Отстойное центрифугирование

Недостатками отстойников являются большие размеры их и незначительная (<0,5 м/ч) скорость осаждения частиц. Они особенно малоэффективны при разделении смесей, частицы которых имеют размеры < 5 мкм, или когда их плотность близка к плотности среды. Эффективное выделение таких частиц из суспензий и эмульсий достигается осаждением их в поле действия центробежной силы, которая в десятки раз превосходит силу тяжести. Поле действия центробежных сил создается вращательным движением разделяемого потока при тангенциальном и напорном вводе его в неподвижный корпус аппарата (гидроциклона) или при направлении разделяемого потока во вращающийся барабан центрифуги или сепаратора, в которых происходит так называемое отстойное центрифугирование.

При вращательном движении смеси на взвешенную частицу действует центробежная сила, отбрасывающая частицу от центра к периферии со скоростью, равной скорости осаждения.

Величина центробежной силы при этом:

где – масса частицы; и – угловая и окружная скорости вращения ее; – радиус вращения ее.

Для определения эффективности осаждения в центробежных устройствах сравнивают величину центробежной силы с силой тяжести, действующей на частицу.

Сила тяжести (без учета подъемной силы):

.

Из совместного решения уравнений и получим:

,

т. е. центробежная сила больше силы тяжести в раз.

Величина называется фактором разделения:

.

Фактор разделения показывает, во сколько раз действие центробежной силы превосходит действие силы тяжести. Чем больше фактор разделения, тем выше разделительная способность центробежных устройств.

Для барабанов центрифуг и сепараторов, вращающихся с определенной угловой скоростью, после подстановки в значение , приняв , получают:

.

Таким образом, эффективность разделения в центробежных устройствах можно повысить, увеличивая или , но так как в уравнение частота вращения имеет вторую степень, то при расчете барабанов центрифуг и сепараторов с высокой эффективностью разделения увеличивают частоту вращения, изготовляя барабаны небольшого диаметра.

Так как центробежная сила, действующая на частицы, больше силы тяжести в раз, то и скорость осаждения частиц в центробежных устройствах также превышает скорость осаждения в отстойниках в раз.

При ламинарном режиме осаждения в центробежных устройствах скорость осаждения определяют по уравнению Стокса с учетом фактора разделения, т. е.:

.

В процессе центробежного осаждения фактор разделения и скорость осаждения изменяются, так как они зависят от переменного радиуса R, на котором может находиться частица и осаждаться последовательно по трем режимам (ламинарному, промежуточному и турбулентному), а в частных случаях – по двум или одному из них.

 

Флотация

Флотацией называют процесс разделения жидких неоднородных систем, основанный на избирательном прилипании пузырьков газа к частицам, составляющим внутреннюю фазу системы. В процессе флотации находящиеся в жидкости пузырьки газа прилипают к плохо смачиваемым водой (гидрофобным) частицам и поднимают их к поверхности жидкости, где они и выделяются вместе с образовавшейся пеной, тогда как хорошо смачиваемые водой (гидрофильные) частицы не прилипают к пузырькам газа и осаждаются на дно аппарата, откуда и удаляются.

Вместо других, более сложных и дорогих, способов разделения флотацию эффективно и широко применяют для обезжиривания жидкостей и сточных вод мясо– и жиркомбинатов, выделения глютена из крахмального молока при производстве кукурузного крахмала, выделения кормовых дрожжей из культуральной жидкости и др.

Установлено, что чем больше число пузырьков газа в высокодисперсном состоянии равномерно распределено в единице объема жидкой системы, т. е. чем выше степень аэрации ее, тем выше скорость флотации. Для образования пузырьков газа высокой дисперсности применяют пневматический, эжекторный, напорный и электролитический способы.

При пневматическом способе воздух вводят в жидкость под давлением через барботеры – трубы с отверстиями диаметром от 1 до 10 мм. При эжекторном способе жидкость и воздух поступают в эжектор, в котором и обеспечивается хорошее смешение их. При напорной флотации (рис. 67), широко применяемой для обезжиривания жидкостей, смесь разделяемой жидкости и воздуха после эжектора подается насосом под давлением 0,3–0,4 МПа в ресивер и выдерживается в нем 1,5–2 мин; при этом увеличивается растворимость воздуха в жидкости и образуется пересыщенная водно–воздушная эмульсия, которая затем через барботер поступает во флотационную камеру флотатора , работающего под атмосферным давлением. Всплывший в камере жир отводится через слив , а осветленная жидкость из зоны отстаивания по трубе отводится через слив . При электролитическом способе через разделяемую водную смесь пропускают постоянный электрический ток и образующиеся при электролизе воды газообразный кислород и водород используются для так называемой электрофлотации.

Основными регулируемыми параметрами процесса осаждения являются качество получаемых фракций и производительность устройства по основному продукту. Эти показатели зависят от удельной нагрузки устройства по исходной смеси, ее температуры, скорости осаждения (всплывания) в ней выделяемых частиц и продолжительности пребывания элемента потока в аппарате.

Рис. 67. Схема напорной флотации для выделения жира

 

Фильтрование