Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Теоретические основы процесса центрифугирования

ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ

 

Общие сведения

Центрифугированием называют процесс обезвоживания мелких и тонких продуктов обогащения под действием центробежных сил 80 вращающемся роторе. Центрифугирование осуществляется в машинах, называемых центрифугами. Основной рабочий орган центрифуг — ротор, внутри которого происходит разделение суспензии на твердую и жидкую фазы, формирующие соответственно осадок и фугат.

Различают центробежное фильтрование и осадительное центрифугирование.

При центробежном фильтровании вода удаляется через перфорированный ротор центрифуги, в котором суспензия под действием центробежных сил прижимается к его внутренней поверхности. Жидкость фильтруется через слой осадка и отверстия ротора. Твердые частицы удерживаются на поверхности ротора, обезвоживаются и разгружаются из ротора.

Осадительное центрифугирование осуществляется в центрифугах со сплошным ротором. Суспензия под действием центробежных сил прижимается к внутренней поверхности ротора. Твердые частицы, обладающие большей плотностью, осаждаются в объеме суспензии и концентрируются у стенок ротора, вытесняя воду в пространство, расположенное ближе к центру вращения. Фугат удаляется из ротора через сливные окна, а осадок транспортируется шнеком к разгрузочным патрубкам.

Таким образом, общие закономерности центрифугирования во многом аналогичны закономерностям фильтрования и осаждения в поле гравитационных сил.

Следует отметить, что, в отличие от обычного фильтрования, процесс центробежного фильтрования происходит в более сложных условиях: форма осадка и фильтрующей перегородки искривленная, т. е. площадь поверхности фильтрования зависит от радиуса вращения, на уплотнение осадка оказывают влияние гравитационные силы и гидростатическое давление вращающейся жидкости.

Наиболее широко операции центрифугирования применяют в углеобогащении, так как именно этим способом можно наиболее эффективно удалять влагу из продуктов углеобогащения.

В горной промышленности центрифуги применяют также для обогащения в тяжелых жидкостях и суспензиях, обезвоживания продуктов обогащения и осветления сточных и моечных вод.

 

Теоретические основы процесса центрифугирования

Известно, что угловую скорость вращения ω (с-1) определяют по формуле

ω = 2πn/60 = πn/30, (2.27)

где п — частота вращения, мин-1. Окружная скорость υ(м/с) составляет

υок = πrn/30,

где r—радиус вращения, м. Окружная и угловая скорости вращения связаны между собой следующей зависимостью:

υок = ωr. (2.28)

При вращательном движении возникает центробежное ускорение ƒц.с и равное ему по значению, но направленное в противоположную сторону центростремительное ƒц.с, которые рассчитывают по формуле

С учетом выражений (49) и '(50) можно записать

ƒц.б = ƒц.с = (πn/30) υок

Один из основных критериев технологической эффективности работы центрифуг — фактор разделения Фр, который выражают через отношение значения центробежного ускорения к ускорению свободного падения g:

Фактор разделения — безразмерная величина, показывающая, во сколько раз центробежное ускорение превышает ускорение свободного падения. По значению фактора разделения центрифуги можно условно подразделить на две группы: нормальные (Фр<3500) и сверхцентрифуги (Фр>3500). При обезвоживании про­дуктов обогащения применяют центрифуги с фактором разделения Фр=100÷800. Значение фактора разделения можно определить по формуле

Фр = n2D/1800,

где D — диаметр вращения, м.

Центробежную силу Fц (Н), возникающую при вращении тела, определяют по формуле

Fц=mυ2ок/r=mrω2
где т — масса вращающегося тела.

Будем считать, что жидкость, находящаяся в роторе, ведет себя как твердое тело и вращается с постоянной угловой скоростью ω (рис. 2.15) .

Рис.2.16. Схема осадительного центрифугирования

 

Центробежную силу dFц, возникающую при вращении элементарного кольца суспензии массой dт, внутренним радиусом r, толщиной dr и высотой, равной единице, определим по формуле

dFц = ω2rdm (2.29)

Масса жидкости

=Δdsdr,

где Δ — плотность жидкости; ds — площадь элементарного кольца радиусом r.

Подставляя в дифференциальное уравнение (52) выражение для dm, определим статическое давление Рц, развиваемое жид­костью под действием центробежного поля:

ц =dFц/ds = Δω2rdr.

Проинтегрировав полученное уравнение по r, которое может изменяться от R0> до R, получим

(2.30}

Скорость осаждения частиц υц (м/с) при осадительном центрифугировании может быть определена по закону Стокса:

υц =(δ-Δ)d2ω2r/(18μ) (2.31)

где δ и Δ — плотность соответственно твердой и жидкой фазы, кг/м3;

d— диаметр частиц, м; ω — угловая скорость, с-1;

r — расстояние от центра вращения до частицы, м;

μ — вязкость жидкости Па·с.

Формула Стокса была выведена для условий свободного падения частиц в воде. При массовом осаждении частиц в стесненных условиях необходимо учитывать скорость перемещения поверхности раздела осветленной жидкости в суспензии. Поэтому скорость осаждения частиц рассчитывают по формуле

υц = p3 ср - Δ) ω2r/(S2μ) (2.32)

где Кр — коэффициент разрыхленности;

δср — среднединамическая плотность твердых частиц, кг/м3;

S — удельная поверхность частиц, 1/м.

Коэффициент разрыхленности

Кp =Rи δср /(Δ + Rи δср), (2.33)

где Ри — отношение Ж : Т в питании.

Полный цикл центробежного фильтрования можно условно разделить на три этапа (три периода): формирование осадка; объемное уплотнение и механическая сушка осадка. В начале процесса материал в роторе разделяется на две фазы: твердую и жидкую, в результате в роторе образуются слой из твердых частиц у стенок ротора и жидкостный слой. В этот период жидкость фильтруется через слой осадка и стенку ротора под действием центробежных сил. При этом следует учитывать, что в центрифугах движущей силой является гидростатическое давление вращающейся жидкости, осадок и фильтрующая перегородка имеют значительную кривизну, уплотнение осадка обусловливается не только давлением жидкости, но и действием массовых сил осадка. На втором этапе скорость фильтрования уменьшается, так как оставшаяся влага находится на поверхности частиц и в местах их контакта друг с другом и удерживается молекулярными и капиллярными силами. На третьем этапе скорость фильтрования снижается до минимума. Жидкость постепенно перетекает внутри осадка в направлении движения ротора под действием центробежных сил и воздушного потока, проходящего через слой осадка. В фильтрующих центрифугах продолжительность полного цикла фильтрования не превышает 2 с, поэтому физика процесса еще не достаточно изучена.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.