ما هي عملية نقل المواد داخل أجهزة الطرد المركزي؟

I. مرحلة التغذية: المدخل المحوري والتسارع المحيطي

مسار إدخال المواد

تدخل المواد المراد فصلها (مثل المعلقات) إلى داخل الأسطوانة على طول الاتجاه المحوري (محور الأسطوانة) من خلال أنبوب التغذية المركزي، بسرعة أولية منخفضة (قريبة من التدفق الصفحي).

تدور الأسطوانة بسرعة عالية (1500-4500 دورة في الدقيقة)، مما يدفع المواد الداخلية إلى اكتساب سرعة محيطية بسرعة والدوران بشكل متزامن مع الأسطوانة (على غرار حالة "الدوران الصلب").

تهيئة المجال الطارد المركزي

عند دخول المواد إلى الأسطوانة، تتعرض فورًا لقوة طرد مركزي (موجهة شعاعيًا نحو الجدار الخارجي للأسطوانة). تبدأ الجسيمات الأكثر كثافة (الطور الصلب أو الطور السائل الثقيل) بالتحرك شعاعيًا نحو الجدار الداخلي للأسطوانة، بينما تتجمع الأطوار السائلة الأقل كثافة (الطور السائل الخفيف) نحو مركز الأسطوانة، مُشكلةً طبقة شعاعية أولية (الطور الصلب في الطبقة الخارجية، والطور السائل في الطبقة الداخلية).

II. مرحلة الفصل بالطرد المركزي: اقتران الترسيب الشعاعي والتدفق المحوري

1. الترسيب الشعاعي: الحركة الطاردة المركزية للجسيمات

القوة الدافعة: القوة الطاردة المركزية (Fc = m μ⁻ μ⁻ r) (حيث m هي كتلة الجسيم، وomega هي السرعة الزاوية للأسطوانة، وr هو الموضع الشعاعي للجسيم) تتسبب في تحرك جسيمات الطور الصلب نحو الجدار الداخلي للأسطوانة، متغلبة على مقاومة اللزوجة للطور السائل (مقاومة ستوكس).

سرعة الترسيب: سرعة الترسيب الشعاعية للجسيمات (v_r \propto \frac{(\rho_s - \rho_l) \cdot d^2 \cdot \omega^2 \cdot r}{\mu}) (متناسبة مع فرق الكثافة، ومربع قطر الجسيم، وقوة الطرد المركزي؛ وعكسياً مع لزوجة السائل). تتطلب الجسيمات الدقيقة (مثلاً، < 10 ميكرومتر) سرعات دوران أعلى أو فترات احتفاظ أطول لترسبها على الجدار الداخلي للأسطوانة.

2. التدفق المحوري: الحركة الصفائحية للطور السائل

اتجاه التدفق: يتدفق الطور السائل (بما في ذلك الجسيمات غير المترسبة المحمولة) من نهاية التغذية (المقطع الأسطواني للأسطوانة) إلى نهاية الفائض (نهاية المقطع الأسطواني) تحت فرق الضغط المحوري، مما يشكل تدفقًا رقائقيًا محوريًا (رقم رينولدز \(Re < 2000\) لتجنب الاضطرابات التي تؤثر على كفاءة الفصل).

توزيع السرعة: تُظهر السرعة المحورية للطور السائل (v_z) توزيعًا مكافئًا على طول الاتجاه الشعاعي (أسرعها عند المركز، تقترب من الصفر بالقرب من الجدار الداخلي للأسطوانة)، وهو مرتبط ارتباطًا وثيقًا بسمك حلقة السائل في الأسطوانة (يُحدد بارتفاع حاجز الفائض). كلما كانت حلقة السائل أرق (ارتفاع حاجز الفائض أقل)، زادت سرعة التدفق المحوري للطور السائل وقصر زمن الاحتفاظ.

3. تراكب مسارات الحركة

المسار الفعلي لحركة الجسيمات الفردية هو التوليف المتجهي لسرعة الترسيب الشعاعية \(v_r\) وسرعة التدفق المحوري \(v_z\)، ويمتد بشكل حلزوني نحو نهاية الأسطوانة:

إذا أكملت الجسيمات الترسيب الشعاعي قبل الوصول إلى منفذ الفائض (\(v_r \cdot t \geq \Delta r\)، حيث t هو وقت الاحتفاظ بالطور السائل و\(\Delta r\) هي المسافة الشعاعية من الموضع الأولي للجسيم إلى الجدار الداخلي للأسطوانة)، يتم الاحتفاظ بها على الجدار الداخلي للأسطوانة كمرحلة صلبة؛

إذا كانت الترسيبات غير مكتملة، يتم تفريغها مع الطور السائل من منفذ الفائض على شكل "بقايا فيضان".

ثالثًا: مرحلة التفريغ الصلب: النقل المحوري مدفوعًا بفرق سرعة اللولب

1. الحركة التفاضلية للبرغي والأسطوانة

يدور الناقل اللولبي في نفس اتجاه الأسطوانة، ولكن سرعة المسمار (n_{\text{screw}}) أقل قليلاً من سرعة الأسطوانة (n_{\text{drum}})، مع فرق السرعة (\Delta n = n_{\text{drum}} - n_{\text{screw}} = 5–30 \, \text{rpm}\).

يؤدي فرق السرعة إلى إنشاء سرعة زاوية نسبية بين شفرات اللولب وطبقة الرواسب على الجدار الداخلي للأسطوانة، مما يؤدي إلى توليد قوة دفع محورية (على غرار مبدأ "مضخة اللولب").

2. الحركة المحورية للطور الصلب

تتجمع الجسيمات الصلبة المستقرة على الجدار الداخلي للأسطوانة لتشكل طبقة من الرواسب، والتي يتم تحريكها على طول محور الأسطوانة نحو منفذ تفريغ الخبث المخروطي بواسطة شفرات اللولب:

المقطع الأسطواني: تتراكم الرواسب في البداية، ويبدأ المسمار في الدفع؛

المقطع المخروطي: يتناقص القطر الداخلي للأسطوانة تدريجيًا، ويتم ضغط الرواسب بشكل أكبر وتجفيفها (يسمى "قسم التجفيف")، وأخيراً يتم تفريغها على شكل مادة صلبة ذات محتوى رطوبة منخفض.

التحكم في وقت الاحتفاظ: يؤدي فرق السرعة الأصغر إلى سرعة أبطأ لدفع المسمار، ووقت احتفاظ أطول للمرحلة الصلبة في الأسطوانة، وإزالة المياه بشكل أكثر شمولاً (على سبيل المثال، في سيناريوهات إزالة المياه من الحمأة)؛ يتيح فرق السرعة الأكبر تفريغ الخبث بشكل أسرع، وهو مناسب للمواد ذات المحتوى الصلب العالي (على سبيل المثال، فصل الملاط المعدني).

رابعًا. مرحلة فيضان السائل: التفريغ المحوري للطور السائل الخفيف

1. تكوين وتقسيم الحلقة السائلة

تشكل الطور السائل المنفصل (الطور السائل الخفيف أو السائل الشفاف) حلقة سائلة داخلية في المنطقة المركزية للأسطوانة، ويتم تحديد سمكها من خلال ارتفاع سد الفائض:

كلما زاد ارتفاع حاجز الفائض، زادت سماكة حلقة السائل (حجم الطور السائل في الأسطوانة أكبر)، وزاد وقت الاحتفاظ بالطور السائل، وزادت دقة الفصل؛

كلما انخفض حاجز الفائض، أصبحت حلقة السائل أرق، وزاد الإنتاج ولكن انخفضت دقة الفصل.

2. التدفق المحوري وتفريغ الطور السائل

يتدفق الطور السائل في الحلقة السائلة محوريًا نحو منفذ الفائض في الحالة الصفائحية ويتم تفريغه باستمرار من خلال سد الفائض:

في فصل المواد الصلبة والسائلة، يتم تصريف السائل الصافي (على سبيل المثال، النفايات بعد معالجة مياه الصرف الصحي)؛

في فصل السائل إلى السائل، إذا كان هناك مرحلتان سائلتان (على سبيل المثال، طبقية الزيت والماء)، يتم تفريغ الطور السائل الخفيف (الزيت) من منفذ الفائض الداخلي، ويتم تفريغ الطور السائل الثقيل (الماء) من منفذ الفائض الخارجي (يتطلب تصميم سد الفائض المزدوج).

• سنة التأسيس
  --
• نوع العمل
  --
• البلد / المنطقة
  --
• الصناعة الرئيسية
  --
• المنتجات الرئيسية
  --
• الشخص الاعتباري
  --
• عدد الموظفي
  --
• قيمة الإخراج السنوي
  --
• سوق التصدير
  --
• تعاون العملاء
  --