ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория и расчеты процессов центрифугирования из "Процессы и аппараты химической технологии Том2 Механические и гидромеханические процессы" В теоретическом анализе процессов центрифугирования следует отметить наличие белых пятен, относящихся к проблемам гидродинамики жидкостей в поле центробежных сил. Например, в роторах центрифуг турбулентное течение часто не возникает даже при весьма высоких значениях критерия Рейнольдса, превосходящих критические значения в поле сил тяжести. [c.327] Как уже было сказано, турбулентное течение жидкости при центрифугировании обусловлено двумя безразмерными критериями. Известны опыты, когда жидкость, поступающая во вращающийся ротор, несмотря на радиальный ввод, не устремляется на периферию, а прижимается к внутренней поверхности тонким слоем. Слойное течение наблюдалось и тогда, когда в заполненный жидкостью конический ротор, вращающийся с частотой 2000 об/мин, подавался индикаторный раствор флюоресцина, который при соответствующем освещении имеет ярко-зеленое свечение Основной поток жидкости поступал через центр ротора по трубе, а затем через радиальные каналы нижнего конуса. Было установлено, что после питающих каналов, жидкость двигалась вверх вдоль пакета тарелок слоем толщиной не более 0,5 см. [c.327] Серьезную проблему центрифугирования представляет учет дисперсионного состава дисперсной фазы разделяемой жидкости. Предположим, что надежность дисперсионного анализа суспензии, подлежащей центрифугированию, не вызывает сомнений. На основании этого анализа можно подсчитать ожидаемый эффект. Однако при поступлении суспензии в ротор возможно диспергирование частиц дисперсной фазы, степень которого зависит как от конструктивных особенностей аппарата, так и от физикохимических характеристик разделяемых жидких смесей. Таким образом, в начале разделения имеем неопределенную характеристику дисперсионного состава дисперсной фазы. В процессе течения жидкости через ротор во время разделения имеет место более или менее интенсивная деструкция выделяемых частиц и одновременно их агрегирование. Данные процессы противоположного характера зависят как от гидродинамических характеристик потока, так и от физико-химических характеристик разделяемых жидкостей. Это играет роль, когда твердая фаза суспензии в виде агрегатов частиц скользит по поверхности осаждения, как это имеет место в сепараторах, и, наконец, сбрасывается в щламовое пространство роторов. Но здесь агрегаты, встречая движущуюся в тонком слое с большой скоростью неразделенную жидкость, вновь более или менее интенсивно диспергируют, вовлекая наиболее дисперсные частицы в разделительную полость. [c.328] Не имея возможности количественно оценить сложный процесс изменения дисперсионного состава в роторах центрифуг с учетом процессов агрегирования и диспергирования, можно интенсифицировать работу центрифуг с точки зрения повышения степени разделения. Например, изобретены устройства для безударного ввода жидкостей в роторы, а также созданы приспособления для увеличения толщины тонкого слоя текущей в роторе суспензии, в результате чего уменьшена кинетическая энергия потока, встречающего срывающиеся с тарелок агрегаты частиц твердой фазы и, следовательно, снижена деструкция этих агрегатов. [c.328] При практических расчетах и анализе процессов центрифугирования приходится пользоваться упрощениями, схематизацией и допущениями, а также результатами щирокомасштабного эксперимента. Особые трудности возникают при анализе центрифугирования в режиме фильтрования. [c.329] С этими оговорками и предлагаются соответствующие расчетные подходы. [c.329] Эту формулу легко преобразовать к виду, включающему индекс производительности центрифуги 2. [c.330] Если при определении режима течения окажется, что 1 Ке 420, заключаем, что осаждение частиц протекает по законам переходной области. [c.331] На практике для определения режима осаждения можно рекомендовать следующий способ. На пробирочной или секторной центрифуге производится разделение данной суспензии при факторе разделения промышленной центрифуги. С поверхности суспензии в секторе (или пробирке) отбирают пробы через различные промежутки времени и определяют содержание в них твердой фазы. На основании этих данных можно построить кривую распределения частиц твердой фазы по скорости их осаждения в суспензии при данном факторе разделения. Скорость осаждения определяют как отношение толщины слоя жидкости, отбираемой из сектора, к продолжительности интервала центрифугирования. По оси ординат откладывают отношение концентраций в пробе и в исходной суспензии, по оси абсцисс - среднюю скорость осаждения. Из полученного графика по требуемому значению концентрации в фугате находят скорость осаждения. [c.331] Подставив значение с1 в выражение для Ке, можно сформулировать условие ламинарного осаждения. [c.331] Если ценрифугальное осаждение предназначено для понижения концентрации дисперсной фазы в суспензии, полезно знать закон, распределения частиц дисперсной фазы по размерам. Зачастую можно использовать экспериментально проверенные зависимости, характеризующие распределение частиц дисперсной фазы по крупности, например, рекомендованные H.H. Цурюпой, Годеном, Авдеевым и др. [c.334] Уравнение (11.35) совпадает с уравнением шведского исследователя Я. Муркеса [1]. Имеются и другие примеры успешного использования известных интерпретаций функций распределения частиц дисперсной фазы различных суспензий по крупности [1]. [c.335] В заключение следует отметить, что для расчетных зависимостей, характеризуюших центрифугирование, следует пользоваться экспериментальными данными, полученными на геометрически подобных или специальных секторных центрифугах, а также результатами центрифугального дисперсионного анализа [1]. В частности, для экспериментальных исследований процессов центрифугирования предназначена секторная центрифуга (рис 11 7), отличающаяся от обычных лабораторных пробирочных центрифуг тем, что вместо пробирок или стаканчиков установлены секторные емкости. Йаклон боковых поверхностей их соответствует направлению силовых линий центробежного поля. Питание этих емкостей суспензиями и отбор проб из них могут производиться на ходу, при вращении вала, несущего секторные емкости. [c.335] В практических случаях при центрифугировании дисперсионный состав дисперсной фазы разделяемой суспензии и ее концентрация часто колеблются. Поэтому необходимо предварительно накопить статистические данные о периодическом изменении свойств разделяемой суспензии за определенный отрезок времени [2]. [c.335] Приведенные практические методы расчета осадительных центрифуг и аналогичные методы, основанные на использовании законов распределения частиц дисперсной фазы системы по крупности и скоростей внутрироторных потоков, имеют пока ограниченную область применения, хотя бы уже потому, что в общем случае упомянутые законы распределения разделяемых в поле центробежных сил технических жидкостей часто бывают непредсказуемы и могут видоизменяться в процессе центрифугирования. Поэтому их следует рекомендовать только для ориентировочных расчетов. [c.337] Тем не менее задачу определения производительности центрифуг по заданному предельному значению относительного уноса твердой фазы с фугатом в ряде случаев можно решать, сравнивая процессы в пилотном и промышленном образцах машины [3]. При этом прежде всего должно выполняться геометрическое подобие этих образцов. И тогда при условии относительно постоянной степени дисперсности дисперсной фазы центрифугируемой системы производительности модельной и промышленной центрифуг при равных факторах разделения их относятся как квадраты диаметров роторов, в то время как при меняющейся степени дисперсности, например при использовании флокулянтов, максимальное отношение производительностей равно отношению диаметров в кубе. [c.337] По (11.37) можно определить границу значений Q, обеспечивающую заданный унос, что весьма значимо для ряда технологических задач, особенно в экологии. [c.338] Это выражение для определения количества фильтрата (фугата), выходящего из ротора в единицу времени, проверено экспериментально. [c.339] Вернуться к основной статье