1. 2. Separarea componentelor unui amestec solid – lichid prin filtrare

1 - recipient; 2 - suspensie; 3 - sediment; 4 - strat filtrant.

Cu ajutorul forţei centrifuge se poate accelera filtrarea, se poate realiza eliminarea înaintată a lichidului dintr-un material solid (de secare).

La centrifugare, amestecul eterogen se află în mişcare de rotaţie separarea componentelor efectuându-se pe baza presiunii generate de forţa centrifugă a lichidului asupra unui strat filtrant (filtrare centrifugală).

La mişcarea pe traiectoria circulară de rază r a unei particule cu

masa m, forţa centrifugă este:

unde este viteza unghiulară, iar este acceleraţia câmpului centrifugal.

Spre deosebire de câmpul de forţe gravitaţional, câmpul forţelor centrifuge este neomogen pe rază (intensitatea lui creşte în lungul razei), iar direcţia forţei centrifuge este radială şi se roteşte cu viteza unghiulară Intensitatea câmpului de forţe centrifuge poate fi variat prin modificarea lui r sau a lui

Efectele câmpului de forţe centrifuge sunt calitativ aceleaşi cu cele ale câmpului gravitaţional, intensitatea celui dintâi fiind însă mult mai mare. Raportul intensităţilor celor două câmpuri, exprimat prin raportul acceleraţiilor corespunzătoare, poartă numele de factor de separare (sau factor de eficacitate)

şi arată de câte ori este mai mare intensitatea câmpului centrifugal faţă de cel gravitaţional.

Centrifugele, în funcţie de valoarea lui pot fi: centrifuge normale ( 3000), supra - şi ultracentrifuge ( >3000).

În general centrifugarea se aplică la separarea particulelor mai fine separarea sistemelor disperse cu diferenţă mică între densităţile fazelor. Centrifugele sunt maşini care permit realizarea procesului de centrifugare. Partea lor principală o constituie tamburul (cilindric, tronconic, cilindro-conic) în interiorul căruia se introduce suspensia: tamburul este antrenat în mişcare de rotaţie cu viteza unghiulară La separarea după principiul filtrării, tamburul centrifugei este perforat spre a permite evacuarea filtratului.

Separarea centrifugală a fazelor poate fi aplicată atât la sisteme macroscopice, cât şi la sisteme microscopice şi coloidale.

Suprafaţa lichidului în interiorul tamburului este perpendiculară pe direcţia forţei rezultante care acţionează asupra ei. Aceasta rezultă din însumarea vectorială a forţelor care acţionează asupra suprafeţei: greutatea şi forţa centrifugă , care într-un tambur cilindric vertical este:

1.2.Realizarea schemei de principiu

O centrifugă se compune principal, dintr-un tambur pus în mişcare de rotaţie de un sistem de antrenare. În plus centrifugele sunt prevăzute şi cu mijloace necesare pentru descărcarea şi colectarea fazelor separate prin centrifugare. Întregul ansamblu se află într-o carcasă, asamblată rigid sau elastic pe un batiu.

Clasificare centrifugelor se poate face după mai multe criterii:

- după factorul de separare:

- centrifuge normale <3000;

- supra şi ultracentrifuge >3000;

- după poziţia arborelui:

- cu arbore vertical;

- cu arbore orizontale.