مبدأ عمل جهاز الطرد المركزي

أولا: العمليات الأساسية لحركة المواد:

1. إنشاء حقل التغذية والطرد المركزي

إدخال المواد: يتم تغذية المواد المراد فصلها (مثل المعلقات أو المستحلبات) بشكل مستمر محوريًا من خلال أنبوب التغذية إلى وسط الأسطوانة (تجويف أسطواني أفقي) يدور بسرعة عالية.

وظيفة المجال الطردي المركزي: تدور الأسطوانة بسرعة عالية (1500-4500 دورة في الدقيقة)، مولدةً قوة طرد مركزي (معامل الفصل Kc=gω2r، عادةً ما يكون 1500-5000)، يمكن أن تصل شدتها إلى آلاف أضعاف قوة الجاذبية. تحت تأثير قوة الطرد المركزي، تستقر الجسيمات الأكثر كثافة (الطور الصلب أو الطور السائل الثقيل) نحو الجدار الداخلي للأسطوانة، بينما تتجمع الأطوار السائلة الأقل كثافة (الأطوار السائلة الخفيفة) نحو مركز الأسطوانة، مشكلةً طبقات شعاعية.

2. ترسيب المواد الصلبة ونقلها بالبراغي

عملية الترسيب: تتغلب الجسيمات الصلبة على مقاومة الطور السائل تحت تأثير قوة الطرد المركزي، فتتحرك نحو الجدار الداخلي للأسطوانة وتترسب عليه، مكونةً طبقة رواسب (مثل جزيئات الطين أو البلورات). يرتبط معدل ترسيب الجسيمات بقوة الطرد المركزي، وحجم الجسيمات، وفرق الكثافة، ولزوجة السائل (تطبيق موسع لقانون ستوكس).

الحركة التفاضلية للبرغي:

يدور الناقل اللولبي في نفس اتجاه الأسطوانة ولكن بسرعة مختلفة (فرق السرعة)، حيث يدور المسمار عادةً بسرعة أبطأ قليلاً من الأسطوانة.

يُحدث فرق السرعة حركة نسبية بين البرغي وطبقة الرواسب على الجدار الداخلي للأسطوانة. تدفع شفرات البرغي الرواسب على طول محور الأسطوانة نحو منفذ تفريغ الخبث المخروطي الطرفي (يتوافق اتجاه الدفع مع محور الأسطوانة).

التحكم في وقت الاحتفاظ: إن فرق السرعة الأصغر يعني وقت احتفاظ أطول للمواد الصلبة في الأسطوانة، مما يؤدي إلى فصل أكثر شمولاً؛ ويؤدي فرق السرعة الأكبر إلى زيادة سرعة تفريغ الخبث، وهو مناسب للمواد ذات المحتوى الصلب العالي.

3. فيضان السائل وتصريفه

فصل الطور السائل الخفيف: يشكل الطور السائل المنفصل (سائل خفيف أو سائل شفاف) حلقة سائلة داخلية، تتدفق محوريًا على طول الأسطوانة باتجاه سد الفائض في الطرف الأسطواني وتفرغ بشكل مستمر من خلال سد الفائض (مع ارتفاع قابل للتعديل).

التحكم في سمك طبقة السائل: يُحدد ارتفاع حاجز الفائض سمك حلقة السائل (أي حجم السائل في الأسطوانة). كلما كان السمك أصغر، قلّ زمن بقاء السائل في الأسطوانة، مما يُسهّل الفصل السريع؛ بينما يُتيح السمك الأكبر فصلًا أدق.

ثانيًا: تحليل الآليات الفيزيائية الرئيسية

1. القوة الدافعة للترسيب الطارد المركزي

معامل الفصل Kc: يعكس معامل الفصل Kc مباشرةً شدة قوة الطرد المركزي، فكلما زاد Kc، زادت سرعة ترسيب الجسيمات. على سبيل المثال:

عند معالجة الجسيمات الدقيقة (على سبيل المثال، 1-10 ميكرومتر) أو المواد ذات اختلافات الكثافة الصغيرة (على سبيل المثال، مخاليط الزيت والماء)، فإن زيادة سرعة الدوران لتعزيز Kc أمر مطلوب.

هناك حاجة إلى قوة طرد مركزي أعلى للتغلب على مقاومة السوائل للمواد ذات اللزوجة العالية (مثل الملاط البوليمري).

2. دور فرق سرعة المسمار

مصدر قوة تفريغ الخبث: الحركة النسبية الناتجة عن اختلاف السرعة تمكن شفرات اللولب من ممارسة دفع محوري على طبقة الرواسب، والتغلب على الاحتكاك بين الرواسب والجدار الداخلي للأسطوانة (المتعلق بلزوجة المادة والضغط الصلب).

عزم الدوران واستهلاك الطاقة: يؤدي فرق السرعة الأكبر إلى زيادة سرعة دفع المسمار، ولكن يرتفع أيضًا عزم الدوران واستهلاك الطاقة؛ وقد يؤدي فرق السرعة الصغير للغاية إلى تراكم الرواسب وحتى انسداد الأسطوانة.

3. الخصائص الهيدروديناميكية

التدفق الرقائقي: يتدفق الطور السائل في الأسطوانة في حالة صفائحية (رقم رينولدز منخفض)، مما يقلل من التداخل الناتج عن الاضطرابات على كفاءة الفصل.

توزيع السرعة المحورية: يجب أن تتطابق سرعة التدفق المحوري للطور السائل في الأسطوانة مع معدل الترسيب الصلب لتجنب جر الجسيمات غير المترسبة وتفريغها بواسطة الطور السائل (أي ظاهرة "الدائرة القصيرة").

ثالثًا. الاختلافات الأساسية في سيناريوهات الانفصال المختلفة

1. فصل المواد الصلبة عن السائلة (سيناريو الطور السائل الواحد)

العملية النموذجية:

تستقر المرحلة الصلبة (مثل جزيئات الحمأة) على الجدار الداخلي للأسطوانة لتكوين طبقة رواسب؛

يدفع المسمار الرواسب إلى منفذ تفريغ الخبث المخروطي الطرفي، ويتم تفريغ المرحلة الصلبة المجففة (مع انخفاض محتوى الرطوبة)؛

يتم تفريغ السائل الصافي (المرحلة السائلة) من خلال منفذ الفائض.

التحكم الرئيسي: موازنة الإنتاجية وكفاءة الفصل عن طريق تعديل سرعة الدوران (مما يؤثر على كفاءة الترسيب) وفرق السرعة (مما يؤثر على سرعة تصريف الخبث). على سبيل المثال، يتطلب معالجة الحمأة ذات المحتوى الصلب العالي تقليل سرعة الدوران وزيادة فرق السرعة لتجنب انسداد الأسطوانة.

2. فصل السائل عن السائل (مرحلتان سائلتان، على سبيل المثال، فصل الزيت عن الماء)

آلية التقسيم الطبقي: بسبب اختلافات الكثافة (سائل ثقيل>سائل خفيف)، يتشكل سائلان غير قابلين للامتزاج حلقتان سائلتان داخليتان وخارجيتان تحت تأثير قوة الطرد المركزي:

تتواجد المرحلة السائلة الثقيلة (مثل مياه الصرف الصحي) بالقرب من الجدار الداخلي للأسطوانة، وتتواجد المرحلة السائلة الخفيفة (مثل الزيت) بالقرب من المركز.

تصميم منفذ الفائض المزدوج: يُفرَّغ السائل الثقيل عبر منفذ الفائض الخارجي، بينما يُفرَّغ السائل الخفيف عبر منفذ الفائض الداخلي. تعتمد دقة الفصل على فرق الكثافة بين المرحلتين السائلتين وسرعة الدوران (فكلما قلَّ فرق الكثافة، زادت سرعة الدوران).

3. فصل السائل-الصلب-السائل ثلاثي المراحل (على سبيل المثال، إنتاج الديزل الحيوي)

التقسيم الطبقي ثلاثي المراحل:

تستقر المرحلة الأثقل (المرحلة الصلبة، مثل بقايا المحفز) على الجدار الداخلي للأسطوانة ويتم تفريغها بواسطة المسمار؛

تشكل الطور المتوسط ​​(الطور السائل الثقيل، مثل الجلسرين) والطور الخفيف (الطور السائل الخفيف، مثل إستر الميثيل) حلقتين سائلتين، يتم تفريغهما من خلال منافذ فيض مختلفة.

التحسين الهيكلي: هناك حاجة إلى أجهزة تجميع الطور السائل المتوسط ​​أو تعديلات على مواضع سد الفائض لضمان الفصل الكامل بين المراحل الثلاث ومنع الاختلاط.

رابعًا: المعايير التشغيلية الرئيسية المؤثرة على المبدأ

سرعة الدوران (عامل الفصل): تحدد شدة القوة الطاردة المركزية، مما يؤثر بشكل مباشر على معدل ترسيب الجسيمات ووضوح السائل.

فرق السرعة: يتحكم في وقت الاحتفاظ بالمرحلة الصلبة وكفاءة تفريغ الخبث، مما يتطلب تعديلًا ديناميكيًا يعتمد على لزوجة المادة ومحتوى المادة الصلبة.

معدل التغذية: تؤدي سرعة التغذية العالية بشكل مفرط إلى عدم كفاية وقت الاحتفاظ بالسائل، مما يتسبب في تفريغ الجسيمات غير المترسبة بسائل صافٍ وتقليل كفاءة الفصل.

مساعدة المواد المتخثرة: بالنسبة للمواد ذات الجسيمات الدقيقة (على سبيل المثال، <1 ميكرومتر)، يجب إضافة المواد المتخثرة لتعزيز تكتل الجسيمات، وزيادة حجم الجسيمات الفعال، وتعزيز سرعة الترسيب.

خامسًا: الحالات النموذجية لتطبيق المبدأ

معالجة مياه الصرف الصحي: تُرسَّب الحمأة التي تحتوي على رطوبة 95% بالطرد المركزي، ثم يُخرِج اللولب كُعْكات طينية تحتوي على رطوبة تتراوح بين 75% و85%. يُعاد استخدام السائل الصافي أو يُعالَج مرة أخرى.

تجفيف النفط الخام: من خلال الاستفادة من اختلافات الكثافة بين النفط والماء والملح (الماء + الملح > النفط)، تتسبب سرعة الدوران العالية (على سبيل المثال، 3000 دورة في الدقيقة) في استقرار الطور المائي على الجدار الداخلي للأسطوانة، بينما يفيض الطور الزيتي من المركز، مما يحقق إزالة الملح والجفاف.

بفضل المبادئ المذكورة أعلاه، يُحقق جهاز الطرد المركزي المُصفّي فصلًا متعدد المراحل مستمرًا وفعالًا. وتكمن ميزته الأساسية في دمج الترسيب بالطرد المركزي والنقل الميكانيكي في جهاز واحد، مما يُوازن بين الإنتاجية ودقة الفصل، مع تطبيقات واسعة في سيناريوهات استخلاص المواد الصلبة والسائلة الصناعية وتداول الموارد.

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