Принцип центрифугирования

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

F_z - центробежная сила;

m - масса тела;

ν - линейная скорость тела;

r - радиус кругового пути;

ω - угловая скорость тела;

a_z - 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.