Centrifugă de Sedimentare Verticală pe Trei Coloane

ETAPA I

Tema şi datele de proiectare

Să se proiecteze o centrifugă de sedimentare verticală pe trei coloane cu următoarele caracteristici:

- diametrul tamburului, D= 600 mm;

- înălţimea tamburului, H= 300 mm;

- turaţia tamburului, n=2000 rot/min;

- densitatea fazei solide, s= 1950 kg/m3;

- densitatea fazei lichide, l=1000 kg/m3;

- concentraţia fazei solide în suspensie, =30%;

- umiditatea finală a sedimentului, f=5%;

- materialul de construcţie al tamburului: oţel inoxidabil

1.1. Noţiuni generale

Centrifugarea este un procedeu mecanic care permite accelerarea separării componentelor unor sisteme eterogene, ca: suspensii, emulsii, amestecuri de gaze etc. Maşinile care realizează centrifugarea pot fi centrifuge, supracentrifuge sau ultracentrifuge. [1]

Separarea componentelor unei suspensii se poate face prin:

- sedimentare (prin acţiunea gravitaţiei asupra fazelor suspensiei cu densităţi diferite);

- filtrare (cu o suprafaţă sau strat poros prin care trece faza fluidă)

Fig. 1. Separarea componentelor Fig. 2. Separarea componentelor

unui amestec solid – lichid prin unui amestec solid – lichid prin filtrare

sedimentare 1 - recipient; 1 - recipient; 2 - suspensie;

2 - suspensie; 3 – sediment [1] 3 - sediment; 4 - strat filtrant [1]

Sedimentarea se produce la presiune atmosferică sub acţiunea gravitaţiei, iar filtrarea se produce pe baza unei diferenţe de presiune Δp= p1-p2, în condiţiile presiunii atmosferice sau la presiune ridicată.

Centrifugarea se petrece în câmpul forţelor centrifuge, care este mult mai puternic decât forţa gravitaţională (sedimentare) sau decât forţele de presiune (filtrare).

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.

Raportul intensităţilor celor două câmpuri (de forţe centrifuge şi câmpul gravitaţional), 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.

În funcţie de valoarea lui , centrifugele pot fi: centrifuge normale, supra- şi ultracentrifuge.

Centrifugele sunt maşini care permit realizarea procesului de centrifugare. Partea lor principală o constituie tamburul, 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.

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:

Funcţionarea centrifugelor

Modul de funcţionare al centrifugelor filtrante este diferit de cel al centrifugelor de sedimentare, fazele desfăşurării procesului de separare diferind la cele două tipuri de centrifuge.

La sedimentarea în câmp centrifugal:

- viteza medie de sedimentare: , wg = viteza de sedimentare în câmp gravitaţional dată de legea lui Stokes;

- debitul teoretic al centrifugei de sedimentare: , V/s, V= volumul de lichid aflat în centrifugă, s = grosimea stratului de lichid.

La filtrarea în câmp centrifugal, raportul dintre debitul unei centrifuge filtrante, Qe, şi debitul unui filtru, Qf, de aceeaşi arie este: , unde se determină pentru raza medie a stratului de lichid centrifugat. [1]

1.2. Realizarea schemei de principiu

O centrifugă se compune dintr-un tambur pus în mişcare de rotaţie de un sistem de antrenare. Ansamblul se află într-o carcasă.

Clasificarea centrifugelor:

a) după scopul tehnologic: - filtrante;

- de sedimentare;

b) după factorul de separare:

- centrifuge normale;

- supracentrifuge;

- ultracentrifuge ;

c) după poziţia arborelui:

- cu arbore vertical;

- cu arbore orizontal;

- cu arbore înclinat (mai rar);

d) după modul de susţinere a tamburului centrifugei:

- centrifuge cu axă verticală cu tamburul suspendat sau rezemat;

- centrifuge cu axă orizontală (sau înclinată) cu tamburul - în consolă;

- între reazeme.