 |
|
 |  |
|
|
| |
 | Afaceri | Agricultura | Economie | Management | Marketing | Protectia muncii |
| Transporturi |
1.Generalitati
Centrifugarea este operatia de separare a componentilor sistemelor eterogene solid-solid, solid-lichid, solid-gaz, lichid-gaz sau lichid-lichid in camp de forte centrifuge. Campul de forte centriguge poate fi realizat prin :
alimentarea sistemului eterogen intr-un organ in miscare de rotatie al unui utilaj (centrifuga, separator centrifugal), unde are loc separarea fazelor sistemului;
imprimarea unei miscari de rotatie sistemului eterogen prin alimentarea tangentiala in aparate fixe (hidrocicloane, cicloane);
Separarea amestecurilor eterogene sub influenta fortei centrifuge se realizeaza pe baza a doua principii:
prin sedimentare, separarea realizandu-se datorita diferentei de densitate a componentilor;
prin filtrare, la care separarea amestecului solid-lichid are loc ca urmarea trecerii fazei fluide printr-un material filtrant;
Cand trebuie sa se separe un amestec solid-lichid, utilajul se numeste centrifuga iar cand se separa un amestec lichid-lichid sau se purifica un lichid, utilajul se numeste separator centrifugal. Separarea amestecurilor neomogene utilizand efectul fortei centrifuge se realizeaza in utilaje care poarta denumirea generica "centrifuge".
Factorii care influenteaza centrifugarea sunt:
marimea fortei centrifuge: forta centrifuga care se naste in cazul unei miscari circulare a unui corp de masa "m" cu viteza unghiulara " w" pe o traiectorie de raza R este: F=mw R=m(2pn/60)2R [N]; in care "n" reprezinta turatia. Din expresia fortei centrifuge reiese ca cresterea acesteia se realizeaza mai usor prin marirea turatiei decat prin marirea diametrului tamburului.
caracteristicile materialului: viscozitatea, existenta spumei - influenteaza negativ separarea;
natura materialului din care se construieste centrifuga influenteaza prin calitatile de rezistenta mecanica si rezistenta la coroziune.
2.Aparate de fractionare a fazei solid-solid
Se utilizeaza urmatoarele tipuri:
a) site de cernere cu miscare plan paralela circulara;
b) aparate de cernere cu miscare de rotatie de forma: cilindrica (cu ax inclinat la 5-10 0), hexagonala (cu ax inclinat la 5-10 0), conica (orizontala);
c) sita centrifuga de cernere cu batatoare rotative (aparatul de treier);
d) triorul cilindric cu alveole;
e) triorul spiral: separarea pe baza de diferenta de forta centrifuga (forma suprafetei exterioare a componentelor);
3.Centrifugarea amestecurilor eterogene
Marea varietate a materialelor prelucrate prin centrifugare, proprietatile lor si a produselor rezultate reclama conditii de lucru foarte diferite determinand folosirea unui numar mare de aparate, deosebite atat din punct de vedere constructiv cat si a modului de functionare si exploatare. Astfel, clasificarea centrifugelor se face pe baza mai multor criterii, cele mai importante fiind:
factorul de separare "z" care este dat de raportul dintre forta centrifuga si greutate: z = Fc/G = mw R/mg = w R/g = w R/9,81; in care Fc - forta centrifuga care actioneaza asupra particulei aflata in camp centrifugal (Kgf), G - forta de greutate (Kgf), w - viteza unghiulara, r - raza tamburului (tobei) in (m), m - masa particulei (kg), g - acceleratia gravitationala = 9,81 m/s2, n - turatia tobei centrifugale (rot/min); in functie de factorul "z" deosebim: z £ 5000 -centrifuge, 5000 £z £ 50000 supercentrifuge, z³50000 ultracentrifuge;
dupa destinatie: de decantare, de filtrare, de separare;
dupa pozitia axei: verticale, orizontale, inclinate;
dupa modul de sustinere a tamburului centrifugal: suspendate sau sprijinite;
dupa modul de functionare: cu functionare periodica si cu functionare continua;
3.1. Centrifuge filtrante
În acest tip de aparate, operatia de
centrifugare decurge dupa cicluri care cuprind urmatoarele faze :
incarcarea, pornirea si aducerea la turatia de regim a
centrifugei, centrifugarea propriuzisa, uscarea sedimentului spalat,
franarea si oprirea centrifugei urmata de descarcarea ei. tambur perforat
F h
carcasa
motor electric
n
F = 0,8 . 1 m
h = 0,35 . 0,52 m
n = 850 . 1200 rot/min
transmisie
Fig.1 Centrifugala filtranta cu descarcare manuala
evacuare filtrat
evacuare precipitat
Fig.2 Centrifugala filtranta cu tambur suspendat
alimentare
carcasa
tambur
disc de alimentare
500
evacuare filtrat
evacuare sediment
Fig.3 Centrifugala filtranta suspendata cu descarcare automata
3.2.Centrifuge cu functionare continua
La acest tip de centrifuge, toate
fazele operatiei de separare se realizeaza continuu, caracteristic
fiind modul de descarcare a materialului. Acestea se impart in
centrifuge filtrante cu ax orizontal si centrifuge cu ax vertical. Cele cu
ax orizontal cu impingerea pulsanta a precipitatului, la care
evacuarea sedimentului se face cu ajutorul unui disc de impingere a
carui miscare pulsanta este provocata de un piston coaxial
actionat periodic de un motor hidraulic cu ulei.
Fig.4. Centrifuga filtranta orizontala
În figura 4, 1 - toba filtranta, 2 - con de alimentare, 3 - disc pentru impingerea precipitatului, 4 - carcasa, 5 - ax tubular, 6 - ax plin, 7 - piston.
Centrifuge filtrante continue cu ax vertical (cu toba conica), are tamburul de forma tronconica, avand un transportor elicoidal care se roteste cu turatie mai mica decat a tobei conice, servind la deplasarea sedimentului.
alimentare
1
2
3
evac.apa spalare
evac.sirop n1
n2
n2<n1
apa spalare
Fig.5 centrifuga filtranta continua cu ax vertical
În figura 5, 1 - tambur conic cu surub elicoidal, 2 - tambur tronconic filtrant, 3 - orificiu alimentare cu apa de spalare.
3.3.Centrifuge de decantare
Sunt aparate utilizate in industria amidonului si a grasimilor pentru : separarea amestecului solid-solid in mediul lichid (amidon pentru gluten), separarea amestecului solid-lichid (eliminarea unor reziduuri prin sedimentare), separarea amestecurilor lichid-lichid (in cazul topirii grasimilor).
Centrifuga de decantare discontinua cu tambur suspendat este prezentata in figura urmatoare:
n intrare amestec
gura descarcare sediment
Eliminare
apa
Fig.6 Centrifuga de decantare discontinua
Centrifuga de decantare cu functionare continua este prezentata in fig. de mai jos:
Tambur exterior
alimentare
cu
suspensie
n2 n1 alim. cu apa
spalare
deversare lichid
evacuare sediment
tambur cilindric cu transportor elicoidal
Fig.3.7 Centrifuga de decantare cu functionare continua
3.4. Aparate fixe (hidrocicloane)
Hidrocicloanele se utilizeaza la separarea particulelor solide dintr-un lichid cu densitate mai mica decat solidul (in industria amidonului, zaharului, a grasimilor vegetale si animale, la purificarea apelor reziduale).
Hidrociclonul se compune dintr-o manta cilindrica acoperita la partea superioara cu un capac si terminata la partea inferioara cu o manta tronconica.
Camera de evacuare superioara evacuare
(E)
alimentare (A)
preaplin
descarcare sediment
(A) (E)
Fig.3.8 Hidrociclon
La partea superioara a sectorului cilindric este montat racordul de alimentare in pozitie tangentiala (de regula de sectiune patrata sau dreptunghiulara). Partea tronconica de diametru mic este prevazuta cu orificiul de descarcare. Capacul are un racord central de evacuare denumit si preaplin, amplasat in camera de evacuare si care trebuie sa aibe sectiunea mai mare decat cea a racordului de alimentare.
Hidrocicloanele se utilizeaza pentru clarificare, ingrosare sau limpezire. Dupa diametrul partii cilindrice, hidrocicloanele se impart in:
mari: cu F = [300 . 1200] mm;
medii cu F = [100 . 300] mm;
mici cu F = [8 . 100] mm;
Hidrocicloanele pot fi grupate sa lucreze in paralel, formand un multihidrociclon sau in serie cand se mareste mult gradul de separare.
Calculul de dimensionare (dupa Zanker) consta in calculul urmatoarelor elemente (fig.9) :
e
b L/D
= 5
b/D = 0,28 e/D = 0,34
e > u
D L1
L
L2
u
Fig.9 Calculul de dimensionare
eficienta de separare: 
calculul diametrului D din relatia:
se verifica daca in camera cilindrica de R=D/2 se realizeaza camp centrifugal eficace:
W = w/R, iar 
domeniu uzual: w R/g = [2000 . 70.000], iar 
unde a = 0,45; r-raza virtej
- raportul intre debitul de evacuare prin
preaplin si debitul de alimentare: 
in care 0,65
< m < 1;
3.5. Separarea amestecurilor solid-gaz
În multe ramuri ale industriei alimentare se pune problema separarii prafului din curentul de gaze rezultat in urma proceselor de fabricatie sau cu scopul recuperarii prafurilor valoroase precum si pentru limitarea poluarii mediului. De asemenea separatoarele formeaza elemente ale instalatiilor de transport pneumatic pentru cereale, faini, lapte praf, etc.
Metodele de purificare a gazelor sunt :
purificarea pe cale mecanica, in care separarea particulelor se face sub actiunea unei forte mecanice, a gravitatiei sau a fortei centrifuge cu schimbarea directiei de circulatie a gazului;
purificarea umeda, prin trecerea gazelor printr-un lichid sau prin stropire cu lichide;
purificarea gazelor prin filtrare prin suprafete sau straturi poroase;
purificarea electrica a gazelor prin sedimentarea particulelor dispersate in gaz cu ajutorul unui camp electric de inalta tensiune;
purificarea gazelor prin dispozitive sonice in care aerosolii pot fi aglomerati si purificati sub influenta undelor sonice de inalta frecventa care provoaca ciocnirea particulelor si aglomerarea lor;
3.5.1. Purificarea mecanica
Se realizeaza prin urmatoarele procedee:
a) procedee de separare prin sedimentare; camerele de desprafuire;
În forma cea mai simpla, camerele de desprafuire sunt incaperi mari, paralelipipedice pe care gazul de purificat le parcurge in lungul lor cu viteza mica. Separarea se face sub actiunea gravitatiei. Este importanta repartizarea uniforma la intrarea in camera pe toata latimea acesteia;
b)
procedee de
purificare a gazelor pe principiul sedimentarii si al inertiei.
Daca unui curent de gaz i se schimba directia punandu-i
in cale un paravan, gazul il ocoleste iar particulele vor
ricosa dupa o directie oarecare sub un unghi de 
incidenta;
Fig.10 Conducte de sedimentare
Q,
W
A0
Fig.11 Camera de desprafuire cu perete despartitor
A s
c) procedee de separare sub actiunea fortei centrifuge
Ciclonul este un aparat de centrifugare d1
cu tambur fix, format dintr-o manta b
cilindrica continuata la partea inferioara dz
cu o forma tronconica. H
Intrarea gazului se face printr-un ajutaj h
care transforma sectiunea circulara a
conductei intr-o sectiune dreptunghiulara
care patrunde tangential imediat sub
capacul mantalei. Conducta centrala de
evacuare a gazului patrunde in interiorul A1
ciclonului.
Sub influenta intrarii tangentiale, gazul
primeste o miscare de rotatie elicoidala,
particulele solide frecandu-se de interiorul mantalei, vor cobori, iar aerul se va evacua ascendent.
Bateriile de cicloane (multicicloane sau r0
cicloane celulare), au un randament de Q, W0
sedimentare mai ridicat cu cat scade
diametrul ciclonului, s-au asociat mai Fig.12 Ciclon
multe cicloane cu diametre mici (150 . 200 mm),
pentru a putea epura debite importante de gaz.
Gaz purificat
gaz
impur
a) b)
praf
Fig.13 - a) multiciclon b)element de multiciclon
3.5.2. Purificarea umeda a gazelor
În industria alimentara se foloseste interactiunea gaz-lichid pentru: purificarea aerului de praf, de zahar, faina, pentru conditionarea aerului (umezirea aerului) sau pentru saturarea cu gaze a apei, solutiilor si siropurilor (obtinerea H2SO3 , sulfitarea vinului, a sucurilor de fructe, saturarea cu CO2 a zemurilor din industria zaharului). Se mai foloseste si pentru purificarea gazelor de vaporii substantelor organice (purificarea CO2 in fabricile de zahar, purificarea CO2 rezultat la fermentare de vaporii de alcool, etc.).
Interactiunea gaz - lichid are loc la suprafata de contact a acestora, de aceea o suprafata mare de contact asigura o interactiune mai eficace. Pentru marirea suprafetei de contact se folosesc mai multe procedee: coloana cu umplutura, aparate cu dispozitive de barbotare, aparate in care lichidele se pulverizeaza in curent de gaz.
Coloana cu umplutura (fig.14) 3 7
Gaz purificat
1- racord intrare gaz impur
2 - racord iesire gaz purificat
3 - racord intrare apa 2
4 - racord evacuare apa
5 - umplutura (inele Raschig) gaz brut 5
6 - suportul umpluturii
7 - duza de pulverizare a apei 6
Fig. 14 Schita de principiu
a unei coloane cu umplutura 4
lichid + solid
3.5.3. Purificarea gazelor prin filtrare
Filtrarea gazelor pentru retinerea particulelor in suspensie se realizeaza prin trecerea acestora printr-un mediu filtrant care retine partea solida. Materialul filtrant se alege in functie de proprietatile chimice ale gazului, de temperatura sa si de dimensiunile particulelor care trebuiesc retinute. Filtrarea se realizeaza in filtre cu saci filtranti cilindrici si in functie de principiul de filtrare se intalnesc:
- filtre sub presiune compuse din doua camere, una inferioara si una superioara intre care sunt prinsi sacii de filtrare. Gazul impur intra prin camera superioara, trece prin peretele sacilor iar impuritatile se aduna in camera inferioara de unde sunt eliminate cu un transportor melcat.
3.5.4. Purificarea electrica a gazelor
Aerul este in conditii normale un dielectric, insa sub actiunea unui camp electric puternic, gazele sunt ionizate si dobandesc proprietatea de a transporta sarcini electrice prin ionii formati. În cazul a doi electrozi plani si paraleli, variatia intensitatii in functie de tensiune, considerand trecerea curentului prin gazul aflat intre electrozi este prezentat in figura 15:
I(A) 4
Pana in punctul 1, intensitatea curentului este zero. 3
2
Ui Us U
Fig.15
3 2 1 0 1 2 3
in care: E - campul electric, U - tensiunea,
d1 - distanta intre electrozi, Dp - diametrul
electrodului de precipitare, Di - diametrul
electrodului de ionizare.
Fig.16
Variind tensiunea dintre electrozi, se obtine o ionizare puternica cu scanteieri vizibile in intuneric, insotite de un zgomot caracteristic, fenomenul purtand denumirea de "efect corona". Dupa polaritatea electrodului central se poate obtine efect corona pozitiv sau negativ.
În cazul filtrarii electrice a gazelor se foloseste efectul corona negativ deoarece prezinta urmatoarele avantaje: tensiuni mici, stabilitate mai mare a tensiunii, viteza mai mare de sedimentare a particulelor aflate in suspensie.
Ionii in numar mare din jurul electrodului de ionizare antreneaza gazul inconjurator spre efectul de precipitare, producandu-se o deplasare de gaz numita "vant electric".
În figura 17 este reprezentat un filtru electric tubular cu electrozi coaxiali.
Dispozitiv de lovire
Tuburi de depunere
Intrare gaz + praf
Evacuare praf
Fig.17 Filtru electric tubular
3.5.5. Purificarea sonica a gazelor
Particulele de praf sau de ceata, aflate sub influenta undelor sonice, in functie de diametrul diferit a lor capata viteze diferite ca valoare si directie de deplasare, formand aglomerate care pot fi mai usor separate intr-un ciclon. Factorii care caracterizeaza efectele undelor sonice sunt:
frecventa: pentru separarea prafului 1-100 kHz (pragul maxim auditiv este de 17 kHz);
intensitatea: (0,1 - 1 w/cm2) reprezinta energia undelor care strabat un cm2 in timp de o secunda;
durata de actionare;
Folosind efectul undelor sonore se pot separa particule de praf de dimensiuni sub 10 mm la un grad de separare de 0,1 g/cm3.
Elementele componente ale unei instalatii sonice de separare sunt: generatorul de unde ultrasonice, turnul de aglomerare si ciclonul de separare.Generatorul de unde ultrasonice (fig.18) se construieste in variantele cu jet a) si tip fluier cu vartej b).
a) b)
Fig.18
Generatorul sonor cu jet prezentat in fig 18 a) are ca
parti principale o duza si un rezonator in care
izbeste jetul de aer produs de duza. Generatorul de tip fluier cu
vartej (fig.18b) realizeaza zgomote puternice ca urmare a
introducerii aerului tangential intr-un tub cilindric.
Schema instalatiei de purificare
sonica a aerului este prezentata in generator sonor
figura 19 turnul de aglomerare notat
cu 1 este o camera cilindrica goala ciclon
pe care o strabate gazul de purificat praf
in timp ce este supus actiunii campului turn de aglomerare
sonic produs de generatorul sonic notat duza de umezire
cu 2 si care este amplasat
in partea sup.
a camerei. Ciclonul notat cu 3, separa intrare aer cu
praf
aglomeratele formate in camera de
aglomerare. Ciclonul mai prezinta o evacuare namol
duza de umezire 4 montata la racordul compresor aer
de alimentare, un compresor de aer
amplasat la partea inferioara si un racord
de evacuare a namolului.
Fig.19 Schema instalatiei de purificare sonica a aerului
3.5.6. Sedimentarea in sistem Lichid-Lichid
a)
vasele florentine - viteza de separare in cazul picaturilor
foarte mici se determina tinand seama de aceleasi elemente
ca in sistemul solid-lichid, operatiunea realizandu-se
continuu. Operatia este importanta in
industria uleiurilor. a
cilindrica sau prismatica. Pentru separarea
continua trebuie sa fie prevazut cu cel putin h2
trei racorduri : un racord de alimentare (A) A
pentru amestec, un racord pentru evacuarea
2
racord pentru evacuarea fazei cu densitatea
cea mai mare (b) situat cu Dh mai jos decat (a).
Fig.20 Decantor florentin
b) separatoarele centrifugale
Sunt utilaje care functioneaza in regim continuu. Clasificarea acestora se face dupa mai multe criterii:
dupa modul de realizare a alimentarii si evacuarii produselor avem separatoare deschise, semiermetice si ermetice;
dupa elementele constructive se intalnesc separatoare cu talere cilindrice concentrice si separatoare cu talere tronconice;
dupa operatia care se realizeaza: separatoare clarificatoare, separatoare concentratoare si separatoare pentru separarea de faze;
Separatoarele cu talere cilindrice concentrice (fig.21
Sunt
intalnite in industria vinului, berii
Si a sucurilor din fructe. Elementul
principal este toba cu talere, actionata in
miscare de rotatie printr-un ax vertical la
turatia cuprinsa intre 100-250 rot/sec.
Lichidul care trebuie limpezit este
Introdus la presiune constanta (pentru
separatoarele ermetice) sau la presiune
hidrostatica (la separatoarele semiermetice)
axial, de unde va fi proiectat de catre forta
centrifuga pe fata interioara a talerului
inelar cel mai mic, unde sedimentul se
retine si lichidul se deverseaza in zig-zag Fig.21 Separatoare cu
urcand si coborand printre talere pana ce talere cilindrice concentrice
ajunge la carcasa tobei la partea inferioara.
Dupa un numar de ore de functionare se
demonteaza si se indeparteaza sedimentul.
Separatoare cu talere tronconice (fig. 22)
Sunt utilizate in industria uleiului la rafinarea acestuia si in industria laptelui. Partile principale sunt toba,
sistemul, de alimentare si evacuare a
produselor, axul de antrenare in miscare
de rotatie si carcasa de protectie si fixare.
În toba se gasesc trei tipuri de talere:
talerul central de alimentare, o serie de
talere curente care realizeaza separarea
fazelor si un taler superior cu rolul de a
impiedica amestecarea deja separate.
Alimentarea se realizeaza sub influenta
presiunii hidrostatice si separarea are loc
in regiunea talerelor curente. Faza cu
densitatea cea mai mica (smantana) se
colecteaza in partea dinspre axul de rotatie,
se ridica si se evacueaza printr-o conducta
de evacuare cu sectiune variabila. Faza cu
densitate mai mare si sedimentul solid sunt Fig.22 Separatoare
impinse spre exterior spre carcasa, sedimentul cu talere tronconice
se fixeaza langa peretele carcasei iar faza lichida se evacueaza prin curgere libera printr-o alta conducta de evacuare.
Supercentrifuge (fig.23)
Realizarea unui factor de separare mai mare impune o turatie mai mare, chiar in detrimentul diametrului, deoarece factorul de separare este proportional cu patratul turatiei si cu raza. În general alimentarea se face la partea inferioara a tamburului. În timpul deplasarii in lungul tamburului, lichidul se imparte in straturi dupa densitatea partilor componente. Evacuarea componentilor separati se face pe la partea superioara.
Componentul usor este eliminat prin orificiile centrale in palnia de evacuare superioara.
Componentul greu prin orificiile marginale
in palnia de evacuare inferioara.
Fig.23 Supercentrifuge
Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate
