ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм процесса из "Центрифугирование" Центробежным фильтрованием называется технологический процесс разделения жидких неоднородных систем, при котором дисперсионная среда под действием поля центробежных сил проходит через фильтрующую перегородку перфорированного ротора центрифуги, а твердая дисперсная фаза задерживается на ней. При прохождении жидкости через фильтрующую перегородку и дисперсный осадок последний уплотняется и из него удаляется жидкость, удерживаемая молекулярными силами в местах соприкосновения частиц и на их поверхности. [c.265] Применение центробежного фильтрования наиболее эффективно в тех случаях, когда необходимо получить продукт с наименьшей влажностью и когда требуется промыть осадок. [c.265] В центрифугах периодического действия разделяют суспензии с объемной концентрацией 5—25% и частицаэди дисперсной фазы размерами 10—300 мкм, а в центрифугах непрерывного действия с концентрацией 10—25% и более и частицами размерами 100— 1000 мкм и выше. Этот процесс в основном применяют для обработки суспензий, содержащих крупно-, средне- и мелкодисперсную твердую фазу, образующую не сильно сжимаемые осадки. [c.265] Лосле центробежного фильтрования получается более сухой осадок, чем после осадительного центрифугирования, причем влажность осадка тем меньше, чем ниже его дисперсность. Если для мелкодисперсных материалов влажность осадка, полученного после центрифугирования, часто составляет величину порядка 5—40%, то для средне- и крупнодисперсных материалов эта влажность может быть равной 0,5—5%. Центробежное фильтрование обычно осуществляют в нескоростных центрифугах, в некоторых случаях процесс может быть непрерывным. Для обработки высокодисперс-ных магериалов центробежное фильтрование пока находит ограниченное применение. [c.265] Гигроскопическая жидкость прочно удерживается адсорбционными сила.ми на поверхности частиц. Передвижение гигроокопл-чеокой жидкости внутри осадка возможно лишь в том случае, если она находится в газообразном состоянии. Пленка жидкости состоит нз нескольких молекулярных слоев, причем йх число зависит от размера частиц. Гигроскопичность дисперсных систем в значительной .мере обусловлена величиной их удельной поверхности. Напри.мер, для песчаных грунтов. максимальная гигроскопичность не превышает 2%, а для глинистых грунтов, удельная поверхность которых значительно выше, она достигает 7%. [c.266] При дальнейшем увеличении толщины пленки внешние молекулы удерживаются уже не адсорбционными силами на поверхности раздела твердая частица — жидкость, а межмолекулярны.ми сила-.мн (сцеплением жидкости). Пленки такого рода образуют пленочную жидкость. [c.266] Под влиянием сил поверхностного натяжения пленочная жидкость не удерживается на поверхности частиц в форме пленок одинаковой толщины, а стягивается к месту контактов отдельных частиц в виде колец, т. е. образуется капиллярная форма жидкости. Жидкость. может быть ограничена менисками вогнутой формы. В этом случае сила мениска направлена наружу. Эта сила стремится как бы растянуть жидкость и сблизить частицы. [c.266] Если количество жидкости, заполняющей поры осадка, настолько велико, что мениски отсутствуют и, следовательно, нет капиллярного давления, то жидкость находится в свободной форме и легко отделяется при центробежном фильтровании. В случае высокодисперсных осадков следует учитывать вместо пленочной коллоидно связанную жидкость. [c.266] Таким образом, при центрифугировании пористой массы, поры которой заполнены жидкостью, сначала происходит интенсивный отвод жидкости, находящейся в свободной форме. Однако с момента превращения центрифугируемого продукта в трехфазную систему и образования внутри осадка менисков, т. е. когда жидкая фаза переходит в форму капиллярной и пленочной жидкости, процесс замедляется. Наконец, при достижении определенного содержания капиллярной и пленочной жидкости, минимального для данного материала и данной напряженности центробежного поля, процесс прекращается. [c.266] Адсорбционная, а также часть пленочной и капиллярной жидкости, не могут быть удалены центрифугированием. [c.266] Между вторым и третьим периодами существует переходный период, во время которого (после уплотнения осадка или же еще до окончания его) происходит движение уровня менисков к стенке ротора. Движущей силой процесса в данном случае является преимущественно давление жидкости осадка, возникающее в результате воздействия на нее центробежного поля. [c.267] Тормозящим фактором являются капиллярные силы, обусловленные менисками на уровне слоя сплошной жидкости осадка. Над этим уровнем осадок представляет собой трехфазную систему, в которой происходит отделение жидкости по схеме третьего периода. Лишь когда уровень сплошной жидкости достигнет дренирующего слоя, начинает проявляться в чистом виде третий период процесса. К этому моменту и расположение частиц скелета осадка делается наиболее компактным. [c.267] процесс центробежного фильтрования следует разделить на три следующих основных периода образование осадка, уплотнение осадка и механическая сушка осадка. Такое деление процесса центробежного фильтрования, конечно, не может охватить все практические случаи. Иногда уплотнение осадка может закончиться в конце первого периода или же продолжаться в течение всего процесса разделения. Однако это деление в большинстве случаев помогает определять преобладающую роль соответствующих физических факторов. [c.267] Первый период до некоторой степени можно сравнить с обычным фильтрованием (в по.те тяжести), причем разность давлений обусловливается в этом случае главным образом гидравлическим напором, развивающимся под действием на суспензию поля центробежных сил осадок и фильтрующая перегородка имеют значительную кривизну, площадь поверхности фильтрования изменяется с радиусом, а осадок уплотняется не только под действием давления жидкости, но и под действием массовых сил скелета осадка. [c.267] Поскольку на осадок действует силовое поле, его скелет стремится к более плотному расположению частиц. Однако сближение частиц связано с у.меньшениехм объема пор массы и, следовательно, с выжиманием жидкой фазы из этих пор. Возникающее при этом в жидкости давление частично обусловливает фильтрование жидкости. Это давление уменьшается от максимального в первый момент процесса до нуля в конце уплотнения. По.ми.мо давления, вызванного действием скелета на жидкую фазу, в последней развивается давление от действия на нее центробежного поля. Это давление изменяется во время отжима и зависит от количества жидкости, содержащейся в осадке. Процесс отхода фильтрата в течение второго периода и обусловлен действием этих давлений от них, а также от гидравлического сопротивления осадка зависит скорость процесса. [c.268] Уплотнение слоя сопровождается увеличением давления в скелете. С течением процесса сжатия осадка число точек касания между частицами увеличивается. Через эти точки давление, развиваемое в скелете, передается от частицы к частице. При увеличении числа контактов растут силы взаимодействия в скелете. Но и давление, вызванное действием поля центробежных сил на жидкость, падает, так как по мере отхода жидкой фазы уменьшается гидравлический напор. Давление, обусловливающее отход жидкости, изменяясь во времени по величине, пере.менно и по толщине слоя осадка. Будучи равным нулю или минимальным на внутренней поверхности последнего слоя, оно также близко к нулю ]ли незначительно и у фильтрующей стенки, если считать, что сопротивление ее мало. Вместе с тем давление жидкости больше в слоях, более удаленных от оси ротора, так как внутренние слои давят на внешние. [c.268] Изучение изменения давления жидкости по толщине, сформированного при центрифугировании слоя осадка, а также проницаемости осадка в зависимости от степени его уплотнения было проведено Б. Н. Терешиным на лабораторной центрифуге. Для определения значений давления в жидкости, заполняющей поры осадка, был сконструирован фильтрующий стакан, снабженный шестью пьезометрами. После того как в стакане был образован осадок, в пьезометр вводили полоску бумаги. Когда скорость центрифуги достигала рабочего значения, на слой осадка из бачка подавали жидкость с такой скоростью, чтобы она, пройдя осадок, выходила через контрольный желоб в сборник. После остановки центрифуги фиксировали следы, оставленные жидкостью на бумаге в пьезометрах. По этим данным вычисляли давление для радиуса, на котором расположен пьезометр [35]. [c.268] Изменение проннцаемостн осадка в зависимости от степени его уплотнения также было исследовано Б. Н. Терешиным. Экспериментально он установил, что с увеличением давления, уплотняющего осадок, проницаемость уменьшается, особенно при сравнительно небольших давлениях. Для грубодисперсного осадка проницаемость мало зависит от давления, сжимающего осадок. [c.269] Поскольку при уплотнении пористого слоя в центробежном поле проницаемость падает в меньшей степени, чем при обычном процессе фильтрования, можно не учитывать изменение проницаемости слоя малосжимаемых осадков во время его уплотнения. [c.269] По мере протекания второго периода процесса центробежного фильтрования скорость деформации осадка становится меньше скорости отделения жидкости от осадка. В результате этого пористость слоя перестает характеризовать его влажность, а пустоты между частицами уже не целиком заполняются жидкостью. Этот момент можно считать окончанием второго периода центробежного фильтрования. [c.269] Вернуться к основной статье