Підрозділ операцій у харчовій промисловості - R
РОЗДІЛ 10
МЕХАНІЧНІ ВІДДІЛЕННЯ (продовження)
ЦЕНТРИФУГАЛЬНІ ВІДДІЛЕННЯ
Розділення рідини
Обладнання центрифуги
Поділ шляхом седиментації двох рідин, що не змішуються, або рідини та твердої речовини, залежить від впливу сили тяжіння на компоненти. Іноді це поділ може бути дуже повільним, оскільки питома вага компонентів може бути не дуже різною, або через сили, що утримують компоненти в асоціації, наприклад, як це відбувається в емульсіях. Крім того, за обставин, коли відбувається седиментація, може не відбутися чіткого розмежування між компонентами, а швидше злиття шарів.
Наприклад, якщо цільне молоко витримано, вершки піднімуться до верху, і зрештою між вершками та знежиреним молоком буде чітке розділення. Однак це займає багато часу, близько одного дня, і тому воно підходить, можливо, для сільської кухні, але не для заводу.
Набагато більші сили можна отримати, ввівши відцентрову дію в центрифузі. Гравітація все ще діє, і чиста сила є поєднанням відцентрової сили з гравітацією, як у циклоні. Оскільки в більшості промислових центрифуг накладені відцентрові сили набагато більші, ніж сила тяжіння, ефектом сили тяжіння зазвичай можна знехтувати при аналізі поділу.
центробіжна сила на частинці, яка змушена обертатися по колу, задається
де Fc - відцентрова сила, що діє на частинку, щоб утримувати її на круговому шляху, р - радіус шляху, м - маса частинки, а w (омега) - кутова швидкість частинки.
Або, оскільки w = в/р, де v є тангенціальна швидкість частинки
Швидкості обертання зазвичай виражаються в обертах на хвилину, так що рівняння. (10.6) також можна записати як w = 2 p / 60 (оскільки це має бути в s - 1, розділити на 60)
Fc = Містер(2 с / 60) 2 = 0,011 mrN 2 (10,7)
де - швидкість обертання в обертах в хвилину.
Якщо це порівняти з силою тяжіння (Fє) на частинку, яка є Fg = mg, видно, що відцентрове прискорення, рівне 0,011 rN 2, замінив гравітаційне прискорення, рівне g. Відцентрова сила часто виражається для порівняльних цілей, оскільки стільки "g".
ПРИКЛАД 10.3. Відцентрова сила в центрифузі.
Скільки "g"можна отримати в центрифузі, яка може крутити рідину зі швидкістю 2000 об/хв при максимальному радіусі 10 см?
Fc = 0,011 mrN 2
Fg = мg
Fc/Fg = (0,011 rN 2)/g
= (0,011 x 0,1 x 2000 2) /9,81
= 450
Відцентрова сила залежить від радіуса і швидкості обертання, а також від маси частинки. Якщо радіус і швидкість обертання фіксовані, то контролюючим фактором є вага частинки, так що чим важче частинка, тим більшою є відцентрова сила, що діє на неї. Отже, якщо дві рідини, одна з яких вдвічі щільніше іншої, помістити в чашу і повернути чашу на вертикальній осі на високій швидкості, відцентрова сила на одиницю об’єму буде вдвічі більшою для важчої рідини що стосується запальнички. Тому важка рідина рухатиметься, щоб зайняти кільцевий простір на периферії чаші, і вона змістить легшу рідину до центру. Це принцип роботи відцентрового сепаратора рідини, схематично проілюстрований в Рис. 10.3.
Рисунок 10.3 Розділення рідини в центрифузі
Швидкість поділу
Стаціонарна швидкість частинок, що рухаються в потоці потоку під дією прискорюючої сили, становить від рівняння. (10.1),
Якщо в центрифузі відбувається обтічний потік, ми можемо написати з рівнянь. (10.6) та (10.7) як a - дотичне прискорення;:
vm = D 2 р(2 с / 60) 2 (r p - r f)/18 м
= D 2 N 2 р(r p - r f)/1640 м (10,8)
ПРИКЛАД 10.4. Відцентрове відділення нафти у воді
Дисперсію масла у воді слід відокремити за допомогою центрифуги. Припустимо, що нафта диспергована у вигляді сферичних кульок діаметром 5,1 х 10 -5 м і що її щільність становить 894 кг м -3. Якщо центрифуга обертається зі швидкістю 1500 об/хв, а ефективний радіус, при якому відбувається поділ, становить 3,8 см, розрахуйте швидкість руху масла через воду. Візьмемо щільність води 1000 кг м -3 та її в'язкість
0,7 х 10 -3 Н с м -2. (Розділення в цій задачі таке ж, як у прикладі 10.2, в якому розраховували швидкість осідання під дією сили тяжіння.)
vm = (5,1 x 10 -5) 2 x (1500) 2 x 0,038 x (1000 - 894)/(1,64 x 10 3 x 0,7 x 10 -3)
= 0,02 м с -1 .
Перевірка, чи є розумним припустити закон Стокса
Re = (Дв р/м)
= (5,1 х 10 -5 х 0,02 х 1000)/(7,0 х 10 -4)
= 1.5
таким чином, щоб потік був обтічним, і він повинен підкорятися Закону Стокса.