Мы видели, что взвеси несколько тяжелее сусла и поэтому они осаждаются естественным путем, если этому процессу дать достаточно времени. Длительное время осаждения, с которым связана потребность в большом числе емкостей, например, отстойных чанов, и возрастающая опасность инфицирования при снижающейся температуре пробуждают желание искать другие решения.
Так, естественным решением представляется идея заменить ускорение силы тяжести во много раз большим центробежным ускорением и тем самым существенно ускорить отделение взвесей труба. Центробежная сила, направленная по радиусу наружу, рассчитывается по формуле:
| Fz | m | ν | ω | r | az |
| N | кг | m/с | 1/с | м | м/с2 |
где
Fz - центробежная сила;
m - масса тела;
ν - линейная скорость тела;
r - радиус кругового пути;
ω - угловая скорость тела;
az - центробежное ускорение.
Линейная скорость v рассчитывается по формуле:
Здесь n = об/с, поэтому если мы хотим использовать об/мин, то
Отсюда возникающая центробежная сила тем больше, чем быстрее вращается тело, чем больше его масса и чем дальше оно находится от оси вращения.
Но как велика в действительности сила, возникающая на центрифуге, попытаемся рассчитать на примере.
Центрифуга имеет диаметр барабана 0,60 м и число оборотом 6000 об/мин. Каково возникающее центробежное ускорение?
Найти:
1. Круговую скорость.
2. Центробежное ускорение.
1.
2.
Центробежное ускорение составляет 118315,2 м/с2
Если сравнить это значение с ускорением свободного падения тела (9,81 м • с), то видно, что возникающие в центрифуге ускорение превышает первое более чем в 10 000 раз. Сила, развивающаяся в центрифуге, невообразимо велика.
Очень убедительно действие центробежной силы можно увидеть, если представить себе карусель в виде простого диска, когда хозяин приводит его в медленное, но постоянно ускоряющееся вращение: стоящие снаружи моментально спрыгивают, так как не могут удержаться, затем спрыгивают стоящие дальше от края, и только один, который остается точно посередине, задерживается, но и то до тех пор, пока он может располагаться точно по оси вращения.
Этот процесс разделения мы можем также хорошо проследить на следующем примере: на вертикальной оси вращения расположены под углом две, три или более трубки, заполненные водой (рис. 3.95).
В каждую трубку помещены несколько шаров различного веса, например, одни из пластмассы, а друге более легкие, например, шарики для настольного тенниса, и трубки затем закупориваются (1). Приведем эту маленькую центрифугу в медленное движение и увидим, как шарики начинают двигаться в противоположных направлениях (2), как только центробежная сила превосходит силу земного притяжения: более тяжелые пластмассовые шарики перемещаются к периферии, тогда как шарики для настольного тенниса еще остаются вблизи оси вращения.
По этому принципу, ясному из приведенных примеров повседневной жизни, функционируют и центрифуги
При использовании центрифуг вместо очень медленной седиментации взвесей под действием силы тяжести действуют значительно большие центробежные силы, направленные наружу, с помощью которых отделение взвесей происходит в течение нескольких секунд.
