Центрифугирование. Центробежная сила и фактор разделения. Устройство фильтрующих центрифуг

Трубчатые сверхцентрифуги применяют для разделения тонкодисперсных суспензий с небольшой концентрацией взвешенных частиц и эмульсий. Небольшой диаметр барабана (менее 200 мм) и большая скорость его вращения (до 45×10³ об/мин) позволяют достичь фактора разделения порядка K_р = 15000.

Схема устройства трубчатой сверхцентрифуги показана на рис. 12.4.

Рисунок 12.4 – Схема устройства трубчатой сверхцентрифуги:
1 – трубчатый барабан; 2 – кожух; 3 – радиальные лопасти; 4 – подпятник; 5 – шкив;
6 – опора; 7 – шпиндель; 8 – отверстие для вывода фугата.

В кожухе 2 расположен трубчатый барабан 1, внутри которого установлены радиальные лопасти 3, препятствующие отставанию жидкости от стенки барабана при его вращении. Верхняя часть барабана жестко соединена с коническим шпинделем 7, подвешенным на опоре 6. Барабан приводится во вращение при помощи шкива 5. В нижней части барабана расположен подпятник 4, через который в барабан введена питающая труба. Смесь поступает в нижнюю часть вращающегося барабана и движется снизу вверх. Взвешенные частицы при этом оседают на стенке барабана, а осветлённая жидкость выбрасывается через отверстия 8 и удаляется из верхней части кожуха по трубе. Через определенные промежутки времени центрифугу останавливают и удаляют скопившийся в барабане осадок.

При использовании трубчатых сверхцентрифуг для разделения эмульсий в верхней их части устанавливается специальное устройство для раздельного вывода расслоившихся жидкостей.

Жидкостные сепараторы представляют собой отстойные центрифуги с диаметром барабана 150÷300 мм, вращающимся со скоростью (5÷10)×10³ об/мин. Используются они в основном для разделения эмульсий и осветления жидкостей. По устройству различают однокамерные, многокамерные и тарельчатые сепараторы.

В однокамерный сепаратор (рис. 12.5, а) эмульсия, подлежащая разделению, вводится в корпус барабана 5 по центральной трубе 3, проходит под нижней конической перегородкой 6 и поступает во внутреннюю полость барабана.  Здесь под действием центробежной силы происходит расслаивание эмульсий. Тяжелая жидкость отбрасывается к периферии, попадает в канал между корпусом 5 и перегородкой 4 и удаляется через отверстие 1. Лёгкая жидкость скапливается в центральной части барабана, поднимается вверх и отводится через отверстие 2.

Для более полного и быстрого разделения жидкостей используют тарельчатые сепараторы, в которых рабочая камера заполняется рядом конических перегородок – тарелок (рис. 12.5, б, в). Поток разделяемой эмульсии распределяется между тарелками либо с помощью отверстий в периферийной части барабана (рис. 12.5, б), либо с помощью отверстий в середине тарелок (рис. 12.5, в). Путь движения жидкости показан на рисунках стрелками. Тарелки сепараторов играют ту же роль, что и перегородки или полки в любом отстойнике – повышают производительность аппарата и качество разделения смеси.

Рисунок 12.5 – Жидкостные сепараторы:
а – схема однокамерного сепаратора;
 б, в – схема разделения эмульсий в тарельчатом сепараторе.
1 – вывод тяжелой жидкости; 2 – вывод легкой жидкости; 3 – труба для ввода эмульсии;
4 – верхняя коническая перегородка; 5 – корпус барабана;
 6 – нижняя коническая перегородка.

Фильтрующие центрифуги.  В отличие от отстойных центрифуг, фильтрующие центрифуги имеют барабаны с отверстиями.  Внутренняя поверхность стенок барабана покрывается фильтровальной перегородкой, которая пропускает фильтрат, движущийся под действием центробежной силы, и задерживает осадок.

Фильтрующие центрифуги с гравитационной выгрузкой осадка