Центрифугирование
Центрифугирование – это способ механического разделения частиц вещества, которые обладают разными показателями плотности.
При центрифугировании происходит сепарация, в результате которой вещество разделяется на две фракции. Более плотные составляющие смеси перемещаются от оси центрифуги, а менее плотные смещаются к оси. Биологи и химики могут увеличивать эффективную гравитационную силу, чтобы осадок быстро и полностью переместился на дно пробирки. Остальная жидкость, которая находится над осадком называется супернатантом или насадочной жидкостью. Имеет место быть корреляция между размером и плотностью частицы и скоростью, с которой она отделяется, когда применяется только сила тяжести. Чем больше размер частиц, тем быстрее они отделяются. Благодаря приложению большей эффективной гравитационной силы к смеси, как это происходит в центрифуге, разделение частиц ускоряется, т. е. частицы, которые естественным образом отделялись бы в течение длительного времени, могут быть отделены за более короткий промежуток времени. Процесс центрифугирования используется во многих отраслях промышленности, в их числе:
- Пищевая промышленность, где центрифугирование используется для сепарации сахара от патоки.
- Нефтеперерабатывающая промышленность, где благодаря центрифугированию нефть очищается от воды и парафинов.
- Ядерная промышленность, где благодаря центрифугированию изотопы разделяются на бедную и богатую смеси.
- Фармацевтика.
- Металлургия, где благодаря центрифугированию расплавленные металлы очищаются от отходов электроники.
Автоматизация процесса центрифугирования
Типовое решение автоматизации процесса центрифугирования выглядит следующим образом.
Рисунок 1. Автоматизация процесса центрифугирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - барабан центрифуги; Б - момент на валу электрического двигателя; Z - уровень вибрации.
В качестве объекта управления при автоматизации процесса центрифугирования рассмотрим центрифугу непрерывного действия, которая изображена на рисунке выше. Осадок, который получается в результате центрифугирования, как правило, в дальнейшем поступает в сушилку, энергетические затраты которой определяются влажностью осадка. Поэтому при управлении центрифугами стоит задача получения заданной влажности осадка, что и является целью управления. В реальных условиях в центрифугу поступают возмущения в виде вязкости жидкой фазы, изменения гранулометрического состава твердого вещества, начальной концентрации его в суспензии и т. п. Самым сильным возмущением является изменение подачи суспензии. Например, увеличение расхода суспензии является причиной вымывания части осадка из центрифуги и увеличения влажности, а уменьшение расхода способствует нарушению равномерности слоя осадка, что приводит к сильной вибрации ротора. Чтобы при наличии большого количества возмущений достигалась цель управления, устанавливают центрифуги с высокой разделяющей способностью, которая определяется фактором разделения.
Рисунок 2.
где, r - радиус барабана центрифуги; n - частота вращения ротора; g - ускорение свободного падения.
Данная формула показывает, что изменение количества оборотов оказывает сильное регулирующее воздействие. но в большинстве центрифуг используются двигатели с постоянным числом оборотов. Кроме того, в настоящее время отсутствуют качественные датчики влажности конечного продукта. Поэтому выбирается электрический двигатель с таким количеством оборотов, при котором обеспечивалась бы заданная влажность осадка, даже при значительных возмущениях. Чтобы компенсировать сильные возмущения, причиной которых является изменение расхода суспензии, предусматривают узел стабилизации данного параметра. Чтобы поддерживать материальный баланс нет необходимости в установке регуляторов, потому что уровень фугата и осадка поддерживается за счет свободного удаления из аппарата. В центрифугах особое внимание уделяется сигнализации, контролю и защите параметров центрифугирования. Контролируются мутность фугата, расход фугата и суспензии, потребляемая энергия. Сигнализации и контролю подлежат давление масла в системе смазки, а также температура подшипников. В случае резкого падения давления и увеличения температуры срабатывают защитные устройства, отключающие центрифугу. Отключение должно производиться и при вибрации барабана, которая является признаком неравномерного распределения материала в центрифуге.
