4

Operaii hidrodinamice.

6. Separarea sistemelor lichide eterogene.

Sistemele se consider eterogene, dac ele sunt constituite din dou sau mai multe faze, separate prin oricare suprafa interfazic, ceea ce permite astfel sisteme de separat prin metode mecanice.

Sistema binar eterogen este alctuit din mediul de dispersare, sau faza continuu (extern) n care este distribuit faza dispersat (intern).

Conform strii fizice a fazelor sisteme eterogene lichide se divizeaz n:

- suspensii - amestecul particulelor solide cu lichid. n dependena de mrimile a particulelor solide suspensii se clasific n cele grosiere (mai mult de 100 ), fine (0,5-100) i amestecul tulbur (0,1-0,5) . Poziia intermediar ntre suspensie i soluie ocup soluia coloidal, n care particule ale fazei dispersate posed mrimile la nivelul molecular, ceea ce nu permite separarea lor prin sedimentare;

-emulsii - sisteme din lichizi imiscibili, n care poriuni ale unui lichid sunt distribuite n mediul altui lichid, care formeaz faza continuu. Mrimile particulelor dispersate sunt foarte diverse. Sub aciunea forei gravitaionale emulsiile se separ n straturi, ns la mrimi nensemnate ale particulelor dispersate (mai puin de 0,4-0,5 ) sau la adugarea stabilizanilor, emulsie devine stabil i nu se separ un timp destul de ndelungat. Concentrarea fazei dispersate poate se ating fenomenul de inversie a fazelor, care se caracterizeaz prin schimbul locurilor de faze: faza dispersat devine continuu, iar acea continuu-dispersat. Contopirea particulelor dispersate a emulsiei se numete coalescena. Proprieti fizice (densitatea i viscozitatea) ale suspensiilor i emulsiilor sunt determinate de ctre corelaii volumetrice i proprietile fizice ale fazelor. Densitatea medie a suspensiilor i a emulsiilorse calculeaz prin formula

Viscozitatea suspensiilor depinde de concentraia fazei solide, ci nu de mrimile particulelor i se calculeaz prin formule: la concentraia fazei solide pn la 10%, i la concentraia fazei solide, mai mare de 10%.

n aceste ecuaii -densitatea i viscozitatea amestecului;- densitatea fazei dispersate; - densitatea i viscozitatea dinamic a fazei continuu; - fracia volumetric a fazei dispersate.

Viscozitatea emulsiilor la concentraia fazei dispersate pn la 50 % vol. poate fi calculat dup expresia empiric

i la concentraia mai mare de 50% vol.

. - spum sistem, constituit din bule de gaz, distribuite n lichid. Dup proprietile sale fizice spuma se apropie de emulsii;

- colb, fum reprezint un sistem gazos, n care sunt distribuite particulele materialului solid. Formarea colbului de obicei are loc n urma proceselor de concasare, tratarea materialului frmiat, transportarea i amestecarea materialului solid, etc. Fumul se formeaz n procese de ardere a combustibilului. Mrimea particulelor colbului constituie n jur de

, iar a fumului ; - cea sistemul gazos, n care sunt dispersate particulele de lichid de aceeai mrime.

Colbul, fumul i cea formeaz clasa de aerosoli.

n industria alimentar sunt vast rspndite operaii de separare a sistemelor eterogene gazoase i lichide. Alegerea modului de separare a sistemului depinde de mrimile particulelor dispersate, de diferena densitilor de faze i de viscozitatea fazei continuu.

Pentru separarea sistemelor eterogene se aplic metodele urmtoare:

- sedimentarea separarea fazelor prin intermediul forelor de gravitaie (de obicei se aplic cu scopul separrii grosiere), forelor ineriali (inclusiv forelor centrifuge) sau forelor electrostatice.

-filtrarea separarea fazelor cu ajutorul membranelor poroase, care rein faza solid i las se treac faza lichid. Acest mod de separare se aplic pentru asigurarea gradului naintat de separare i se efectueaz sub aciunea diferenei de presiune pe membran sau forelor centrifuge.

6.1 Bilanul de materie a operaiei de separare.

Fie un sistem binar, compus din faza dispersat A i cea continuu B i supus separrii, care se caracterizeaz prin:

i ( fracii de mas) - debitul i concentraiile de mas fazei B ai amestecului iniial, lichidului limpezit i a precipitatului;.n absena pierderilor de substan pe parcursul separrii, bilanul de materie se scrie pentru fluxuri materiali n forma

,

iar pentru faza dispersat (faza B)

Rezolvarea comun al acestui sistem de ecuaii rezult debitul lichidului limpezit i a precipitatului, care asigur concentraia respectiv a substanei B

Coninutul particulelor suspendate n lichid limpezit i n precipitat se admit conform condiiilor tehnologice concrete de separare. Coninutul fazei dispersate n lichidul limpezit de obicei este limitat prin oricare valoarea minimal.

6.2 Sedimentarea.

n inginerie de obicei este important intensitatea de efectuare a operaiilor tehnologice i de aceea pe prim plan a analizei se nainteaz viteza de desfurare ale acestor, fiind un factor, care determin toate indicele tehno-economice ale producerii.

Viteza de sedimentare gravitaional a particulei solitare n spaiul infinit.

Se analizm sedimentarea gravitaional a particulei n condiiile favorabile: fie o particul solitar de forma sferic, avnd diametrul i densitatea , sedimentndu-se ntr-un mediul fluid imobil cu densitatea sub aciunea forei de gravitaie. n lipsa rezistenei a mediului viteza de precipitare a unei particule de masa m (kg) sau greutatea G = mg (N) ar crete n timp conform legii . ns n condiii reale, deoarece mediul posed viscozitate, odat cu creterea vitezei crete i fora de rezisten micrii, reducnd acceleraie. Peste un timp oricare acceleraia devine nul i micarea devine uniform. Anume viteza acestei micri este viteza de sedimentare . n aceti condiii de echilibru dinamic forele, acionate asupra particulei, se echilibreaz, ceea ce se poate de exprimat conform mecanicii teoretice prin suma anulat a proieciilor de fore acionate

aici - greutatea particulei; - fora de rezisten hidraulica mediului; - fora lui Archimede.

Nu ne rmne, dect de descifrat termenii ale acestei ecuaii :

,

care dup modificri simple se transform n

,

de unde se obine formula vitezei de sedimentare liber n cmpul forelor de gravitaie

aici

- diamtrul particulei;

- densitatea particulei i a fluidului; - coeficientul de rezistena hidraulic; -

De aici este evident c aceasta formul include doi parametri necunoscui, reciproc dependeni. Stokes a stabilit pe calea experimental, c rezistena, opus din partea fluidului contra micrii particulei i evaluat prin coeficientul , depinde n general de regimul hidrodinamic de sedimentare i de forma particulei. Conform lui Stokes exist trei zone ale regimului de sedimentare, fiecare avnd propria expresie a coeficientului de rezisten hidraulic, adic:

- regimul este laminar i ; - fora de rezisten este direct proporional vitezei;

- zona de tranziie i ; -fora de rezisten este proporional vitezei cu exponenta variabil n intervalul (zona preptratic de rezisten hidraulic n funcia de vitez);

- regimul automodel fa de Re i (este independent de Re);-fora de rezisten este proporional vitezei n puterea 2 (zona de dependen ptratic a rezistenei hidraulice).

Deci, pentru a folosi expresia obinut a vitezei, necesit de cunoscut regimul de sedimentare, adic viteza, care se cere calculat. Nu rmne altceva dect aplicarea metodei de aproximaie consecutiv:

-se admite regimul hidrodinamic, conform cruia se substituie valoare coeficientului i se calculeaz viteza;

-cu ajutorul vitezei calculate se verific regimul de sedimentare (se calculeaz criteriul Re) i dac valoarea acestui corespunde regimului admis, calculul finiseaz.

Dac regimul admis nu se confirm, se accept altul regim i calculele se refac. Calculele se repet pn la coincidena valorilor acceptate cu cele calculate.

Din cauza complexitii eventuale la aplicare metodei de aproximaie consecutiv, Liascenco a propus de stabilit regimul hidrodinamic de sedimentare printr-un alt criteriu de similitudine, care nu include viteza de sedimentare. Cu acest scop Liascenco a prezentat ecuaia de echilibru n forma dependenei coeficientului de rezistena sedimentrii n raport de vitez de sedimentare, prezentat prin criteriul lui Reynolds. Multiplicnd ambele pri a ecuaiei cu i debarasndu-se astfel de vitez, putem obineecuaia generalizat de sedimentare

,

de unde

.

Complexul parametric adimensional din partea dreapt ai acestei ecuaii este nu altceva dect criteriul lui Archimede, care nu include viteza de sedimentare i deci, ne poate servi pentru stabilirea regimului hidrodinamic de sedimentare

aici viscozitate dinamic a fluidului.

Deci, procesul de sedimentare se prezint prin ecuaia generalizat

,

de unde se poate uor de calculat valori critice ale criteriului Ar i corelaii :

- regim laminari de aici, dac

sau Re = 0,056 Ar; - zona de tranziiei de aici , dac - sau ;

- regim automodel ; i, dac Ar=83000 -

sau .

Deci, de la bun nceput se calculeaz Ar, dup valoarea cruia se calculeaz Re i apoi-viteza de sedimentare.

Viteza de sedimentare poate fi calculat i conform formulei generale a vitezei, dac este cunoscut regimul (stabilit dup criteriul Ar):

- regimul laminar Re 500

; .

Calculele procedeului de sedimentare pot fi efectuate pe baza ecuaiei empirice unice, valabile pentru oricare regim de sedimentare

Viteza sedimentrii solidare.

n industria alimentar operaii de sedimentare se efectueaz de obicei n volumele limitate i la concentraii mari a fazei dispersate, adic n condiiile de influena reciproc a particulelor asupra micrii. Pe calea experimental a fost stabilit c concentraia fazei dispersate crete n sensul descendent. Deasupra stratului de sediment se formeaz zona de suspensie concentrat n care are loc sedimentarea solidar a particulelor, nsoit de frecarea ntre particule i ciocnirea lor reciproc. Deasupra acestui strat de suspensie dens se formeaz zona de sedimentare liber, deasupra crui se afl stratul de lichid limpezit. ns n realitate ntre straturi numite se formeaz i straturi de trecere.

Viteza sedimentrii solidare este mai mic de acea de sedimentare liber, deoarece pe parcursul sedimentrii solidare particule sunt supui influenei reciproce prin frecare i ciocniri. n acelai timp particulele descendente se frneaz de ctre fluxul ascendent de fluid, dezlocuit de ctre acestea.Particulele, sedimentndu-se, substituie un volum de fluid de mrimea propriului volum. Viteza fluxului ascendent de fluid se poate de calculat pornindu-se de la condiie de egalitate a debitelor volumetrice a fazelor. Fracia volumetric a fluidului n stratul eterogen se poate de prezentat prin formula de porozitate

Atunci debitul de volum a fluidului, raportat la o unitate de seciune a aparatului, conform ecuaiei de continuitate va fi produsul iar debitul de volum a fazei solide - , adic

aici i sunt vitezele de sedimentare solidar a particulelor i a fluidului fa de peretele aparatului,.

innd cont faptului, c deplasarea fazelor se efectueaz n sensuri contrare, viteza relativ a fluidului (referitor la particulele)

se poate de exprimat n forma

,

de unde, substituind viteza prin expresia se obine

.

Pentru ca fora de rezisten a fluxului de fluid se fie echilibrat de greutatea particulelor, necesit egalarea valorilor de viteza relativ i cea a fluxului de fluid n seciunea vie ( liber) a aparatului , ceea ce asigur starea suspendat a particulelor n fluid, adic

, de unde sau

Deci, expresia general de calcul a vitezei de sedimentare solidar se poate de prezentat prin corelaia empiric a vitezei fluidului n stratul fluidizat sub forma dependenei , n care - criteriul regimului de sedimentare solidar, este calculat prin viteza fictiv :

dac dac

sau n forma generalizat, valabil pentru oricare regim de sedimentare

,

care servete apoi pentru calculul vitezei de sedimentare solidar a particulelor. ns aceti ecuaii sunt valabile numai pentru sedimentarea solidar a particulelor izometrice de forma sferic n mediul imobil. Asupra vitezei de sedimentare solidar totodat influeneaz forma i concentraia particulelor n suspensie. Dac particulele sunt de forma arbitrar, valoarea vitezei calculate se multiplic cu coeficientul de corecie (coeficientul de form), care se determin pe calea experimental n funcie de forma particulei: particule rotunjite; colate ; lunguiei ; lamelari .

Influena coninutului de particule n suspensie se poate de evideniat prin coeficientul de aglomerare, propus de ctre Anders

, Aici - fracia de volum a particulelor n suspensie.

Deci, viteza real de sedimentare solidar se va prezenta prin Evidena influenei de diversitatea mrimilor de particule, a devierilor traiectoriilor de sedimentare a particulelor de sensul vertical actualmente este imposibil i aceti coeficieni de corecie se accept conform datelor experimentale.

Analiznd ecuaiile vitezei de sedimentare se poate de observat c intensitatea de sedimentare se poate mri, majornd dimensiunile i densitatea particulelor sau reducnd densitatea i viscozitatea fluidului. Mrirea dimensiunilor ale particulelor n acest caz este mai raional (variaia densitii particulelor este imposibil), este o tehnic de ameliorare a calitii de sedimentare a particulelor prin conglomerarea a acestor i se numete coagularea particulelor fazei dispersate. Coagularea este binevenit, dac particulele sunt de dimensiuni nensemnate sau reprezint coloizi.

Coagularea poate fi realizat prin adugarea n sistem eterogen a substanelor, care distrug anvelopa fazei externe, micornd prin aceasta partea adeziv a stratului dublu electric pe suprafa particulelor sedimentului. Prin urmare suprafaa deschis a particulelor obine capacitatea de aderare i deci, ntre particule apare fora de coeziune, contribuind la formarea conglomeratelor de particule cu masa considerabil. Sedimentarea conglomeratelor se efectueaz cu mult mai rapid, ceea ce condiioneaz mrirea capacitii de separare a aparatului. n calitate de coagulani pot servi electrolizele, mai des sruri, solubili n ap, care formeaz masa flocoas.

Pentru asigurarea asamblrii particulelor instabile n agregate se folosesc floculani, moleculele crora se adsoarb pe suprafaa particulelor i le asociaz n conglomerai mari i solizi. Cu acelai scop sedimentarea uneori se nsoete cu amestecarea slab.

Decantori.

Sedimentarea se efectueaz n aparatele, numite decantori . Decantori sunt de funcionarea discontinuu, semicontinuu i continuu.

Aparatele cu funcionarea discontinuu reprezint bazine joase fr dispozitive pentru amestecare. Aceti decantori se umpl cu suspensie, care rmne n stare de repaus pe parcursultimpului, necesar pentru sedimentarea particulelor. Dup ce s-a format sedimentul, lichidul limpezit se scurge printr-un sifon sau ventil, situat la nivelul, superior nivelului de sediment. Sedimentul se evacueaz manual prin partea superioar a aparatului sau prin robinet de golire, care se afl n partea inferioar a aparatului. Dimensiunile i forma aparatului de funcionare discontinuu depinde de dimensiunile a particulelor i de concentraia fazei dispersate.

Pentru limpezirea cantitilor moderate a suspensiei se aplic decantori de forma cilindric cu fundul conic, instalat vertical i amenajat cu gura de vizitare i de evacuare a sedimentului, cu cteva robinete pentru evacuarea lichidului limpezit, instalate la diferite nivele.

Pentru limpezirea cantitilor avansate a suspensiei se aplic bazine mari betonate sau civa rezervori cu funcionarea semicontinuu, asamblai consecutiv, prin care lichidul trece n continuu iar sedimentul se evacueaz periodic.

Pe aceasta figur este prezentat schema de principiu a decantorului de funcionare semi-continuu cu paravane nclinate.

Suspensie se introduce prin racordul 1 n aparat 2, care este prevzut cu paravane nclinate 3 pentru crearea fluxului alternativ de suspensie n direcia vertical i prelungirea duratei de aflare a acestei n aparat. Sedimentul se acumuleaz n recipiente conice,situate n partea inferioar a aparatului 4 , din care periodic se evacueaz. Lichidul limpezit (decantat) se evacueaz n continuu prin tuul 5 din partea superioar a aparatului. n industrie cele mai rspndite sunt decantori cu funcionarea continuu, care permit automatizarea procesului i lucrul la capaciti avansate ale instalaiei.

Unul de astfel decantori reprezint rezervor cilindric 1 cu fundul puin conic, amenajat n partea superioar cu un uluc 2 circular de seciune dreptunghiular i amestector 3 cu rzuitori, rotind-se cu . Suspensia se introduce n aparat n continuu n partea superioar prin eava 4. Decantatul se evacueaz prin ulucul 2, dar suspensia concentrat sedimenteaz pe fundul aparatului i se deplaseaz lent de ctre rzuitori spre tuul central, de unde ea se evacueaz cu ajutorul pompei cu diafragm 5. Coninutul lichidului n suspensia concentrat este de. Deoarece suprafa de sedimentare a decantoarelor de capacitate mare ocup un spaiul considerabil, cu scopul de a-l economisi astfel decantori se confecioneaz n mai multe etaje cu distribuirea uniform a suprafeei totale de sedimentare ntre etaje.

Decantori de acest tip funcioneaz dup cum urmeaz: suspensia iniial se scurge din distribuitorul 1 prin cartue 2 n fiecare secia a decantorului. Decantatul se acumuleaz n colectorul 3, dar sedimentul - n colectorul 4. Exist decantori etajate de tip nchis i cel echilibrat. Dac decantor este de tip nchis, evacuarea decantatului i a sedimentului se efectueaz separat din fiecare secie i dac decantorul este de tip echilibrat sedimentul se evacueaz prin secia inferioar a decantorului. Cea mai simpl construcie de acest tip reprezint civa decantori, instalate unul peste altul n lungul arborului comun, amenajat cu dispozitive pentru amestecare.

Decantori echilibrate le fel sunt prevzute cu arborul i transmisie comune, ns spre deosebire de decantori de tip nchis, seciile lor referitor la sediment sunt unite consecutiv.

Decantori se proiecteaz din considerente ca s sedimenteze cele mai mici particule ale suspensiei. Cu acest scop la baz calculului se pune egalitatea duratei de sedimentare a acestor particule cu acea de aflare a suspensiei tratate n aparat.

Calculul decantorului cu funcionarea discontinuu.

Fie un aparat cilindric vertical (suprafa de sedimentare , invariabil),n care se limpezete o suspensie. ntr-un interval de timp nlimea stratului limpezit de lichid s-a mrit cu , adic capacitate de sedimentare a aparatului constituie

Aici: volumul lichidului limpezit, obinut n durata timpului ; - viteza de sedimentare solidar a particulelor.

Se aplicm acest principiu pentru aparate cu funcionarea continuu i semicontinuu.

Fie un aparat cu funcionarea semi continuu n forma canalului de lungimea L i limea b, seciunea dreptunghiular. Faza dispersat sedimenteaz pe fundul canalului pe parcursul trecerii suspensiei. Lichidul limpezit se scurge n continuu spre captul canalului. Sedimentul se evacueaz periodic sau n continuu.

Dac aparatul funcioneaz n regim semicontinuu sau continuu, necesit egalitatea duratei timpului de sedimentare cu acel de aflare a lichidului n canal

sau, innd cont c ,i capacitate de sedimentare a aparatului , obinem

.

De aici

i deci, din aceasta ecuaia capacitatea de sedimentare a aparatului se poate de prezentat prin

Examinnd expresiile capacitii de sedimentare acestor dou tipuri de aparate, venim la concluzie c suprafa de sedimentare a decantorului este parametrul constructiv determinant. Deci, capacitate de sedimentare a decantorului depinde de mrimea suprafeei de sedimentare i viteza de sedimentare solidar. De aceea de obicei decantori au suprafa de sedimentare mare dar nlimea aparatului depinde de necesiti cantitative i constituie circa 1,8 4,5 m. Suprafa de sedimentare se poate de calculat conform expresiei

unde - debitul de volum a lichidului limpezit,; - debitul de mas i densitate a decantatului,sau, cu evidena bilanului de materie

n deducerea prezentat nu s-a inut cont de neuniformitate curentului de lichid n aparat, de existena zonelor de stagnare i de formarea vrtejurilor. Este stabilit pe calea experimental, c aceti fenomene reduc viteza de sedimentare n aparate. Pe lng acestea la deplasarea suspensiei n lungul zonei de sedimentare concentraia fazei solide n suspensie tratat se mrete succesiv, ceea ce reduce consecutiv viteza de sedimentare. Actualmente ns nu e posibil de inut cont de influena cantitativ integral a acestor fenomene asupra vitezei de sedimentare. De aceea n calcule tehnice suprafa de sedimentare, calculat conform ultimilor expresii, conform datelor experimentale, se mrete cu aproximativ 30 35 %.Hidrodinamica stratului fluidizat.

In industria chimic (inclusiv alimentar) pe parcursul ultimilor decenii deseori se utilizeaz tehnica de tratare a produsului solid granulos n starea fluidizat, creat de ctre fluxul ascendent a fluidului. Aparatele cu stratul fluidizat a produsului granulos sunt binevenite pentru transportarea i amestecarea materialelor pulverulente, efectuarea proceselor de ardere, de schimb de cldur, de uscare, reaciilor catalitice i de adsorbie etc.

Avantajul acestei tehnici este intensificarea proceselor din cauza mrimilor mici ale particulelor materialului, ceea ce mpreun cu fenomenul de fluidizare contribuie la majorarea i accesibilitatea mai complet a suprafeii de contact.

Caracteristicele principale ale stratului granulos sunt porozitatea ( fracia vidului n volumul stratului) i suprafaa specific a particulelor( suprafaa a unui metru cub a particulelor). Starea stratului particulelor solide n dependena de viteza fluxului ascendent a fluidului este prezentat pe fig. 116 a.Evoluia rezistenei stratului granulos se poate de prezentat prin dependena grafic a acestei de viteza fluxului de fluid (Fig.116 b).

La vitezele mici stratul granulos rmne imobil i caracteristicele acestuia ( suprafaa specific, porozitatea etc.) nu variaz cu variaia vitezei fluidului i deci, legitile de curgere a fluidului prin strat sunt ale problemei interne a hidrodinamicii, ns adoptate la particulariti structurale ale sistemului, ceea ce

s-a fcut n cursul Fenomene de transfer.La oricare vitez (viteza de fluidizare), cnd rezistena stratului se egaleaz cu greutatea acestuia, se ncepe micarea particulelor i stratul trece n starea fluidizat (obine capacitatea de a curge), adic stratul arat ca lichidul n starea de fierbere.

Mrirea ulterioar a vitezei fluidului pn la valoarea vitezei de transportare a particulelor , rezult evacueaz acestor din aparat. Acest fenomen se utilizeaz n transportarea materialelor pulverulente prin transportori pneumatici.

Viteza de lucru se afl ntre vitezele critice i i se determin prin coeficientul de fluidizare (raportul vitezei de lucru

la acea de fluidizare), care caracterizeaz intensitatea de

amestecare a particulelor n strat, adic

, de unde

Empiric s-a stabilit, c de obicei valoarea optimal al acestui coeficient kfl, la care se atinge intensitatea de amestecare i omogenitatea maxim a particulelor n strat, este n jur de 2.La viteze mai mari sau mai mici de stratul devine eterogen.Rezistena stratului fluidizat este fora presiunii acestuia pe

seciunea suportului, adic

care reprezint pierderea energiei fluxului de fluid la trecerea stratului granulos. Din hidraulica se tie, c aceasta poate fi exprimat prin ecuaia pierderilor liniare a lui Darsy Veysbah

,

n care este coeficientul comun de pierderi, care poate fi calculat pentru toi regimuri dup aceeai expresie

.Substituind n ecuaia rezistenei stratului granulos diametrul prin diametrul echivalent , viteza fluxului prin viteza fictiv , aria specific a particulelor stratului , obinem aceeai ecuaie de pierderi de energie, ns modificat pentru straturi granuloase, adic

,

sau

innd cont, c

,obinem

Egalnd pierderea presiunii cu rezistena stratului granulos, obinem

Multiplicnd ambele pri ale ecuaiei cu , definitiv obinem ecuaia ptratic,

,

rezolvarea crei rezult expresia generalizat, cu ajutorul crei se poate de calculat: viteza de fluidizare ,

viteza de plutire (de transportare) ,

porozitatea stratului la viteza dat i invers viteza la porozitate dat

,de unde

Aici - criteriul lui Arhimede,

- criteriul lui Reynolds, calculat dup viteza fictiv .

Deci, dup valoarea criteriului lui Arhimede se stabilete regimul de curgere a fluidului, se accept valoarea respectiv a coeficientului de rezisten hidraulic , care apoi se introduce n una din ultimele expresii. Se calculeaz criteriul lui Reynolds , din care apoi i viteza respectiv.6. 3 Filtrarea.

Separarea sistemelor eterogene cu ajutorul membranei poroase, care las se treac faza continuu i reine faza dispersat.

Filtrarea se efectueaz n aparate, numite filtre. Filtrul const din dou pri, separate de ctre membran filtrant. ntr-o seciune separat se formeaz depresiunea, care formeaz diferena de presiuni din ambele pri a membranei, asigurnd desfurarea procesului prin propulsarea lichidului prin pori ale membranei. Deci, astfel suspensie se separ n filtrat (lichid limpezit) i precipitat umed ( faza solid). Aceasta metod de filtrare, numit filtrarea cu formarea stratului de precipitat, este cea mai simpl, relativ ieftin i prin urmare- cea mai des aplicat n industrie.

Mai sunt i metode speciale de filtrare: cu mbibarea porilor a membranei i ultrafiltrarea, care se aplic n cazuri speciale.

Diferena presiunilor (fora motrice a procesului) poate fi creat prin diferite metode, determinante regimului de filtrare:

1. Dac spaiul deasupra membranei comunic cu o surs de gaz comprimat (de obicei aer) sau spaiul, inferior membranei comunic cu o pomp cu vid, operaia se consider efectuat ca filtrarea la diferena de presiune constant. La aceasta metod de filtrare viteza procedeului diminueaz n timp din cauza c rezistena precipitatului crete cu creterea grosimii acestuia. Acelai regim de filtrare are loc i n condiii de scurgere liber a suspensiei (sub aciunea presiunii hidrostatice a coloanei de suspensie), ns aceasta metod se aplic destul de rar.

2. Dac suspensie este pompat n filtru cu ajutorul a unei pompe cu piston cu capacitatea de pompare constant ( la turaii date a motorului electric), diferena de presiune crete n timp i deci, filtraia se consider efectuat prin metoda de filtrare cu viteza constant.

3. Dac suspensia este pompat n aparat cu ajutorul pompei centrifuge, capacitatea de pompare al crei diminueaz din cauza creterii rezistenei de precipitat, filtrarea se consider executat n condiiile diferenei de presiune (forei motrice) i vitezei de filtrare variabile.

Cea mai des utilizat n industria alimentar este filtrarea cu formarea precipitatului, care necesit concentraia de volum a fazei solide n suspensie cel puin 1%. Dac concentraia suspensiei e mai mic, aceasta necesit se fie supus concentrrii prin sedimentare.Aparate de filtrare conform regimului de lucru ce divizeaz n aparate de funcionare discontinu i continu, conform presiunii de lucru: vacuum-filtre sau filtr-prese, conform tipului de membran filtrant: 1) cu membran neasociat granuloas; 2) cu membran din hrtie sau estur filtrant;

3) cu membran rigid imobil, alegerea cror depinde de natura suspensiei i condiiile de efectuare a procesului. Cele mai simple aparate de filtrare cu membrane filtrante i funcionare discontinu sunt nutci filtre i filtr-prese. Nutci-filtru reprezint un rezervor 1, divizat n dou pri inegale prin membrana filtrant 2, plasat pe oricare suport. n compartimentul superior se toarn suspensie, filtratul trece prin membran 2 n compartimentul inferior al aparatului i apoi prin tuul 3- n rezervor-recipient, de unde cu ajutorul pompei sau gazului comprimat se trimite la tratarea ulterioar. Precipitatul reinut se acumuleaz pe membran i se supune splrii cu lichidul respectiv de splare.

Capacitatea de filtrare al aparatului depinde de mrimea suprafeii de filtrare, depresiunii i de proprietile ct a filtratului att i precipitatului. Instalaiile industriale de obicei posed suprafee de filtrare , grosimea stratului de precipitat se menine n limitele dar depresiunea constituie .

Nutci-filtru este un aparat fiabil i simplu ct constructiv, att i n exploatare. Ca neajunsuri acestui aparat se poate de notat urmtoarele: viteza de filtrare mic virtutea valorii nensemnate a forei motrice ( practic ), aparatul este masiv, precipitatul se evacueaz manual. Nutci-filtru nchis filtreaz cu ajutorul aerului sau gazului inert comprimat. Precipitatul se descarc manual prin gura de evacuare 3b n peretele lateral sau dup deschiderea filtrului din partea inferioar. Avantajele Nutci-filtrului nchis sunt: viteza avansat de filtrare din cauza forei motrice considerabile , filtrarea suspensiilor greu-separabili i care degaj vapori toxice sau inflamabile. Neajunsul principal este capacitatea de filtrare limitat, deoarece confecionarea filtrelor de suprafa de filtrare mare este destul de problematic i aceti funcioneaz la presiuni excesive Filtr-pres reprezint un complet de filtrare, asamblat din rnduiala de rame i plite de forma dreptunghiular sau circular astfel, c spaiul interior a ramei, plasate ntre plite, formeaz o camer pentru acumularea precipitatului. Acest complet de filtrare se asambleaz pe baza a dou bare metalice i se strnge ntre dou plite de reazem, una din care este mobil, cu ajutorul a unui dispozitiv de strngere hidraulic sau mecanic.

.

ntre plite i rame se plaseaz membranele filtrante din material de diferit natura n dependen de proprietile fizico-chimice ale suspensiei i filtratului, i de condiiile de efectuare e procesului: de ln, bumbac, esutul din azbest, site metalice etc.

Marginile plitei sunt netede, dar mijlocul este canelat. Caneluri comunic n partea inferioar a plitelor cu canalul de evacuare a filtratului. n centrul prii superioare a plitelor este un orificiu pentru trecerea suspensiei i pe ambii pri cte un orificiu pentru lichidul de splat. La asamblarea i strngerea completului orificii respectivi coincid, formnd astfel canale transversali pentru filtrat i lichidul de splare, iar marginile membranelor pe perimetru ramelor servesc pentru etanarea spaiului de filtrare.Suspensia, refulat de ctre pompa, nimerete n camere de filtrare a aparatului,de unde filtratul, trecnd prin ambele membrane ale fiecrei camere, se scurge prin canele spre canale de evacuare, dar precipitat se acumuleaz n interiorul camerelor.

La umplerea acestor refularea suspensiei se stopeaz, o jumtate a canalelor de evacuare se nchid prin robinete, prin canale se pompeaz lichidul de splat, care prin urmare trece prin toate membrane i precipitatul consecutiv. Dup splarea deseori precipitatul se sufl cu aer sau cu abur supranclzit pentru nlturarea restului de filtrat. n sfrit se elibereaz plita mobil, se dezasambleaz pachetul de filtrare, se evacueaz precipitatul i din nou asambleaz pachetul. Plitele i rame, confecionate din font, oel sau ceramic pot fi amenajate cu canale speciale pentru ageni termici, dac procesul necesit nclzirea sau rcirea. Suprafa de filtrare a filtr-preselor atinge , presiunea de lucru - .

Din aparatele de funcionare continuu cele mai utilizate n industria alimentar sunt filtre cu tob i suprafa extern de filtrare.

Aparatul reprezint un cilindru cav orizontal 1, care rotete cu viteza n covata 2. Suprafa lateral a cilindrului este perforat i acoperit cu plas metalic i estur filtrant, suprafeei de filtrare este imersat n suspensie. Spaiul tobei este divizat n celule radiale, care comunic prin canale n fusul cav al arborului 3 cu blocul de distribuire, care strns contacteaz cu suprafaa frontal a fusului. Blocul de distribuire servete pentru comunicarea cu reelele de vid i de aer comprimat ale celulelor tobei conform succesiunii procesului. Celule, imersate n suspensie, comunic cu reea de vid i sub aciunea diferenei de presiune pe ambele pri ale suprafeii de filtrare precipitatul se depune pe suprafa filtrant, dar filtratul se aspir n interiorul tobei i se evacueaz prin blocul de distribuire la destinaie. Sectorul tobei, n care se depune precipitatul, se numete zona de filtraie. Sectorul cu vid la ieire din suspensie, n care are loc deshidratarea parial a precipitatului sub depresiune, se numete zona de deshidratare parial a precipitatului. spltur se aspir, la fel ca i filtratul,

prin blocul de distribuire. Dup splarea, n aceeai zon cu vid, precipitatul se deshidrateaz de ctre aer proaspt, aspirat din exteriorul.

Mai apoi celulele se conecteaz prin blocul de distribuire la reea de aer comprimat, care nu numai usuc precipitatul, dar i-l afneaz, ceea ce uureaz desprinderea de estur i evacuarea acestuia. La ieire din zona de suflare presiunea pe ambele pri ale membranei devine aceeai, precipitatul se desprinde de estur i, nimerind n zona cuitului, cade n uluc de evacuare. Cuitul servete n general ca plan de dirijare a precipitatului. n zona urmtoare a tobei zona de regenerare, estur, eliberat de precipitat, se regenereaz prin suflarea aerului comprimat. Aici se termin ciclul procesului de filtrare, corespunztor unei rotaii a tobei: filtrare, deshidratare, splare, deshidratare i afnare, regenerare, care se repet proporional turaiilor tobei. Deci, toate operaiile ciclului de filtrare se efectueaz consecutiv, independent unul de altul, ns n acelai moment de timp.

Apoi precipitatul se spal cu ap, refulat prin evile 5 , iar Toate aparate de filtrare de funcionare continue lucreaz conform acestui principiu Rnduiala operaiilor la filtrare se menine cu ajutorul blocului de distribuire. Corpul imobil 1 al blocului se strnge la aib 3, n care sunt frezate orificii corespunztor numrului de celule ale tobei. aib rotete mpreun cu tob. aiba de distribuie 2 este fixat la corpul blocului de distribuie.

n corpul blocului se afl patru camere inegale dup mrime: prin camera I , cea mai mare, se aspir filtratul, prin camera II spltur, prin III i IV se pompeaz aer comprimat. Suspensia se introduce n covat cu viteza de filtrare, sau puin mai mare. Excesul de suspensie se scurge prin reversor. Pentru a exclude la maximum sedimentarea particulelor solide suspensia se amestec n covat cu amestector basculant 8.Pentru evitarea reducerii valorii de depresiune prin fisurile n precipitat, acesta se netezete cu band 6, care se pune n micare de nsi precipitatul virtutea forei de frecare.

La separarea suspensiilor cu concentraia sczut a fazei solide de mrimile fine, se aplic substane filtrante auxiliare, care blocheaz trecerea fazei solide n pori ale membranei. Acestea sunt materiale, fin mcinate sau confecionate din fibre fine: diatomit, perlit, asbest, celuloz, crbune activ, fina de lemn etc., care la rndul su se supun tratrii termice speciale.

Substane auxiliare se adaug de obicei n suspensie nainte de filtrare n cantitate 1% la masa suspensiei sau se utilizeaz n forma stratului de grosimea pn la 50 mm. depus pe membran.

Uneori se folosesc substane auxiliare chimic activi, care efectueaz pe lng procesul de filtrare i purificarea chimic a filtratului.

Precipitatul, format pe parcursul filtrrii se divizeaz n compresibil, porozitatea cruia variaz cu variaia diferenei de presiune (acestea sunt substane de natura amorf) i incompresibili, porozitatea cruia nu variaz (acestea sunt substane cu structura dur).

n condiii industriale procesul de filtrare de obicei se nsoete de splare, suflare i uscare a precipitatului. Splare se utilizeaz pentru evacuarea substanei preioase sau nedorite din precipitat, suflarea- pentru eliminarea preliminar a umezeli din precipitat, si dac este necesar, uscare pentru nlturarea definitiv a umezeli din precipitat.

6. 3.1 Ecuaiile de filtrare.

Viteza filtrrii. Din cauza mrimii mici a porilor membranei, a particulelor de precipitat i vitezei de curgere a fazei lichide prin pore a precipitatului se consider c filtrarea se efectueaz n regim laminar. n consecin cu aceasta viteza de filtrare n oricare interval de timp este direct proporional diferenei de presiune i invers proporional rezistenei filtrrii. Deoarece n caz general diferena de presiune i rezistena precipitatului variaz n timp, viteza variabil de filtrare se prezint prin ecuaia diferenial

n care - volumul filtratului,; - aria suprafeei de filtrare,;

- durata procesului,; - diferena presiunii,; - viscozitatea filtratului,; - rezistenele precipitatului i a membranei.

De aici este vzut, c diferena presiunilor nu este altceva dect fora motrice de filtrare i rezistena total a procesului de filtrare include rezistena a membranei i a precipitatului. Ambele rezistene sunt funcii complexe a multor variabili. Rezistena este cu att mai mare, cu ct mai mic este porozitatea precipitatului i mrimea particulelor acestuia. Mrimea totodat este influenat i de forma particulelor. Neglijnd mbibarea eventual a porilor de ctre particule ale precipitatului, rezistena membranei poate fi considerat constant. Valoarea rezistenei n consecina cu creterea grosimii precipitatului crete de la zero pn la valoarea maxim la finele procesului.

Pentru integrarea ultimii ecuaii necesit stabilirea dependenei ntre rezistena stratului de precipitat i volumul de filtrat obinut. Notnd raportul volumului obinut de precipitat la volumul filtratului prin ,volumul de precipitat depus se poate de prezentat ca , i atunci grosimea stratului uniform de precipitat, depus pe membran

iar rezistena acestuia

.

aici - volumul de filtrat, ; - aria suprafeei de filtrare,;

- rezistena volumic specific a stratului de precipitat,.

Este evident c n aceasta expresie caracterizeaz rezistena, opus micrii filtratului de ctre un strat de precipitat uniform de grosimea de 1 m. i se numete rezistena specific a precipitatului, dependent de structura acestuia. Cu ajutorul acestei expresii ecuaia vitezei de filtrare se transform n

.

Admind rezistena membranei neglijabil, din aceasta ecuaie se vede c n condiiile parametrul , adic rezistena specific a precipitatului numeric este egal diferenei de presiune, necesare pentru a asigura trecerea filtratului cu viscozitate 1 Pa s printr-un strat uniform de precipitat de 1m grosime cu viteza de

Este evident c aceasta diferena ipotetic nu are aplicarea practic din cauza valorilor exagerate (pentru precipitat compresibil i mai mult).

La nceputul filtrrii asupra membranei nu exist precipitat i deci toat rezistena procesului este concentrat n membran. n acest caz, admind V = 0, obinem

adic n condiii: rezistena membranei : rezistena membranei filtrante este egal numeric diferenei de presiune, necesare pentru ca filtratul cu viscozitate 1 se treac prin membran cu viteza

Valoarea rezistenei a membranelor, aplicate n industrie alimentar, este n jurul .

6. 3.2 Variantele procesului de filtrare.Ecuaia de filtrare la diferena de presiune constant.

La temperatura constant i pentru aparat cu anumit membran nu variaz dect termenii V i n ecuaia vitezei de filtrare. Deci, integrnd aceasta ecuaie n limitele i , obinem

sau

Diviznd membrii acestei ecuaii cu , obinem definitiv

ecuaia, care caracterizeaz dependena capacitii de filtrare a aparatului de la durata filtrrii i este valabil pentru oricare precipitat deoarece la invariabil valorile parametrilori nu variaz. Notnd: - volumul specific de filtrat, adic - trecut printr-un m2 a filtrului, i - constantele filtrrii, simplificm ecuaia filtrri n condiiile pn la

Din aceasta ecuaie rezult c la volumul de filtrat crete n timp, iar viteza de filtrare diminueaz.

Ecuaia de filtrare la viteza constant a procesului.

n acest caz derivata a ecuaiei de filtrare poate fi substituit prin raportul valorilor finite a acestor parametri, ceea ce rezult dup rezolvarea n raport cu diferena presiunilor

Multiplicnd i apoi diviznd partea dreapt a acestei ecuaii cu , i innd cont, c este nu altceva dect viteza de filtrare, obinem

-

ecuaia de filtrare n condiiile de viteza constant, din care urmeaz c respectarea acestor condiii este posibil dac de mrit diferena presiunilor (fora motrice) n funcie cu durata procesului.

Este de notat c aceasta ecuaie nu este valabil dect pentru precipitat incompresibil. Pentru precipitat compresibil ea poate fi aplicat numai dup efectuarea corelrii rezistenei precipitatului cu variaia diferenei de presiune.

Ecuaia de filtrare la viteza i diferena de presiune constante.

Filtrarea de acest fel are loc la trecerea filtratului prin stratul de precipitat de grosimea constant la diferena de presiune constant, adic este nu altceva dect splarea precipitatului. Ecuaia acestui procedeu este ecuaia general de filtrare

i este valabil pentru oricare tip de precipitat.

Capacitatea de filtrare maximal a filtrului.

Conform ecuaiei de filtrare viteza de filtrare i capacitatea sunt cu att mai mari cu ct mai mic este volumul de filtrat obinut sau, proporional cu acesta, grosimea precipitatului, reinut pe membran filtrant. De aceea, pentru a mri capacitatea de filtrare, necesit nlturarea imediat a precipitatului de pe membran.

Pentru filtrul cu funcionarea continuu asta nseamn nlturarea de pe membran unui strat de precipitat cu grosimea minimal, dependent de proprietile fizice ale precipitatului i caracteristici constructive ale dispozitivului de nlturare.

Ciclul ntreg de lucru a filtrului cu funcionarea discontinuu include operaia de pregtirea filtrului de lucru, ncrcarea aparatului cu suspensie, filtrarea, splarea, suflarea i descrcarea precipitatului. Filtrarea, splarea i suflarea precipitatului se consider operaii de baz i durata acestor crete cu creterea volumului de filtrat i grosimii de precipitat.

Se aflm durata optimal a ciclului simplificat de lucru a filtrului cu funcionarea discontinuu n absena operaiilor de splare i suflare a precipitatului, i . Ne folosim de ecuaia de filtrare la . Acceptnd dup transformri simple obinem

,de unde viteza convenional de filtrare

Valoarea maximal a vitezei se poate de obinut prin diferenierea i anularea primei derivate a acestei ecuaii

ceea ce rezult

, sau

Deci cea mai mare capacitate de filtrare a aparatului cu funcionare discontinuu n condiiile rezistenei neglijabile a membranei, se atinge la egalitate duratei ale operaiilor auxiliare i celor de baz. Pe calea empiric s-a stabilit, c pentru filtre cu funcionarea discontinuu n condiiile i durata economic optimal a procesului de filtrare poate fi calculat destul de precis prin admiterea

sau dup formula ,6. 4 Bazele centrifugrii.

Una din metodele efective de separare a sistemelor fluide eterogene este centrifugarea, care se efectueaz cu ajutorul mainilor centrifuge cu funcionarea continuu sau discontinuu. Acest termen exprim separarea sistemelor eterogene (emulsii i suspensii) n cmpul forelor centrifuge. n principiu maina centrifug reprezint un rotor cilindric, fixat pe arborul vertical sau orizontal. Rotorul este plasat ntr-un corp coaxial imobil. Sedimentarea are loc n maina centrifug cu rotorul, suprafaa de lucru al crui este neperforat (ntreag) i suspensie n main-decantor se introduce la turaiile de lucru. n maini centrifuge de sedimentare faza mai dens (solid) formeaz stratul de sediment pe suprafaa rotorului, dar acea mai puin dens decantatul, se deplaseaz spre centrul de rotire i se evacueaz prin partea superioar a mainii pn grosimea sedimentului nu atinge valoarea optimal. Apoi maina se deconecteaz, se descarc de sediment i ciclul de lucru se repet. n centrifuga filtrant suprafa rotorului este perforat i acoperit cu oricare membran poroas, potrivit proprietilor suspensiei i condiiilor de lucru, sprijinit de suport din plas metalic. Suspensie n centrifuga filtrant se introduce la turaii reduse, care apoi pe parcursul se majoreaz la valorile de lucru.

Conform poziiei arborului centrifugii exist maini verticale, orizontale i nclinate. Centrifugi verticale se separ n dou grupe: staionate (cu arbor sprijinit); suspendate (cu poziia superioar de suspendare al arborului). Prima grup are acel neajuns, c descrcarea precipitatului se face prin partea superioar, accesibilitatea problematic la vizualizarea frnei , rulmenilor, transmisiei, i mare probabilitate de coroziune din cauza scurgerilor. De aceti neajunsuri este lipsit centrifuga suspendat cu descrcarea inferioar. Toba 1 acestei centrifugi este fixat la captul inferior al arborului 2 , suspendat ntr-un reazem sferic sau conic 3 (deseori amenajat cu cptueal din cauciuc). Toba nu are

fund i se fixeaz la buca arborului prin cteva muchii radiale 4

Gurile de descrcare, formate de ctre muchiile, pe parcursul filtrrii sunt acoperite cu clopotul 5 suspendat ntr-un lan. La descrcare capacul se ridic i precipitatul se mpinge manual n gurile de descrcare.

Deci, avantajele centrifugii suspendate sunt evidente:

1) stabilitate i oricare libertate a oscilaiilor tobei, deoarece

centrul de gravitate a sistemului rotativ se afl inferior punctului de reazem a arborului i a rulmenilor, ceea ce permite oricare oscilarea tobei; 2) descrcarea destul de uoar i rapid a precipitatului; 3) reazem i transmisie nu se supun coroziunii.

Din cauza complexitii legilor de centrifugare i diversitatea mare a mainilor centrifuge, aplicate n practica, elaborarea teoriei procesului i metodelor exacte de calcul este o problem destul de complicat. Face de marcat, c datele, cele mai exacte pentru calculul procesului de centrifugare nu pot fi obinute dect pe baza studierii experimentale de separare a sistemului n cauz. Actualmente sunt elaborate unele reguli fundamentale, care caracterizeaz separarea centrifug i permite stabilirea condiiilor optimale de funcionare a mainilor centrifuge.

Fora centrifug i factorul de separare.

Cu ajutorul cmpului forelor centrifuge se poate de accelerat considerabil procesul de separare a sistemelor eterogene. Avantajul cmpului centrifugal n procese de separare se poate de evaluat prin compararea acceleraiei terestre cu acea centrifug. n cazul general fora centrifug se exprim prin

Aici: - masa i greutatea corpului; - viteza liniar de rotire,; - turaiile corpului, ; - raza de rotire a corpului,; - viteza unghiular de rotire, ; - factorul de separe. n raport cu valoarea factorului de separare mainile centrifuge se clasific n: normale, super i ultra.

Factorul de separare este o caracteristic important a mainilor centrifuge, deoarece capacitatea de separare a acestor este proporional acestui factor. Viteza de separare n cmpul gravitaional se poate de calculat cu ajutorul formulei de vitez de separare n cmpul gravitaional, substituind criteriul lui Arhimede prin produsul . ns n realitate viteza de separare n cmpul centrifugal nu este n tocmai proporional factorului conform raportuluideoarece cmpul centrifugal este eterogen (fora i acceleraia centrifug variaz cu raza de rotire).

Sedimentarea n cmpul forelor centrifuge.

Expresia forei centrifuge prezint dependena evident valorii acestei de turaii i raza de rotire, i totodat este vzut, c influena turaiilor este mai esenial de acea a razei. Precum fora centrifug variaz n sensul radial, cmpul acestei fore este eterogen, i deci valoarea numeric a vitezei de separare se difer de acea calculat pe baza considerentelor teoretice.

Se examinm sedimentarea n cmpul centrifugal ntr-o main cu raza rotorului , n care suspensie formeaz cilindrul cu raza intern . nlimea tamburului este de L m.

Conform legii lui Stokes, viteza de sedimentare n cmpul gravitaional este

.

Pentru cazul sedimentrii n cmpul centrifugal aceeai expresie vitezei de sedimentare, care este nu altceva dect prima derivata segmentului de raz n timp, se transform prin substituirea acceleraiei terestre cu acea centrifug n ecuaia diferenial a vitezei, corespunztoare razei r.

, Separnd variabilele i integrnd aceasta ecuaie n limitele i

,

obinem formula de calcul a duratei de sedimentare n cmpul centrifugal la condiiile date

din care rezult formula vitezei medii de sedimentare a particulelor

,

adic

.

aici este raza medie a stratului de suspensie, format n tamburul maini centrifuge.

Ecuaia (A) totodat poate servi pentru obinerea formulei de calcul a diametrului minimal a particulelor, sedimentate n condiiile date ntr-o main centrifug de funcionarea discontinu

.

Pentru maina cu funcionarea continuu necesit egalarea duratei de sedimentare a particulelor cu durata de trecere a lichidului prin main, adic respectarea, cel puin, egalitii

sau

Substituind expresiile vitezelor i innd cont c , se obine

i definitiv pentru o main centrifug cu funcionarea continuu

aici nlimea tamburului,; - debitul de volum a suspensiei,;

- seciunea inelar a stratului de suspensie,.

Precum parametri cinetice de separare prin aceste dou metode se difer considerabil, evaluarea reciproc de funcionarea a utilajului, funcionnd conform acestor metode, nu este posibil dect prin viteza de sedimentare n cmpul gravitaional cu aplicarea oricrui indice de intensitate a operaiei. Adic ar fi bine de avut o simpl expresie pentru capacitate de sedimentare a mainii centrifuge, prezentate prin capacitatea decantorului ipotetic

Considernd, c procedeu de sedimentare se efectueaz uniform, prezentm distana medie, parcurs de ctre particule, prin produsul vitezei de sedimentare la durata de sedimentare

,

ns, innd cont c durata de sedimentare este egal cu durata de trecere a lichidului prin main, aceasta expresie se transform n

De aici

Multiplicnd i diviznd partea dreapt a acestei ecuaii la acceleraia terestr

Observm, c ,

unde caracterizeaz capacitatea de separare a mainii i se numete indexul capacitii de sedimentare.

Din expresia prezentat evident este, c raportul este invariabil i are aceeai valoare pentru maini centrifuge de indiferent care construcie, separnd aceeai suspensie. Deci, capacitatea de separare a mainii centrifuge se caracterizeaz de ctre indexul capacitii de separare , care, prezentnd raportul vitezelor de sedimentare a particulelor de aceeai suspensie n cmpul centrifugal i cel gravitaional, exprim influena factorului de separare i particularitilor dimensionale ale stratului de suspensie, format n rotorul mainii, poate fi considerat drept suprafa decantorului gravitaional de aceeai capacitate de separare ca i maina centrifug.

Deoarece capacitatea de separare a decantorului, indiferent de modul de funcionare (discontinuu, semicontinuu sau continuu), nu este dependent dect de aria suprafeei de separare, produsul pentru regimul laminar poate fi prezentat prin produsul , n care este aria cilindric a suprafeei de sedimentare a rotorului mainii centrifuge.

ns din cauza mrimii considerabile a forei centrifuge, sedimentarea n maina centrifug de obicei se efectueaz n regimul turbulent sau n zona de tranziie i prin urmare indexul capacitii de separare devine: pentru zona de tranziie - ,

regimul turbulent - ,

de unde este evident, c creterea capacitii de separare a mainii centrifuge nu este proporional direct factorului de separare, ci este puin mai lent.

Capacitatea de separare real este mai mic de acea calculat conform formulelor prezentate din cauza asincronismului eventual a turaiilor lichidului i a rotorului, ceea ce influeneaz mrimea forei centrifuge, acionate asupra particulelor, formrii vrtejurilor i posibilelor zone de stagnare, micrii neuniforme a suspensiei. Cu scopul adoptrii rezultatelor de calcul cu situaia real se introduce noiunea coeficientului de eficacitate a mainii , care caracterizeaz randamentul de efectuare a operaiei de sedimentare

,

unde - capacitatea de separare real i cea teoretic (calculat) a mainii,.

Mrimea coeficientului de eficacitate a decantorilor centrifugi depinde de construcie mainii si prin urmare se determin pe calea experimental. EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

decantat

1

2

3

5

4

suspensie

decantatul

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

suspensie

sedimentul

decantat

Schema de principiu a decantorului de funcionare continuu:

a de tip nchis; b- de tip echilibrat. ; 1-colectorul suspensiei ; 2 cartu de alimentare; 3 colectorul decantatului; 4 colectorul sedimentului.

b

a

4

4

3

2

1

2

4

3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

1

suspensie

sediment

Fig. 115. Decantor cu rzuitori de funcionare continuu.

1 rezervor cilindric; 2 uluc circular; 3 amestector;

4 eava de alimentaie cu suspensia; 5 pompa cu diafragm.

Fig. 117. Filtr-pres cu rame; a vederea general;

1 plite; 2- rame; 3- bar metalic; 4-plit imobil;5- plit mobil;

6- dispozitiv de strngere; 7- refularea suspensiei; 8- refularea

lichidului de splare;9- evacuarea filtratului; - plit;

- ram; 1- suprafa neted a plitei;2- canelur; 3- membran;

4- canal de evacuare filtratului i lichidului de splare; 5- trecerea suspensiei; 6-trecerea lichidului de splare; , - stadiile filtrrii

i splrii; 1,2,9 canale;3- spaiul ntre plite; 4-plite; 5-rame;

6-evacuarea filtratului i lichidului de splare; 7 robinet;

8- trecerea lateral a lichidului de splare.

Fig 119. Blocul de distribuire:

1 corpul imobil; 2 aiba de distribuie; 3 aiba mobil; 4 arcul de strngere.

Fig 121 . Centrifuga suspendat cu descrcarea inferioar:

1 tob; 2 arbor; 3 reazem arborului; 4 muchiile tobei; 5 clopot.

Fig.120 Centrifuga cu autodescrcare:

1 tob; 2 arbor; 3 discul distribuitor.

Fig. 118 Vacuum-filtru cu tob i suprafa extern de filtrare

de funcionarea continuu:

1 tob; 2 covata; 3 arbor de baz; 4 blocul de distribuire; 5 evi;

6 band pentru netezirea precipitatului; 7 cuit; 8 agitator basculant

Fig. 114 a Dependena EMBED Equation.3

a b

Fig. 116. Nutci-filtru: a deschis; b nchis;

1 rezervorul; 2 - suportul cu membrana filtrant; 3a tuul

de evacuare filtratului; 3b gura de evacuare a precipitatului.

suspensie

Fig. 116 b Rezistena stratului granulos n funcie

de viteza fictiv a gazului

Fig. 116 a Diferite stri al stratului granulos:

a stratul imobil; b-stratul fluidizat; c pneumotransportul particulelor

decantat

sediment

PAGE 147

_1359016096.unknown

_1365016595.unknown

_1366575438.unknown

_1367340344.unknown

_1367512386.unknown

_1374318682.unknown

_1374319921.unknown

_1374389033.unknown

_1374389532.unknown

_1374328432.unknown

_1374318918.unknown

_1367512423.unknown

_1374317580.unknown

_1374317784.unknown

_1367512520.unknown

_1368114617.unknown

_1367512403.unknown

_1367510892.unknown

_1367512297.unknown

_1367512363.unknown

_1367512086.unknown

_1367510381.unknown

_1367510749.unknown

_1367340551.unknown

_1367350086.unknown

_1366643590.unknown

_1366643839.unknown

_1366644031.unknown

_1366644087.unknown

_1366644109.unknown

_1366644130.unknown

_1366644065.unknown

_1366643902.unknown

_1366643981.unknown

_1366643865.unknown

_1366643721.unknown

_1366643752.unknown

_1366643633.unknown

_1366643457.unknown

_1366643502.unknown

_1366643553.unknown

_1366643479.unknown

_1366643404.unknown

_1366643429.unknown

_1366575585.unknown

_1366643153.unknown

_1365342981.unknown

_1365343360.unknown

_1366562755.unknown

_1366575050.unknown

_1366575195.unknown

_1366574627.unknown

_1365343646.unknown

_1365344680.unknown

_1365343506.unknown

_1365343140.unknown

_1365343197.unknown

_1365343262.unknown

_1365343182.unknown

_1365343087.unknown

_1365343113.unknown

_1365343000.unknown

_1365016743.unknown

_1365016830.unknown

_1365016929.unknown

_1365017078.unknown

_1365342954.unknown

_1365016960.unknown

_1365017077.unknown

_1365016942.unknown

_1365016873.unknown

_1365016904.unknown

_1365016838.unknown

_1365016772.unknown

_1365016806.unknown

_1365016764.unknown

_1365016683.unknown

_1365016714.unknown

_1365016728.unknown

_1365016701.unknown

_1365016653.unknown

_1365016670.unknown

_1365016631.unknown

_1360326986.unknown

_1365016386.unknown

_1365016514.unknown

_1365016559.unknown

_1365016586.unknown

_1365016537.unknown

_1365016473.unknown

_1365016491.unknown

_1365016443.unknown

_1365016458.unknown

_1365016416.unknown

_1360326998.unknown

_1360327115.unknown

_1360327251.unknown

_1360327103.unknown

_1360326992.unknown

_1359016439.unknown

_1360079860.unknown

_1360223996.unknown

_1360246944.unknown

_1360247492.unknown

_1360251672.unknown

_1360326980.unknown

_1360250883.unknown

_1360247158.unknown

_1360224967.unknown

_1360222382.unknown

_1360223957.unknown

_1360079922.unknown

_1360221818.unknown

_1360079910.unknown

_1360079905.unknown

_1359019153.unknown

_1360079795.unknown

_1360079800.unknown

_1360079852.unknown

_1360079786.unknown

_1360079720.unknown

_1359019114.unknown

_1359019130.unknown

_1359016671.unknown

_1359016231.unknown

_1359016295.unknown

_1359016374.unknown

_1359016264.unknown

_1359016168.unknown

_1359016194.unknown

_1359016147.unknown

_1339478208.unknown

_1341600375.unknown

_1359014115.unknown

_1359014844.unknown

_1359015149.unknown

_1359015406.unknown

_1359015412.unknown

_1359015401.unknown

_1359014986.unknown

_1359015065.unknown

_1359014909.unknown

_1359014580.unknown

_1359014739.unknown

_1359014764.unknown

_1359014723.unknown

_1359014195.unknown

_1359014478.unknown

_1359014153.unknown

_1359013609.unknown

_1359013906.unknown

_1359013951.unknown

_1359014072.unknown

_1359014007.unknown

_1359013925.unknown

_1359013673.unknown

_1359013735.unknown

_1359013647.unknown

_1341671834.unknown

_1341935228.unknown

_1341935243.unknown

_1341935378.unknown

_1359013564.unknown

_1341935403.unknown

_1341935357.unknown

_1341935238.unknown

_1341671848.unknown

_1341935224.unknown

_1341671841.unknown

_1341671598.unknown

_1341671679.unknown

_1341671697.unknown

_1341671646.unknown

_1341671562.unknown

_1341671592.unknown

_1341671526.unknown

_1340868927.unknown

_1341393821.unknown

_1341480700.unknown

_1341495480.unknown

_1341600200.unknown

_1341495423.unknown

_1341394429.unknown

_1341465417.unknown

_1341393960.unknown

_1340877386.unknown

_1340887745.unknown

_1340896769.unknown

_1340896777.unknown

_1340887764.unknown

_1340887758.unknown

_1340887722.unknown

_1340887737.unknown

_1340878333.unknown

_1340869255.unknown

_1340869261.unknown

_1340869786.unknown

_1340869111.unknown

_1339480904.unknown

_1340868875.unknown

_1340868913.unknown

_1340868919.unknown

_1340868907.unknown

_1339481031.unknown

_1339481033.unknown

_1340868867.unknown

_1339481032.unknown

_1339480942.unknown

_1339481026.unknown

_1339481030.unknown

_1339480949.unknown

_1339481025.unknown

_1339480937.unknown

_1339480815.unknown

_1339480841.unknown

_1339480892.unknown

_1339480899.unknown

_1339480881.unknown

_1339480820.unknown

_1339478222.unknown

_1339480804.unknown

_1339480809.unknown

_1339478364.unknown

_1339478215.unknown

_1265815700.unknown

_1265816365.unknown

_1265990386.unknown

_1334081145.unknown

_1334694329.unknown

_1334694488.unknown

_1334081347.unknown

_1265990486.unknown

_1265990498.unknown

_1265990568.unknown

_1265990574.unknown

_1265991635.unknown

_1265990554.unknown

_1265990491.unknown

_1265990437.unknown

_1265990442.unknown

_1265990417.unknown

_1265816498.unknown

_1265825704.unknown

_1265990368.unknown

_1265816505.unknown

_1265816450.unknown

_1265816463.unknown

_1265816446.unknown

_1265815972.unknown

_1265816048.unknown

_1265816064.unknown

_1265816190.unknown

_1265816056.unknown

_1265816000.unknown

_1265816037.unknown

_1265815979.unknown

_1265815770.unknown

_1265815872.unknown

_1265815888.unknown

_1265815866.unknown

_1265815719.unknown

_1265815727.unknown

_1265815713.unknown

_1175504334.unknown

_1265811695.unknown

_1265815670.unknown

_1265815687.unknown

_1265815695.unknown

_1265815676.unknown

_1265815440.unknown

_1265815664.unknown

_1265814653.unknown

_1265814727.unknown

_1265814824.unknown

_1265812832.unknown

_1264085675.unknown

_1264155246.unknown

_1265810499.unknown

_1265811206.unknown

_1264165867.unknown

_1264165967.unknown

_1264165592.unknown

_1264147031.unknown

_1264154213.unknown

_1264090466.unknown

_1264085712.unknown

_1175504844.unknown

_1175504853.unknown

_1175504895.unknown

_1175504958.unknown

_1175504863.unknown

_1175504849.unknown

_1175504347.unknown

_1175502354.unknown

_1175503913.unknown

_1175504086.unknown

_1175504091.unknown

_1175504049.unknown

_1175502712.unknown

_1175503828.unknown

_1175502473.unknown

_1175501822.unknown

_1175502095.unknown

_1175502346.unknown

_1175501827.unknown

_1122390843.unknown

_1138890208.unknown

_1175501131.unknown

_1122581737.unknown

_1122581888.unknown

_1138192619.unknown

_1122581834.unknown

_1122581679.unknown

_1120907192.unknown

_1121795848.unknown

_1122367754.unknown

_1121712851.unknown

_1121795593.unknown

_1120907169.unknown