مبدأ عمل جهاز الطرد المركزي الأنبوبي: كيف يعمل؟

جهاز الطرد المركزي الأنبوبي هو جهاز فصل بالطرد المركزي يتميز بمعامل فصل عالٍ . يُستخدم هذا النوع من الأجهزة بشكل شائع في البيئات الصناعية لفصل المواد الصلبة عن السائلة، وكذلك لفصل السوائل عن بعضها البعض. يتميز جهاز الطرد المركزي الأنبوبي بسهولة استخدامه، وإنتاجه لكميات كبيرة من السائل، وصغر حجمه، وكفاءته العالية في فصل المواد. ومن خصائصه المميزة قدرته على فصل المواد الصلبة عن بعضها البعض عند التركيزات المنخفضة، واللزوجة العالية، والجسيمات الصلبة الدقيقة، والفرق الطفيف في الكثافة النوعية بين المواد الصلبة والسائلة.

أصل مفهوم الطاقة

لم يُستخدم مفهوم الطاقة لقياس الشغل إلا في مراحل متأخرة من تطور علم الميكانيكا. ويمكن تطوير الميكانيكا الكلاسيكية دون الحاجة إلى الطاقة. اقترح غاليليو مفهوم الطاقة لأول مرة في القرن السابع عشر. فقد أدرك أنه عند رفع ثقل باستخدام نظام بكرة، فإن حاصل ضرب القوة في المسافة (الشغل) يظل ثابتًا حتى لو تغير أي من العاملين. وفي القرن السابع عشر أيضًا، تم تقديم مفهوم القوة الحيوية (vis viva) ككمية تتناسب مع حاصل ضرب الكتلة في مربع السرعة. واستُخدمت الطاقة لوصف القوة الحيوية في القرن التاسع عشر.

يربط قانون نيوتن الأول للحركة القوة بتسارع الكتلة. ومن المؤكد أن القوة المتكاملة المؤثرة على الكتلة ستكون ذات أهمية. يمكن تعريف نوعين من تكامل القوة المؤثرة على الكتلة: التكامل المكاني للقوة، وهو تأثيرها على طول خط التأثير، والتكامل الزمني، وهو تأثيرها على الكتلة مع مرور الوقت.

يُعطي حساب التكامل المكاني كميةً تُمثل التغير في الطاقة الحركية للكتلة الناتج عن القوة، وهي نصف قيمة القوة الكامنة. أما التكامل الزمني، فيُقيّم التغير في زخم الكتلة الناتج عن القوة. وقد فضّل الفيلسوف والعالم الألماني غوتفريد فيلهلم لايبنتز التكامل المكاني باعتباره المقياس الحقيقي الوحيد للقوة، بينما فضّل رينيه ديكارت التكامل الزمني. وفي القرن الثامن عشر، أثبت الفيزيائي الفرنسي جان دالمبير صحة كلا الطريقتين لقياس تأثير القوة على الكتلة، وأن الخلاف كان يدور حول التسمية.

أقرّ العديد من العلماء، كلٌ على حدة، بقانون حفظ الطاقة في النصف الأول من القرن التاسع عشر. ويُعدّ الحفاظ على الطاقة الحركية والكامنة والمرنة في نظام مغلق خالٍ من الاحتكاك أمرًا مفيدًا. وبالتدقيق، نجد أن الاحتكاك، الذي يُحدّ من الميكانيكا الكلاسيكية، يُولّد حرارة عند أسطح التلامس لكتلة تنزلق على سطح مستوٍ، أو في كتلة سائل يدور فيه مجداف، أو في أي شكل آخر من أشكال الاحتكاك. وقد حدّد هيرمان فون هيلمهولتز الألماني وجيمس بريسكوت جول الإنجليزي الحرارة كطاقة في أربعينيات القرن التاسع عشر.

في ذلك الوقت، أثبت جول تجريبياً العلاقة بين الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية. ومع ازدياد الحاجة إلى وصف أكثر تفصيلاً للعمليات الطبيعية، استُخدمت نظريات أو نماذج منطقية لتحديد كمية تغير الطاقة في العملية وإدراجها مع توازنها الطاقي في النظام المدروس، مع مراعاة قانون حفظ الطاقة. وقد نجحت هذه الطريقة في تحويل الكتلة النووية إلى طاقة في الاندماج والانشطار النوويين، وفي حرق جزيئات الوقود والمؤكسد في المحرك لإنتاج طاقة حرارية تُحوّل بدورها إلى طاقة ميكانيكية لتشغيل الآلة.

الأنواع وكيفية عملها

وعاء أنبوبي من GF

جهاز الطرد المركزي الأنبوبي GF هو جهاز عالي السرعة من نوع الوعاء الصلب، قادر على فصل سائلين غير قابلين للامتزاج بكثافات مختلفة بشكل مستمر. كما يُستخدم هذا الجهاز بشكل شائع لفصل كميات ضئيلة من الملوثات عن السوائل.

يتولد مجال قوة طرد مركزي قوي أثناء دوران الوعاء بسرعة حول محوره، وذلك بفضل سير النقل وعجلة الشد اللذين ينقلان الطاقة من المحرك إلى العجلة المُدارة. تدخل المادة إلى مدخل السائل في قاعدة الأسطوانة. أثناء دوران جهاز الطرد المركزي الأنبوبي ، يتدفق السائل الكثيف إلى أعلى الوعاء ويخرج من الأعلى، بينما يشكل السائل الأقل كثافة حلقة داخلية ويتجه إلى مخارج السائل هناك. بعد إيقاف تشغيل الجهاز، تُفرغ الجزيئات الدقيقة يدويًا من الوعاء بعد أن تستقر على الجدار.

وعاء أنبوبي من جي كيو

تُعدّ آلة الطرد المركزي الأنبوبية عالية السرعة ذات الوعاء الصلب مثاليةً لإزالة المواد الصلبة باستمرار من السوائل ذات الكثافات المختلفة، وجهاز الطرد المركزي الأنبوبي المستمر GQ هو خير مثال على ذلك. يتكون الجهاز من الهيكل، وعلبة التروس، والوعاء، ومقعد المحمل الذي يسمح بدخول السائل إلى صفيحة تجميع السائل. يشغل عمود رئيسي مرن النصف العلوي من الوعاء، بينما يشغل محمل عائم مُخمد النصف السفلي.

يُضخّ السائل من الأسفل عبر مدخل السائل بينما يدور الوعاء بسرعة حول محوره، مما يُولّد مجال قوة طرد مركزي قوي، بفضل سير النقل الذي ينقل الطاقة من بكرة الشد إلى البكرة غير الفعّالة. تتسبب قوة الطرد المركزي في حركة جزيئات الطور السائل عبر الطور الصلب. تتشكل طبقة الرواسب مع ترسب الطور الصلب، الأكثر كثافة من الطور السائل، داخل الوعاء بمرور الوقت، ويُصرّف السائل المُصفّى عبر الصمام العلوي. بعد إيقاف العملية، تُزال الرواسب يدويًا من جدار الوعاء إذا أثّر سُمكها على صفاء الطور السائل أو إذا وصلت إلى سعة الخبث المُصنّفة للوعاء.

فوائد جهاز الطرد المركزي الأنبوبي

توجد العديد من الحالات التي يكون فيها جهاز الطرد المركزي الأنبوبي المستمر أفضل من طرق الفصل الأخرى لما يوفره من مزايا عديدة. فيما يلي بعض المزايا الرئيسية:

كفاءة عالية

حتى في المخاليط المعقدة، يمكن فصل المكونات بسرعة وكفاءة باستخدام مساحة الترسيب الكبيرة وسرعة الدوران العالية.

توفير الطاقة

نظراً لانخفاض تكلفة الاستثمار الأولي وإمكانية استخدامها مستقبلاً، حظيت هذه الأنابيب بتقدير كبير في قطاعات عديدة. يمكنك توفير المال على المواد الاستهلاكية عن طريق غسل أنابيب الطرد المركزي وإعادة استخدامها .

تصميم صغير الحجم

إن صغر حجم الآلة يجعل من السهل دمجها في خطوط الإنتاج الموجودة مسبقاً، كما أنه يحافظ على مساحة أرضية ثمينة في مرافق التصنيع.

سهولة الصيانة

تتميز هذه الآلات بسهولة تشغيلها وصيانتها بفضل تصميمها البسيط وقلة أجزائها المتحركة. كما أنها تقلل من تكاليف التشغيل ووقت التوقف عن العمل بفضل عمرها التشغيلي الطويل ومتطلبات صيانتها المنخفضة.

وظيفة مستمرة

يعمل بشكل مستمر، على عكس أجهزة الطرد المركزي الدفعية، مما يعني إنتاجية أكبر وجودة منتج أفضل في كل مرة.

تكلفة منخفضة

تجد العديد من الصناعات هذه الأجهزة استثمارات مجدية نظرًا لفعاليتها من حيث التكلفة وإمكانية تكرارها. ويمكن خفض تكلفة المواد الاستهلاكية لأن أنابيب الطرد المركزي ذات الوعاء الأنبوبي سهلة التنظيف وإعادة الاستخدام.

تطبيقات جهاز الطرد المركزي الأنبوبي

بفضل صغر حجمها وكفاءتها وقابليتها للتكيف، تُستخدم أجهزة الطرد المركزي الأنبوبية في العديد من المجالات والتطبيقات المختلفة. فيما يلي بعض الاستخدامات المهمة:

القطاع الدوائي

تعتمد اللقاحات والمضادات الحيوية وغيرها من المنتجات الصيدلانية الحيوية عليها بشكل كبير. فهي تساعد في عملية التنقية عن طريق إزالة الخلايا وبقايا الخلايا والملوثات الأخرى من المنتج.

صناعة الأغذية والمشروبات

تستخدم صناعة الأغذية والمشروبات بشكل شائع مواد التصفية في العصائر والنبيذ وغيرها من المنتجات. وتساعد هذه المواد في عملية تصفية المنتج عن طريق إزالة المواد الصلبة مثل لب الفاكهة والخميرة.

تصنيع المواد الكيميائية

تستخدم الصناعة الكيميائية أجهزة الطرد المركزي الأنبوبية المستمرة لفصل أنواع مختلفة من مخاليط السوائل والسائلة والصلبة، بما في ذلك الماء والزيت.

التطبيقات البيئية

تُستخدم أجهزة الطرد المركزي في العديد من المجالات البيئية، بما في ذلك تجفيف الحمأة ومعالجة مياه الصرف الصحي. كما أنها تُساعد في فصل الملوثات الصلبة عن الماء لتحسين التخلص من النفايات وإعادة تدوير المياه.

لتحقيق أقصى استفادة من استثمارك في أجهزة الطرد المركزي وضمان تلبية احتياجاتك البحثية لسنوات قادمة، من المهم إجراء بعض الأبحاث الأولية وتقييم احتياجاتك الحالية والمستقبلية بشكل شامل. لتسهيل جميع أبحاثك، اشترِ أجهزة الطرد المركزي من جميع الأنواع وبأعلى جودة من شركة شنتشو للآلات ! لدينا سنوات من الخبرة في بناء آلات عالية الجودة! لذا ثق بآلاتنا في عملك.