centrifugarea proiect

8/10/2019 Centrifugarea proiect

1/15

INTRODUCERE

Separarea amestecurilor eterogene sub influena forei centrifuge care aparecnd n amestec se realizeaz viteze de rotaie mari, poart denumirea de separarecentrifugal sau centrifugare.

Centrifugarea este o metod foarte rspndit n aproape toate subramurileindustriei alimentare. Utilajele utilizate pentru separarea sub efectul forei centrifuge

poart denumirea de centrifuge, acestea fiind caracterizate prin elemente n micare laturaie mare.

aterialele din care se construiesc centrifugele trebuie s satisfac cerineleimpus e de evitarea coroziunii, de pstrare a calitilor lic!idului i de rezistenadmisibil. Sub aspectul separrii eterogene, efectele forei centrifuge i a celeigravitaionale sunt aceleai, deosebirea const n faptul c, intensitatea cmpuluicentrifugal poate fi modificat prin modificarea turaiei i a distanei fa de a"ul derotaie.

Campul de forte centrifuge poate fi realizat prin# $limentarea sistemului eterogen intr%un organ in miscare de rotatie al unui

utilaj & centrifuga, supercentrifuga, separator centrifugal' unde are locsepararea fazelor sistemului(

)mprimarea unei miscari de rotatie sistemului eterogen prin alimentaretangentiala in aparate fi"e &!idrocicloane, cicloane'.

Separarea amestecurilor eterogene sub influenta fortei centrifuge se realizeazape doua principii#

*rin sedimentare% separarea se realizeaza pe baza de diferenta de densitate a

componentilor( *rin filtrare% separarea amestecurilor solid%lic!id are loc ca urmare a trecerii

fazei Separarea amestecurilor eterogene sub influenta fortei centrifuge serealizeaza pe doua principii#

*rin sedimentare% separarea se realizeaza pe baza de diferenta de densitate a

componentilor( *rin filtrare% separarea amestecurilor solid%lic!id are loc ca urmare a trecerii

fazei fluide printr%un material filtrant. Sedimentarea si filtrarea in camp de forte centrifugal sunt mai comple"e decat

in campul gravitational deoarece acceleratia centrifugala nu este o marimeconstanta. fluide printr%un material filtrant.

Sedimentarea si filtrarea in camp de forte centrifugal sunt mai comple"e decat incampul gravitational deoarece acceleratia centrifugala nu este o marime constanta.

+


2/15

1. TEORIA CENTRIFUGARII

rice mobil care se mic pe o traiectorie curb, este acionat de o forcentrifug egal cu#

R

vmc

-

=

pentru micarea circular ( ) RnmRmc == -- - unde.c- fora centrifug( m% masa mobilului, v% viteza mobilului( R% raza de curbur atraiectoriei(w% viteza ung!iular( n- turaia. ora centrifug se aplic oricrui punctmaterial.

Comparnd ecuaiile de mai sus cu ecuaia care d fora gravitaional n

cmpul de gravitaie gmG = , se poate considera c mrimileR

v-

sau R-

reprezint acceleraia cmpului de fore centrifuge./aportul z dintre intensitile celor dou cmpuri este egal cu raportul dintre

acceleraiile lor, numindu%sefactor de eficacitate:

Rngg

R

Rg

v

g

Cz ==

== -

---0

actorul de eficacitate utilizat pentru separarea unor amestecuri este limitatca valoare ma"im de natura materialului supus separrii. *entru centrifugeleutilizate, factorul de eficacitate are valorile#

- la centrifugele de mic eficacitate z1 23- la centrifugarea cristalelor z1 +33 %+43- la centrifugarea za!rului z1 043%543- la separarea componenilor amestecurilor eterogene forele sunt folosite pentru

urmtoarele efecte#- accelerarea sedimentrii(- accelerarea filtrrii- eliminarea mai naintat a lic!idului dintr%un material solid.

-


3/15

2. SEPARAREA AMESTECURILOR ETEROGENE SUBINFLUENTA FORTEI CENTRIFUGE

Separarea amestecurilor eterogene sub influena forei centrifuge, se realizeaz

pe dou principii#

2.1Sedimentare, cnd separarea sub influena forei centrifuge se realizeaz pebaz de diferen de sedimentare, prin stratificarea componenilor. Se aplicamestecurilor eterogene lic!id%lic!id, solid%lic!id, solid%solid, solid%gaz. Separareacentrifugal pe principiul sedimentrii, poart uneori denumiri speciale# limpezire'eliminarea impuritilor solide dintr%un lic!id', concentrare &concentrarea particulelorsolide dintr%un amestec solid%lic!id ', etc.

Sedimentarea sub influena forei centrifuge se realizeaz n dou faze#- depunerea fazei cu viteza de sedimentare sau cu densitatea mai mare, care se

supune legilor !idrodinamicii n cazul sedimentelor solide(

- tasarea sedimentului, care se supune legilor mecanicii solului.Sedimentarea sub influena forei centrifuge se deosebete de sedimentareasub influena forei gravitaionale prin faptul c se realizeaz sub influena acceleraieicentrifugale. Centrifugarea se folosete pentru accelerarea sedimentrii, pentruamplificarea vitezei de filtrare i eliminarea fazei lic!ide dintr%un solid n stare degranule. Se pot realiza umiditi minime de 2%+36.

7iteza de sedimentare n cmpul gravitaional este dat de legea lui Sto8es#

( )

-

-+

-

-

-+-

+9+9

+

=

=

dgdwg &+'

unde#wg% viteza de sedimentare n cmp gravitaional(d: diametrul particulelor care sedimenteaz(1% densitatea particulelor(2% densitatea lic!idului(g: acceleraia gravitaional% vscozitatea cinematic a lic!idului

7iteza de sedimentare n cmpul gravitaional depinde de mrimea particulelorcare sedimenteaz i de constantele fizice &1,2,' ale sistemului dispers. /ezult cviteza de sedimentare nu poate fi sc!imbat dect prin sc!imbarea proprietilorsistemului, de e"emplu prin mrirea particulelor &coagulare' sau prin micorareavscozitii &nclzire'. alt posibilitate de mrire a vitezei de sedimentare este de alucra ntr%un cmp de fore caracterizat printr%o acceleraie mai mare dect ceagravitaional, ceea ce se poate realiza prin centrifugare.

;ntr%o centrifug viteza de sedimentare nu este constant din cauza cmpuluineomogen a crui intensitate crete cu distana de la centru.


4/15

cw ,3 % viteza medie de sedimentare n centrifug(

gw ,3 viteza de sedimentare n cmp gravitaional(

R raza medie

z factor mediu de eficacitate al centrifugii

=cuaia &+' rezult din ecuaia &-' n care s%a nlocuit acceleraia gravitaional cu

acceleraia medie a cmpului de fore centrifuge

R- adic acceleraia la distana

R de centrul de rotaie.

=fectele sedimentrii ntr%un cmp de fore centrifuge sunt#- viteze mari de sedimentare(- sedimentarea particulelor mai fine, adic o separare mai naintat a celor dou

faze din care este format sistemul dispers(

- separarea sistemelor disperse cu diferen mic ntre densitile + i - alecelor dou faze.

Separarea centrifugal a lic!idelor nemiscibile &emulsii' se face pe baza difereneide densitate . *entru diferene >26 separarea se face uor. Cnd diferena scade sub+6 influena vrtejurilor i a curenilor este important. Separarea se poate mbunti

prin#- introducerea suprafeelor de stabilizare pentru atenuarea vrtejurilor(- aducerea lic!idului de separat c!iar n zona de separare(- divizarea lamelar a lic!idelor ntr%o centrifug.

2.2 Filtrareacare se aplic n special amestecurilor eterogene solid%lic!id. >ic!idulstrbate suprafaa filtrant sub influena forei centrifuge, particulele solide din

amestec, acionate de fora centrifug se depun pe suprafaa masei filtrante. >afiltrarea sub influena forei centrifuge apar trei faze# +' formarea sedimentului( -'tasarea sedimentului 2' eliminarea lic!idului reinut n porii sedimentului. aza deformare a sedimentului se aseamn cu cea de la filtrarea obinuit, ns n acest caz,

presiunea cu care trece lic!idul prin stratul de sediment este provocat de foracentrifug i n mod normal este mai mare dect la filtrarea obinuit. aza de tasarese supune legilor mecanicii solului. aza de eliminare a umiditii reinute n poriisedimentului se aseamn cu o uscare mecanic. ?otui n cazul filtrrii sub influena

presiunii create de fora centrifug, se elimin mai mult din faza lic!id dect la

filtrarea obinuit i se obine un precipitat cu umiditate mai redus.7iteza de filtrare depinde de diferena de presiune pe cele dou fee alestratului filtrant. >a filtrarea obinuit, diferena de presiune se poate mri prinmrirea stratului de lic!id pe filtru, prin mrirea presiunii asupra lic!idului i prinmrirea presiunii sub stratul de filtrat.

*resiunea lic!idului pe suprafaa filtrant, se mrete mult cnd filtrarea seface ntr%un cmp de fore centrifuge.

=cuaia diferenial a filtrrii fiind#

( )Is

r

p!

dt

d

+

=

+

+-

0


5/15

*entru simplificare demonstraiei se poate considera $1+, se va neglijainfluena suportului & 7)13' i se va considera precipitatul incompresibil s13.

=cuaia va deveni#

r

"

dt

d

=

+

dup separarea variabilelor i integrare la presiune constant#

=

3

3+

dtr

pd

v

se obine tr

pv

=

+

-

-

de unde tr

p

=

+

-

=cuaia care d valoarea presiunii asupra pereilor centrifugii rezultate dinrotirea lic!idului#

( )+----

-RR" ll =

;n cazul filtrrii prin centrifugare presiunea l" este suprapresiunea pe faa deintrare a lic!idului prin precipitat, iar pe faa de ieire este presiunea atmosferic,rezultnd c l" corespunde cu " , deci#

( ) trRR lc

=

+

+

-

-

--

/aportul dintre cantitatea cde filtrat obinut n centrifug i cea trecut n acelaitimp printr%un filtru sub aciunea unui strat de lic!id de grosime ( )+- RR este#

( )

( )

( )

g

RR

t

r

gRR

tr

RR

l

l

c

--

+-

-

+

+-

+

+

-

-

--

+=

=

dac centrifuga este plin & /+13 '#

--

-

-z

g

R

c =

=

ceea ce arat c prin filtrarea sub influena forei centrifuge se obine o cantitate defiltrat mai mare dect la filtrarea obinuit. $ceasta atrage dup sine i un efect denlturare a umiditii din precipitat, mai puternic.

3. DIMENSIONAREA CENTRIFUGELOR

4


6/15

>a construirea centrifugelor , trebuie s se in seama de elementele impuse de#- materialul supus centrifugrii(- materialul din care este construit centrifuga(- construcia centrifugei

care pot fi concretizate n#- limitarea razei i turaiei centrifugei(- limitarea volumului ocupat de produs n centrifug datorit formei pe care o ia

produsul n timpul micrii de rotaie(- turaia critic care apare la centrifugare.

3.1Diametrul cetri!u"ei

La centrifugele cu funcionare continu, raza tamburului se determin dindebit:

( ) vRR#v = +-

--

unde R2i R1 sunt raza interioar a centrifugei respectiv raza golului lsatde produs n interiorul centrifugei, v este viteza de naintare a produsului pe

lungimea L a centrifugei. Deoarece t$v = , relaia [ se poate scrie:

( )t

$RR#v

=

+-

--

!n construcia centrifugelor cu funcionare continu se ia n mod normal un

raport R$ care s dea centrifugei o form acceptabil.

La centrifugele cu funcionare discontinu determin"ndu-se n funcie deelementele indicate turaia i raza, se alege pentru tob o nlime, astfel ca

raportul R% s asigure o form acceptabil a tobei. #olumul ocupat de

produs, in"nd seama de golul care apare n centrul ei datorit micrii derotaie se obine din relaia:

( -- RR% t =

n care tR este raza interioar a tobei, iar $ raza interioar a stratului dematerial. %in"nd seama de durata total a unui ciclu de separare centrifugal,debitul pe care-l asigur o centrifug este dat de relaia:

t

vt

# =

5


7/15

#aloarea lui Mv n cazul separrii prin sedimentare se refer la amesteculiniial,iar n cazul centrifugrii prin filtrare Mv se refer la debitul volumic deprecipitat.

2.- Gr#$imea %eretelui cetri!u"al

&e determin in"nd seama de presiunea provocat de fora centrifugdatorit produsului i datorit peretelui tobei centrifuge. 'resiunea e(ercitatde produs este:

tppp R" =

n care p, p sunt densitatea i grosimea peretelui tobei. 'resiuneae(ercitat de materialul din care este confecionat toba este:

tttt R" = -

n care t, tsunt densitatea i grosimea peretelui tobei. 'resiunea totalva fi:

ttpptp R""" +=+= -

n care teste c)iar grosimea peretelui tobei care rezult conform relaiilordin rezistena materialelor.

2.2 Puterea c#$umat& la cetri!u"are

'entru centrifugele cu funcionare continu trebuie s se in seama at"tde consumul de energie din perioada de pornire, c"t i de cel din perioada deregim, deoarece pornirile i opririle alterneaz la intervale scurte i consumulde energie n perioada de pornire este mai mare.

!n perioada de pornire, puterea va fi:

402-+""""""p ++++=

n care:P1- puterea necesar pentru imprimarea turaiei de regim, maselor n

micare a centrifugei. Lucrul mecanic necesar pentru punerea n micare aperetelui cilindric al tobei este:

-

+

-

+

I$

=

n care I1este momentul de inerie al tamburului:

--

+ - R%RRmI rt ==

@


8/15

mt masa tamburului de raz interioar R, H- nlimea, - grosimeaperetelui,t densitatea peretelui. Dac durata de pornire este t, puterea P1este:

t

R&

t

$"

t

--

+

+

==

P1* puterea necesar pentru aducerea ncrcturii la turaia de regim.Dac ncrctura formeaz un strat apro(imativ cilindric, de raza interioar R1i raz e(terioar R2, momentul de inerie al stratului de lic)id este:

( )+0-0+--

+RR&I =

iar lucrul mecanic necesar antrenrii lic)idului p"n la atingerea turaiei

de regim este:

( )+0-0-+--

-0

+

-RR&II ==

'uterea P2este dat de relaia:

( )t

RR&

t

$"

+

0

-

0-

+

-

-

0

+ ==

n care.+ - densitatea lic)idului centrifugat+-" - puterea consumat pentru nvingerea frecrii arborelui centrifugei n

lagre se calculeaz cu relaia:

t

rm'" cf

=

2

unde:f' - factorul de frecare n lagre kf,/-,0 1 , mc- masa tuturor pieselor

n micare ale centrifugei, r- raza arborelui n dreptul lagrului.

'uterea necesar pentru nvingerea frecrii, P4, dintre centrifug i aerulncon2urtor se calculeaz cu relaia:

av(" = 2-5

0 +3@25,3

n care: - este un coeficient de rezisten adimensional egal cu 3,3+D * diametrul e(terior al centrifugei,v- viteza periferic , m4s+

a

- densitatea aerului, 5g4m6

9


9/15

P5reprezint puterea necesar pentru nvingerea altor rezistene cum ar fifrecarea racletelor care evacueaz precipitatul la centrifugele continue,frecarea lic)idului n curgerea lui n centrifug, etc.

'. TIPURI DE UTILA(E PENTRU CENTRIFUGARE

Clasificarea utilajelor pentru centrifugare se poate face dup mai multe criterii#+' 4333(% super%centrifuge, 4333


10/15

Fig 4.1 Criterii de clasificare a cetrif!gel"r

'.1 Cetri!u"e )e !iltrare

7cestea se caracterizeaz prin e(istena unui tambur perforat cptuit cusit sau cu p"nz. &copul lor este filtrarea suspensiilor, separarea cristalelordin soluia iniial, etc. 7plicaiile principale n industria alimentar sunt nindustria za)rului i a lactozei. 8entrifugele filtrante pot fi utilizate i pentruuscarea mecanic, care are aplicaii n industria abatoarelor.

).1.1 Cetri!u"e )e !iltrare cu !uc*i#are )i$c#tiu&

!n figura 9.3 este prezentat o centrifug suspendat cu descrcareautomat, cu descrcare discontinu, utilizat n industria za)rului.

rganul principal al centrifugei este tamburul 0, cilindric cu parteainferioar tronconic, perforat ca i partea cilindric. 'e poriunea cilindric,n e(terior, tamburul este prevzut cu elemente de ntrire,pentru mrirearezistenei mecanice a elementelor tamburului. ;ste suspendat de la parteainferioar, care este desc)is cu o pies special 3 de arborele de antrenaren micarea de rotaie 6. 7rborele este susinut n poziie vertical prin grupulde lagre 9 , fi(ate n sc)eletul metalic oba este nc)is ntr-o carcas

cilindric /, care la partea superioar are o desc)idere n form de cerc i lapartea inferioar un fund cu o p"lnie care permite colectarea separat a

+3


11/15

filtratului i a cristalelor de za)r precipitatului1 prin p"lnia ?. 'e arbore, ninteriorul tamburului, este montat un disc 0, iar la partea superioar sistemulde fr"nare al arborelui 00. 7limentarea cu produs supus separrii pe principiulfiltrrii se realizeaz pe la partea superioar prin conducta 03. 8entrifugaeste prevzut cu una sau dou conducte de splare 06.

8entrifugele cu funcionare discontinu cuprind urmtoarele faze: a1ncrcarea b1 pornirea c1 centrifugarea la turaia de regim d1 splareasedimentului solid e1 uscarea prin centrifugare f1 oprirea g1 descrcarea.8entrifugele cu descrcare automat sunt recomandate pentru operaii defiltrare care se realizeaz la viteze mari sub influena forei centrifuge, cumeste n industria za)rului.

@ig. 9.3. 8entrifug filtrant cufuncionare discontinu

4.1.2 Cetri!u"e )e !iltrare cu !uc*i#are c#tiu&

La centrifugele continue alimentarea cu suspensie de centrifugat,splarea precipitatului, evacuarea apei de splare i evacuarea precipitatuluise fac nentrerupt.

!n fig.9.6 este prezentat o centrifug filtrant cu a( orizontal. 8entrifuga

are un tambur cilindric perforat 0, care este tamburul de filtrare i un tamburtronconic 3 destinat pentru alimentare. >amburul tronconic prin braele 6 este

++


12/15

fi(at de discul 9 care are diametrul interior ceva mai mic dec"t diametrulinterior al tamburului cilindric. >amburul cilindric este fi(at a(ial de un arboregol n interior i n acelai timp este nc)is ntr-o carcas compartimentat =,care permite colectarea separat a filtratului prin p"lnia /, a apelor de splareprin p"lnia A i a precipitatului prin p"lnia ?. 7rborele gol este fi(at perfect

orizontal printr-un grup de lagre 0 i este antrenat la capul liber prin aiba00 i curelele trapezoidale n micare de rotaie. !n interiorul arborelui gol estemontat arborele plin 03 care are la un capt fi(at discul 9, la cellalt captpistonul 06 care se deplaseaz n interiorul cilindrului de pe arborele gol.&uspensia de sediment se introduce n tamburul tronconic n poriunea cudiametru mai mic, n timp ce tamburul se rotete la o turaie redus fa deturaia tamburului cilindric. Datorit micrii de rotaie suspensia avanseaz ,

@ig.9.6 8entrifug filtrant continu cu a( orizontala2unge n faa discului i se scurge pe faa interioar a tamburului perforat,unde are loc filtrarea propriu-zis, filtratul strbt"nd stratul de precipitat ia2ung"nd n interiorul carcasei de unde se evacueaz. !n timp ce se rotetediscul sub influena pistonului are o micare cu a( de dute-vino, fc"nd 03-0=curse4min. 'rin aceast micare sacadat discul mpinge precipitatul pelungimea tamburului perforat, fc"ndu-l s avanseze spre marginea desc)isa tamburului i s a2ung n p"lnia de evacuare.

&e construiesc centrifuge p"n la un diametru de 03 mm, cu unfactor de separare ma(im 03. 7ceste centrifuge au o productivitate maredar dau un filtrat tulbure. &unt indicate pentru centrifugarea suspensiilor uorfiltrabile.

+-


13/15

@ig 9.9 8entrifuga filtranta cu trei coloane'.2 Cetri!u"e )e )ecatare

!n categoria centrifugelor de decantare se nt"lnesc utila2e cu funcionarediscontinu i continu. ;le au diferite destinaii ca: separarea unui amestecsolid-solid eliminarea unor reziduuri prin sedimentare1 sau separareaamestecurilor eterogene lic)id-lic)id.

8entrifuga de decantare cu transport elicoidal fig.9.


14/15

@ig. 9.< 8entrifuga decantoare cu transportor elicoidal

8entrifugele cu transportor elicoidal se pot folosi pentru centrifugareasuspensiilor grosiere dar i la sortarea particulelor solide dup dimensiunilelor sau dup densitate. !n industria alimentar le nt"lnim la separarea

amidonului de gluten, la eliminarea unor reziduuri prinsedimentare,producerea sucului din citrice, separarea grsimilor de origineanimal i a s"ngelui, recuperarea antibioticelor prin e(tractie incontracurent,recuperarea uleiului de masline.

7lte aplicatii : Bndustria bauturilor nealcoolice Bndustria vinurilor Bndustria farmaceutica Ciote)nologii industriale

Bndustria amidonului

'.3 Se%arat#are cetri!u"ale

&eparatoarele centrifugale sunt utila2e care realizeaz separarea peprincipiul sedimentrii. ;le se pot considera cu funcionare continu, deitrebuie oprite dup un anumit timp de funcionare pentru curire.

!n industria alimentar se folosesc aproape n toate subramurile, n diferitescopuri: clarificri de lic)ide limpezire1, concentrri de suspensii, separarea adou faze eterogene de lic)ide greu separabile pe alt cale, etc.

8lasificarea separatoarelor centrifugale se poate face dup mai multecriterii:

01 Dup modul de realizare a alimentrii i evacurii produselor pot fi:- separat"are desc#ise, la care at"t alimentarea c"t i evacuarea

produselor se realizeaz n contact cu atmosfera+- separat"are semi-ermetice, la care alimentarea se face n contact cu

atmosfera sub influena presiunii )idrostatice a lic)idului, iar evacuarealic)idului prin conducte nc)ise sub influena presiunii realizat de fora

centrifug+- separat"are ermetice, la care at"t alimentarea c"t i evacuarea serealizeaz n sistem nc)is sub presiune.

31 Dup tipul de talere utilizate pentru realizarea separrii pot fi:- separat"are c! talere tr"c"ice- separat"are c! talere cilidrice

!n fig 9.= este prezentat un separator cu talere tronconice, cu o utilizarefrecvent n industria laptelui, pentru separarea sm"nt"nii de lapte,clasificarea si ecremarea zerului i n industria uleiului. &eparatorul cu talere

tronconice funcioneaz n sistem desc)is, semi-ermetic sau ermetic.

+0


15/15

'entru separatoarele desc)ise sau semi-ermetice, la care alimentarea seface sub influena presiunii )idrostatice a coloanei de lic)id, sistemul dealimentare se fi(eaz coa(ial cu arborele de antrenare, iar conducta descurgere ptrunde n interiorul tubului talerului de alimentare a tobei. >oba areca elemente componente talerele i carcasa. !n tob se gsesc dou tipuri de

talere: un taler central, talerul de alimentare, o serie de talere curente carerealizeaz separarea fazelor, identice din punct de vedere constructiv i untaler superior cu rol de a mpiedica amestecarea fazelor separate.>alerul central, denumit taler de alimentare este format dintr-un tub lung,continuat cu o p"lnie tronconic. Lic)idul de separat a2unge ntre talerelecurente, n care sub influena forei centrifuge, faza cu densitatea mai miceste mpins spre talerul central, faza cu densitate mai mare este mpinsspre peretele interior al carcasei. >ot la peretele interior se adun particulelecu densitate mai mare dec"t faza lic)id, cea mai grea. @aza cu densitate maimic se ridic pe peretele talerului central, a2unge ntre tubul talerului dealimentare i talerul superior i se ridic ntre aceste dou tuburi, ieind dincarcas i evacu"ndu-se n p"lnia de evacuare a lic)idului cu densitatea maimic, montat sub rezervorul de alimentare.

@aza cu densitate mai mare i sedimentul solid sunt mpinse sprecarcas. @aza lic)id cu densitatea mai mare, sub influena forei centrifuge,este adus ntre talerul superior i faa interioar a peretelui carcasei i estearuncat n p"lnia de evacuare.

+4

@ig 9.= &eparator cu talere tronconice0-taler de alimentare+ 3-talere curente+ 6-canale de distribuie+ 9-taler superior+

centrifugarea proiect

Documents