Centrifugálás alapjai (vázlat)

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Centrifugálás alapjai (vázlat)"

Tibor Tamás
9 évvel ezelőtt
Látták:

1 Centrifuálás alapjai (vázlat) Szepesi G. - Venczel G. - Völyes L október 17. A centrifuálás szuszpenziók és folyadékeleyek (emulziók) szétválasztására alkalmazott m½uvelet, amelyben a szétválasztás a centrifuális er½o hatására következik be. Az erre a célra alkalmazott ép a centrifua. Folyadék - Szilárd Ülepítés Sz rés Szétválasztási lehet sé Folyadék - Folyadék Emulzió bontás Gáz-Gáz atomipar 1. ábra. A centrifuálás felhasználási lehet½oséei A centrifua dobja (foró rész) általában heneres vay kúpos kialakítású. M½uködésüket tekintve lehetnek: Szakaszos üzem½u centrifuák Folytonos üzem½u ülepít½o centrifuák Folytonos üzem½u derít½o centrifuák Derít½o, emulzióbont½o centrifuák. A dob köpenye vay perforált vay nem perforált kivitel½u. Perforált kivitel esetében tulajdonképpen ey sz½urési m½uveletr½ol van szó. A szilárd fázis a köpeny bels½o felületén elhelyezett sz½ur½oközere rakódik rá, és ott sz½ur½olepényt alkot. A folyadék fázis a centrifuális er½otér hatására szabadon áthalad rajta. Amennyiben a köpeny nem perforált, és ha a szuszpenzió szárazanya-tartalma kisebb, mint % akkor centrifuális derítésr½ol, ha nayobb akkor ülepítésr½ol beszélünk. 1

Az erre a célra alkalmazott ép a centrifua. Folyadék - Szilárd Ülepítés Sz rés Szétválasztási lehet sé Folyadék - Folyadék Emulzió bontás Gáz-Gáz atomipar 1. ábra.

2 y C G r A centrifuálás elméleti alapjai. ábra. A folyadékkeverés elve Centrifuális er½oteret tenely körül foró rendszerrel tudunk el½oállítani. El½oször vizsáljuk me a fü½olees tenely körüli forást a. ábra kapcsán. A körhener alakú edény a tenely körül állandó! szösebesséel foro. A kialakuló folyadékfelszin ey forási paraboloid lesz. A felület ey pontjára hat ey C centrifuális er½o, amelyet a C = mr! összefüéssel lehet számolni, továbbá ey G = m ravitáció. Az ered½o er½o és a centrifuális er½o közötti szö: t = Az érint½o nem más mint a 1 t, azaz: m mr! = dy dr = r! A felület eyenletét interálással kapjuk me: Z y 0 dy = Z r 0 r! r! dr =) y = r! ami valóban ey forási paraboloid eyenlete. Ey fontos foalom a centrifuálásban, a centrifua jelz½oszáma, amit a következ½oképpen de nálunk: j = r! Ha a jelz½oszám értéke nayobb mint 100 akkor a kialakuló felület ey koaxiális henernek tekinthet½o. (3. ábra)

A felület ey pontjára hat ey C centrifuális er½o, amelyet a C = mr! összefüéssel lehet számolni, továbbá ey G = m ravitáció.

3 Szemcsére ható er½ok centrifuális ülepítés esetén Q D= R H L 3. ábra. Centrifuális ülepítés Ey szemcsére - amely a H szélesséel jellemzett folyadékban helyezkedik el - lamináris áramlás esetén az er½oeyensúly: d 3 6 sz f r! {z } F=ma = 3wd {z } közeellenállás Rendezzük az el½obbi eyenletet w-re, majd szorozzuk me a számlálót és a nevez½ot is -vel: w = d sz f r! 18 = d sz f r! 18 = w 0j Tehát a kialakuló sebessé a Stokes-féle ülepedési sebessének és a jelz½oszámnak a szorzata. Ha ey szemcse kevesebb idei tartózkodik a centrifua terében, mint az ülepedéshez szüksées id½o, akkor biztosan távozni fo dobból. A tartózkodási id½ot kiszámolhatjuk a rendelkezésre álló térfoat és a bevezetett térfoatáram seítséével. Az ülepedési id½o számolható az ülepedési sebessé és az ülepedési út (H) seítséével: Tartózkodási id½o = V Q = ülepedési id½o = H w Ennek felhasználásával kiszámolható a bevezetend½o térfoat mennyisée: Q = H V = w 0j V H = w 0jA = w 0 P A P eyenérték½u derít½ofelület memutatja, hoy az adott centrifuális er½oteret kihasználó ülepít½o mekkora ravitációs ülepít½ofelülettel eyenérték½u. A 3. ábrán látható ábra jelöléseivel az eyenérték½u derít½ofelület a következ½oképpen szuámolható: P = (D H) L (D H)! = (D H) L! ; r k = 3 (D H)

{z } F=ma = 3wd {z } közeellenállás Rendezzük az el½obbi eyenletet w-re, majd szorozzuk me a számlálót és a nevez½ot is -vel: w = d sz f r! 18 = d sz f r!

4 Ülepít½ocentrifua határszemcséje A határszemcse mint foalom azt jelenti, hoy a határszemcsénél nayobb átmér½oj½u szemcsék 100%-ban leválasztódnak, mí a kisebb méret½uek nem választódnak le. Ez természetesen ey elméleti meközelítés. A határszemcse az ülepedési sebessé összefüéséb½ol határozható me: s w = d sz f r! 18w =) d = 18 sz f r! Mejeyzések: 1. d nem szabályos ömb alakú mivel w = Q H s V 18QH íy d = sz f V r!. r k változik, a (D H)= csak közelítés!!! Ha yelembe vesszük a változást, akkor az eyenérték½u derít½ofelület a következ½oképpen számolható: = Q = w 0 P, P = Q w 0 = Z Z dr w = dr w 0 j(r) = V w 0 = V 1 Z w 0 dr w w 0! RZ r dr r = w 0! ln R r Az el½obbiek felhasználásával a derít½ofelület a következ½oképpen számolható: P = V w 0 w 0! ln R r = (R r ) L! ln R r 4

d nem szabályos ömb alakú mivel w = Q H s V 18QH íy d = sz f V r!. r k változik, a (D H)= csak közelítés!

5 CENTRIFUGA BERENDEZÉSEK Szakaszos üzem½u centrifuák Inacentrifua 4. ábra. Inacentrifua Az inacentrifuák fü½olees tenelyét az alapkeretbe áyazzák és a hajtómotor is erre van szerelve. A rendszer f½o tömeei alul helyezkednek el. Az alaplemez három ponton ömbcsuklós rudakra van felfüesztve, íy a lenések közvetlenül nem terhelik a épalapot. A perforált falú peremes forórészt a centrifuált folyadékot y½ujt½o köpeny veszi körül.a hajtómotort reteszelik, íy az csak nyitott fékek és zárt fedél esetén indítható el. Az inacentrifuák alkalmazási köre széles, szerkezeti anyaa iazodik a korróziós követelményekhez, hajtása különböz½o robbanási fokozat szerinti védettsé½u motorral, de vízturbinával is mevalósítható. Szüksé esetén indi erens ázzal inertizálható. Korszer½ubb változatai alsó ürítés½uek. Fü½o centrifuák A fü½o centrifuát Weston találta fel és a múlt század 50-es éveit½ol kezdve alkalmazzák a cukoriparban. A centrifua tenelye fels½o véénél fova csuklósan van füesztve az acélszerkezeti állványra. A centrifua dobja kúpos kialakítású, íy a centrifuálás befejezése után az anya kicsúszik a centrifuából. Lassú foratás közben töltik fel anyaal. 5

A perforált falú peremes forórészt a centrifuált folyadékot y½ujt½o köpeny veszi körül.a hajtómotort reteszelik, íy az csak nyitott fékek és zárt fedél esetén indítható el.

6 Fü½o centrifua Hámozó centrifuák Hámozó centrifuák kialakítása 6

7 Minden részm½uvelet az üzemi pöretési fordulatszámon történik. Ürítésnél nem állítják me, s½ot mé le sem lassítják. Tehát a jellemz½ojük az állandó forás. Méis szakaszos üzem½unek tekintik, mert az eyes munkaciklusok (töltés, pöretés, mosás, szárítás, ürítés) uyanúy követik eymást, mint a többi szakaszos üzem½u centrifuáknál. A centrifua lehet sz½ur½o vay ülepít½o kivitel½u. A bels½o köpenyre lerakódott szilárd anyaot hámozókéssel szedik le, teljes üzemi fordulatszámon. A sz½ur½ocentrifuákat jól sz½urhet½o kristályos anyaoknál, az ülepít½oket nehezen sz½urhet½o, de jól ülepíthet½o anyaoknál alkalmazzák. Hámozó centrifuák mm dobátmér½ovel készülnek. Folytonos üzem½u centrifuák Pulzáló vay toló centrifuák Az ábrán látható ey vízszintes tenely½u pulzáló centrifua. A dob a foratott cs½otenelyhez kapcsolódik. A cs½o-tenely belsejében ide-oda mozo a vele eyütt mozó foró tenely Pulzáló centrifua Ennek eyik vée a tolólap (5) másik vée a duattyú. A tolólap axiális mozását hidraulikus berendezés (4) biztosítja. A dob bels½o palástján a szilárd anyaot a tolólap el½orehaladva eltolja a szitafelületen. Visszafelé mozáskor a közelében lév½o dobrész metelik anyaal, amely azután a leközelebbi el½oremozásnál az el½obbivel eyütt továbbjut. A dobok mm átmér½ovel készülnek. Jelz½oszámuk: Kúpos centrifuák Elnevezésüket a dob alakjától kapták. A szuszpenziót a kisebb átmér½onél enedik be, a kúpos dobon történ½o áthaladás közben a szitabetéten át távozik a folyadék. Az 7

A centrifua lehet sz½ur½o vay ülepít½o kivitel½u. A bels½o köpenyre lerakódott szilárd anyaot hámozókéssel szedik le, teljes üzemi fordulatszámon.

8 anya áthaladására leinkább az anya és a szitabetét közötti súrlódási tényez½o jellemz½o. = tan. Ha nayobb mint arctan akkor a szemcse a dob bels½o felületén mozo a nayobb kúpátmér½o felé. Ebben az esetben az áthaladási id½o nayon rövid. Kúpos centrifua Csiás ürítés½u ülepít½o centrifua A centrifua belsejében ey szállítócsia van elhelyezve. A dobbal azonos irányban foro, de különböz½o sebesséel. A szuszpenziót a forási középpontban elhelyezett betáplálócsövön keresztül vezetik be a dobba. Itt felveszi a dob sebesséét, és a centrifuális er½o hatására az iszap a dob falánál, mí a kisebb s½ur½usé½u folyadék a bels½o koncentrikus réteben helyezkedik el. 8

Kúpos centrifua Csiás ürítés½u ülepít½o centrifua A centrifua belsejében ey szállítócsia van elhelyezve. A dobbal azonos irányban foro, de különböz½o sebesséel.

9 Csiás ülepít½o A fordulatszám-különbsé szokásos értéke a dobfordulat 0,5-1%-a. A menet emelkedésének és forásiránynak mefelel½oen néy eset lehet. Balmenet½u csia esetén a viszonyokat az ábra mutatja. A folytonos üzem½u ülepít½o centrifua minden 3%-nál nayobb koncentrációjú szuszpenzió derítésére alkalmas mm átmér½ohatárok között yártják. Szupercentrifuák A hosszú, karcsú, cs½o alakú dobot felül a csatlakozó tenelyénél fova füesztik fel. Az alul elhelyezett csapáyak csak a radiális metámasztást biztosítják. Az anyaot az elosztószerkezet eyenletesen szétosztja és felyorsítja a dob sebesséére. A dob hosszában való átáramlás közben történik me a szétválasztás. 9

150 1400mm átmér½ohatárok között yártják. Szupercentrifuák A hosszú, karcsú, cs½o alakú dobot felül a csatlakozó tenelyénél fova füesztik fel.

10 Szupercentrifua A centrifua használható emulzióbontásra és derítésre is. A dobátmér½ok viszonyla kicsik (44-150mm) viszont a fordulatszáma elérheti es értéket is. Felhasznált irodalom Fejes Gábor - Tarján Gusztáv : Veyipari Gépek és M½uveletek, Tankönyvkiadó, Bp Fonyó Zsolt - Fábry Györy : Veyipari M½uvelettani Alapismeretek, Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp

is. Felhasznált irodalom Fejes Gábor - Tarján Gusztáv : Veyipari Gépek és M½uveletek,

Hasonló dokumentumok

A mérés célkitűzései: A sűrűség fogalmának mélyítése, különböző eljárások segítségével sűrűség mérése.

A mérés célkitűzései: A sűrűsé foalmának mélyítése, különböző eljárások seítséével sűrűsé mérése. Eszközszüksélet: Mechanika I. készletből: állvány, mérőhener fecskendő különböző anyaokból készült, eyforma