Centrifugarea

1.Definitie. Scopul operatiei unitare de centrifugare

Centrifugarea este operatia hidrodinamica cu ajutorul careia se poate realiza separarea amestecurilor eterogene. Aceasta are loc cu ajutorul foriei centrifuge, care apare la rotirea amestecului cu viteza mare.

Aparatele cu ajutorul carora se realizeaza se numesc generic centrifuge. Centrifugele se caracterizeaza prin elemente in miscare de rotatie la turatie mare. In unele cazuri centrifugele primesc denumiri speciaie, determinate in special de operatia realizata: separator, clarificator, concentrator, etc.

Centrifugele sunt construite in principal dintr-un tambur care se roteste cu o turatie mare in jurul unui ax vertical sau orizontal.

Separarea amestecurilor eterogene sub influenta fortei centrifuge se realizeaza dupa principiul sedimentarii sau dupa principiul filtrarii.

In primul caz, tamburul centrifugei nu este perforat, astfel ca separarea are loc prin sedimentare in camp centrifugal a particulelor solide, care se acumuleaza la peretele tamburului dispunandu-se in straturi pe baza diferentei de densitate, iar lichidul clar ramane in interiorul centrifugei. Centrifugarea pe principiul sedimentarii uneori capata denumiri speciale,,in funclie de faza tehnologica pe care o realizeaza, cum ar fi: limpezire (eliminarea impuritalilor solide dintr-un lichid), concentrare (concentrarea particulelor solide dintr-un amestec solid-lichid), etc. (fig. 1).

In cel de al doilea caz, peretii tamburului sunt perforati si acoperiti cu un material filtrant. Astfel, sub actiunea fortei centrifuge, suspensia se deplaseaza catre periferia tamburului, unde particulele solide se depun pe panza filtranta, iar faza lichida strabate stratul de sediment si de material filtrant, eliminandu-se din tambur prin orificiile acestuia. De retinut este faptul ca prin metoda filtrarii, lichidul strabate suprafata filtranta sub influenla fortei centrifuge iar particulele solide fiind si ele actionate de forta centrifuga sunt retinute la suprafata stratului filtrant ca si in cazul filtrarii.

Aici apar trei faze principale si anume:

-formarea precipitatului,

-tasarea acestuia

-eliminarea lichidului retinut de fortele capilare si moleculare in porii sedimentului. Prima faza se aseamana foarte mult cu cea a filtrarii obisnuite, dar la filtrarea centrifugala presiunea cu care trece lichidul prin sediment este mai mare, iar umiditatea se elimina mai intens.

Fazele de tasare si eliminare a lichidului retinut de fortele capilare si moleculare in porii sedimentului, la filtrarea, obisnuitla, practic nu exista.

Faza de eliminare a lichidului retinut in porii sedimentului se aseamana mult cu un proces de uscare mecanica. In consecinta, sub influenta fortei centrifuge se elimina mai mult lichid decat la filtrarea obisnuita si se poate obtine un sediment mai uscat. Aici se poate realiza si spalarea precipitatului.

Fig. 6.1. Principiul centrifugarii

a- pe baza sedimentarii; b - pe baza filtrarii

Durata fazelor de filtrare sub influenta fortei centrifuge depinde de serie de factori. La suspensiile diluate, faza de formare a sedimentului este foarte importanta, in timp ce la suspensiile concentrate aceasta faza nu exista, deoarece apare o depunere instantanee.

De asemenea, trebuie precizat ca sedimentarea sub influenta fortei centrifuge se deosebeste de sedimentarea sub influenta fortei gravitationale. Viteza de sedimentare in camp gravitational pentru particule de aceeasi marime la aceeasi densitate poate fi considerata constanta in tot vasul in care are loc sedimentarea, deoarece acceleratia gravitationala este independenta de pozitia particulei.

In cazul campului centrifugal acceleratia este variabila, depinzand de raza de rotatie a particulei care se separa. Pe de alta parte si directia de actiune a fortei centrifuge se schimba continuu.

2. Factori care influenteaza operatia de centrifugare

Efectul fortei centrifuge este influentat de o serie de factori atat la separarea prin sedimentare cat si prin filtrare. Factorii principali care intervin in proces sunt: marimea fortei centrifuge, natura materialului de separat si natura materialului din care este continut utilajul.

Marimea fortei centrifuge

Separarea este determinata de forta centrifuga care ia nastere la rotirea unui corp in jurul axei sale. Forta centrifuga care ia nastere la deplasarea unei particule pe o traiectorie curba se exprima prin ecuatia:

Fc ? mw2 / R (rel. 1)

unde:

Fc - forta centrifuga, N

m - masa particulei

w - viteza periferica

R - raza de rotatie, m

Luand in considerare viteza unghiulara ?, relatia devine:

Fc ? m?2 R , unde w = ?R (rel. 2)

Raportul dintre forta centrifuga Fc si forta gravitationala Fg se numeste factor de separare si se noteaza cu fc.

Deci

Fc = m?2 R / mg = ?2 R / g (rel. 3)

Exprimand viteza unghiulara ? prin: ? = 2? - n, in care: n - turatia, rezulta factorul de separare:

Fc = (2? - n)2 R / g = 4?2 n2 R / g = 4 - n2 R (rel.4)

Deoarece s-a aproximat ?2 ? g. Atunci:

Fc = 4n2 RFg (rel. 5)

Din (rel. 5) rezulta ca efectul de separare este independent de masa particulei care se separa si poate fi marit in special prin cresterea turatiei (n2).

Factorul de separare este un criteriu important in clasificarea centrifugelor si anume, pentru:

-fc> 3000, centrifuge normale;

-fc < 3000, surercentrifuge;

-fc = 105 - 108 , ultracentrifuge