1. Теоретические основы процесса центрифугирования Центрифугированием называются операции обезвоживания мелких мокрых продуктов обогащения и разделения суспензии на жидкую и твердую фазы под действием центробежных сил.
Центрифугирование осуществляется в центробежных машинах – центрифугах, представляющих собой вращающиеся вокруг своей оси с большой скоростью роторы цилиндрической или конической формы с перфорированными (ситчатыми) или сплошными стенками.
Различают центробежную фильтрацию и осадительное центрифугирование. При центробежной фильтрации (рисунок 1, а) обезвоживаемый материал загружается в перфорированный ротор центрифуги и совершает вместе с ним вращательное движение.
Рисунок 1 – Схемы центрифугирования
а – в роторе центрифуги с ситчатой поверхностью; б – в роторе центрифуги со сплошной поверхностью; в – действующие силы в инерционной центрифуге в точке А: 1 – кожух; 2 – питающий диск (питающая труба); 3 – ротор; 4 – шнек.
Под действием центробежной силы происходит принудительная фильтрация воды, находящейся в продукте, через осадок твердых частиц, отлагающийся на стенках ротора и ситчатую его поверхность. Прошедшая через ситчатую поверхность ротора жидкая фаза называется фугатом, а движущаяся по ситу твердая фаза – осадком (готовым обезвоженным продуктом). Центрифуги с перфорированным ротором называются фильтрующими. Осадительное центрифугированиеосуществляется в центрифугах со сплошным ротором. Под действием центробежных сил (рисунок 1, б) твердые частицы оседают на стенки ротора и уплотняются, вода выжимается из промежутков между частицами и удаляется в виде фугата через сливные окна ротора. Осадок на стенках ротора шнеком перемещается в конец ротора и удаляется из него через отверстия. При перемещении осадка шнеком из него выжимается вода, стекающая к сливным окнам.
Центробежную силу, возникающую при вращении тела, можно определить по формуле
(1)
где F – центробежные силы, Н
v – окружная скорость вращения тела, м/с; ;
R – радиус окружности вращения, м;
m – масса вращающегося тела, кг;
ω – угловая скорость вращения, 1/с;
n – частота вращения тела, об/мин.
Подставляя значение v в формулу (1) получится
, Н.
Выражая центробежную силу в кгс и полагая, что π ≈ g; m×g = Q,
Одним из основных показателей центрифуги, характеризующим ее технологические возможности, является фактор разделения Фруда Fr, показывающий, во сколько раз в данной центрифуге центробежные силы превосходят силы тяжести Q:
Фактор разделения характеризуется отношением ускорения центробежной силы (нормальное ускорение) к ускорению падающих тел. При коническом роторе радиус R изменяется, поэтому фактор разделения увеличивается по мере продвижения материала вниз.
В фильтрующих центрифугах осадок откладывается на перфорированных стенках ротора, жидкость фильтруется под действием центробежной силы через слой осадка и отверстия сита ротора и удаляется за пределы центифуги.
Отношение давления центробежной силы к силе тяжести будет
, т.е. отношение центробежной силы к силе тяжести равно фактору разделения Фруда (Fr).