Dekantörlü santrifüjde malzemelerin hareket süreci nedir?

I. Besleme Aşaması: Eksenel Giriş ve Çevresel Hızlanma

Malzeme Giriş Yolu

Ayrıştırılacak malzemeler (örneğin süspansiyonlar), tamburun iç kısmına eksenel yönde (tamburun ekseni) merkezi besleme borusu aracılığıyla düşük bir başlangıç ​​hızıyla (laminer akışa yakın) girer.

Tambur yüksek hızda (1500–4500 rpm) döner ve bu da içindeki malzemelerin hızla çevresel hız kazanmasını ve tamburla senkronize olarak dönmesini sağlar (tıpkı "rijit dönüş" durumu gibi).

Santrifüj Alanı Başlatma

Malzemeler tambura girdikten hemen sonra merkezkaç kuvvetine (tamburun dış duvarına doğru radyal olarak yönlendirilmiş) maruz kalırlar. Daha yoğun parçacıklar (katı faz veya ağır sıvı faz) tamburun iç duvarına doğru radyal olarak hareket etmeye başlarken, daha az yoğun sıvı fazlar (hafif sıvı faz) tamburun merkezine doğru toplanarak ön bir radyal tabakalaşma oluşturur (dış katmanda katı faz, iç katmanda sıvı faz).

II. Santrifüj Ayırma Aşaması: Radyal Çökeltme ve Eksenel Akışın Birleşimi

1. Radyal Çökeltme: Parçacıkların Merkezkaç Hareketi

İtici Kuvvet: Santrifüj kuvveti \(F_c = m \cdot \omega^2 \cdot r\) (burada m parçacık kütlesi, \(\omega\) tamburun açısal hızı ve r parçacığın radyal konumudur) katı faz parçacıklarının tamburun iç duvarına doğru hareket etmesine ve sıvı fazın viskoz direncini (Stokes direnci) aşmasına neden olur.

Çökeltme Hızı: Parçacıkların radyal çökeltme hızı \(v_r \propto \frac{(\rho_s - \rho_l) \cdot d^2 \cdot \omega^2 \cdot r}{\mu}\) (yoğunluk farkı, parçacık çapının karesi ve merkezkaç kuvveti ile orantılı; sıvı viskozitesi ile ters orantılı). İnce parçacıkların (örneğin, < 10 μm) tamburun iç duvarına çökelmesi için daha yüksek dönme hızlarına veya daha uzun bekleme sürelerine ihtiyaç duyulur.

2. Eksenel Akış: Sıvı Fazın Laminer Hareketi

Akış Yönü: Sıvı faz (içinde tortulaşmamış parçacıklar da dahil olmak üzere), eksenel basınç farkı altında besleme ucundan (tamburun silindirik bölümü) taşma ucuna (silindirik bölümün sonu) doğru akar ve eksenel laminer akış oluşturur (ayırma verimliliğini bozan türbülansı önlemek için Reynolds sayısı \(Re < 2000\)).

Hız Dağılımı: Sıvı fazın eksenel hızı \(v_z\), radyal yönde parabolik bir dağılım sergiler (merkezde en hızlı, tamburun iç duvarına yakın yerlerde 0'a yaklaşır) ve tamburdaki sıvı halkasının kalınlığıyla (taşma savak yüksekliği ile belirlenir) yakından ilişkilidir. Sıvı halkası ne kadar ince olursa (taşma savak yüksekliği ne kadar düşük olursa), sıvı fazın eksenel akış hızı o kadar hızlı ve bekleme süresi o kadar kısa olur.

3. Hareket Yörüngelerinin Süperpozisyonu

Tek tek parçacıkların gerçek hareket yörüngesi, tamburun ucuna doğru spiral şeklinde uzanan, radyal çökelme hızı \(v_r\) ve eksenel akış hızı \(v_z\)'nin vektör sentezidir:

Parçacıklar taşma portuna ulaşmadan önce radyal çökelmeyi tamamlarsa (\(v_r \cdot t \geq \Delta r\), burada t sıvı faz tutma süresi ve \(\Delta r\) parçacığın başlangıç ​​konumundan tamburun iç duvarına olan radyal mesafedir), tamburun iç duvarında katı faz olarak tutulurlar;

Çökeltme işlemi tamamlanmazsa, bunlar taşma ağzından sıvı faz ile birlikte "taşma artıkları" olarak boşaltılır.

III. Katı Boşaltma Aşaması: Vida Hızı Farkıyla Tahrik Edilen Eksenel Taşıma

1. Vida ve Tamburun Diferansiyel Hareketi

Vidalı konveyör, tamburla aynı yönde döner, ancak vida hızı \(n_{\text{vida}}\), tambur hızından \(n_{\text{tambur}}\) biraz daha düşüktür ve hız farkı \(\Delta n = n_{\text{tambur}} - n_{\text{vida}} = 5–30 \, \text{rpm}\)'dir.

Hız farkı, vida kanatları ile tamburun iç duvarındaki tortu tabakası arasında göreceli bir açısal hız oluşturarak eksenel itme kuvveti üretir (tıpkı "vidalı pompa" prensibi gibi).

2. Katı Fazın Eksenel Hareketi

Tamburun iç duvarına çöken katı parçacıklar bir tortu tabakası oluşturur ve bu tabaka, vidalı bıçaklar yardımıyla tamburun ekseni boyunca konik cüruf boşaltma ağzına doğru hareket ettirilir:

Silindirik Bölüm: Başlangıçta tortu birikir ve vida itmeye başlar;

Konik Bölüm: Tamburun iç çapı kademeli olarak azalır ve tortu daha da sıkıştırılıp susuzlaştırılır (bu bölüme "kurutma bölümü" denir) ve sonunda düşük nem içeriğine sahip katı bir madde olarak boşaltılır.

Bekleme Süresi Kontrolü: Daha küçük bir hız farkı, daha yavaş vida itme hızına, tamburda katı fazın daha uzun süre kalmasına ve daha kapsamlı susuzlaştırmaya (örneğin, çamur susuzlaştırma senaryolarında) yol açar; daha büyük bir hız farkı ise daha hızlı cüruf boşaltımına olanak tanır ve yüksek katı madde içeriğine sahip malzemeler için uygundur (örneğin, mineral bulamaç ayrımı).

IV. Sıvı Taşma Aşaması: Hafif Sıvı Fazın Eksenel Boşaltımı

1. Sıvı Halkanın Oluşumu ve Tabakalaşması

Ayrılan sıvı faz (hafif sıvı faz veya berrak sıvı), tamburun orta bölgesinde, kalınlığı taşma savak yüksekliğiyle belirlenen bir iç sıvı halkası oluşturur:

Taşma savak yüksekliği arttıkça sıvı halkası kalınlaşır (tamburdaki sıvı faz hacmi artar), sıvı fazın tutulma süresi uzar ve ayırma hassasiyeti artar;

Taşma savak yüksekliği ne kadar düşük olursa, sıvı halkası o kadar ince olur, verim o kadar yüksek olur ancak ayırma hassasiyeti o kadar düşük olur.

2. Sıvı Fazın Eksenel Akışı ve Boşaltımı

Sıvı halkasındaki sıvı faz, laminer halde eksenel olarak taşma ağzına doğru akar ve sürekli olarak taşma savakından boşaltılır:

Katı-sıvı ayrımında, berrak bir sıvı (örneğin, atık su arıtma işleminden sonraki atık su) deşarj edilir;

Sıvı-sıvı ayrımında, iki sıvı faz varsa (örneğin, yağ-su tabakalaşması), hafif sıvı faz (yağ) iç taşma ağzından, ağır sıvı faz (su) ise dış taşma ağzından boşaltılır (çift taşmalı savak tasarımı gerektirir).