Dekantör santrifüjünün çalışma prensibi

I. Malzeme Hareketinin Temel Süreçleri:

1. Besleme ve Santrifüj Alan Kurulumu

Malzeme Girişi: Ayrıştırılacak malzemeler (süspansiyonlar veya emülsiyonlar gibi), besleme borusu aracılığıyla eksenel olarak sürekli bir şekilde yüksek hızda dönen tamburun (yatay silindirik bir boşluk) merkezine beslenir.

Santrifüj Alanının İşlevi: Tambur yüksek hızda (1500–4500 rpm) dönerek santrifüj kuvveti (ayırma faktörü Kc=gω2r, tipik olarak 1500–5000) oluşturur; bu kuvvetin şiddeti yerçekiminin binlerce katına ulaşabilir. Santrifüj kuvveti altında, daha yoğun parçacıklar (katı faz veya ağır sıvı faz) tamburun iç duvarına doğru çökerken, daha az yoğun sıvı fazlar (hafif sıvı fazlar) tamburun merkezine doğru toplanarak radyal tabakalaşma oluşturur.

2. Katı Çökeltme ve Vidalı Konveyör

Çökeltme Süreci: Katı parçacıklar, merkezkaç kuvveti altında sıvı fazın direncini aşarak tamburun iç duvarına doğru hareket eder ve bir tortu tabakası (çamur veya kristal parçacıkları gibi) oluşturmak üzere çökelir. Parçacık çökeltme hızı, merkezkaç kuvveti, parçacık boyutu, yoğunluk farkı ve sıvı viskozitesi ile ilişkilidir (Stokes yasasının genişletilmiş uygulaması).

Vidanın Diferansiyel Hareketi:

Vidalı konveyör, tamburla aynı yönde ancak farklı bir hızda (hız farkı) döner; vida genellikle tamburdan biraz daha yavaş döner.

Hız farkı, vida ile tamburun iç duvarındaki tortu tabakası arasında göreceli bir hareket yaratır. Vida kanatları, tortuyu tamburun ekseni boyunca konik uçtaki cüruf boşaltma portuna doğru iter (itme yönü tamburun ekseniyle aynıdır).

Bekleme Süresi Kontrolü: Daha küçük hız farkı, tamburda katı maddelerin daha uzun süre kalması anlamına gelir ve bu da daha kapsamlı bir ayrışmaya yol açar; daha büyük hız farkı ise cüruf boşaltma hızını artırır ve yüksek katı madde içeriğine sahip malzemeler için uygundur.

3. Sıvı Taşması ve Boşaltımı

Hafif Sıvı Fazın Ayrılması: Ayrılan sıvı faz (hafif sıvı veya berrak sıvı), tambur boyunca eksenel olarak akarak silindirik uçtaki taşma savakına doğru ilerleyen ve (yüksekliği ayarlanabilir) taşma savakından sürekli olarak boşalan iç bir sıvı halkası oluşturur.

Sıvı Tabakası Kalınlığının Kontrolü: Taşma savak yüksekliği, sıvı halkasının kalınlığını (yani tamburdaki sıvı hacmini) belirler. Daha küçük bir kalınlık, tamburda sıvının daha kısa süre kalması anlamına gelir ve hızlı ayırma için uygundur; daha büyük bir kalınlık ise daha ince bir ayırma sağlar.

II. Temel Fiziksel Mekanizmaların Analizi

1. Santrifüj Çökeltmenin İtici Gücü

Ayırma Faktörü Kc: Santrifüj kuvvetinin yoğunluğunu doğrudan yansıtır; daha büyük bir Kc değeri, parçacıkların daha hızlı çökelmesine neden olur. Örneğin:

İnce parçacıkları (örneğin, 1–10 μm) veya yoğunluk farkı az olan malzemeleri (örneğin, yağ-su karışımları) işlerken, Kc'yi artırmak için dönme hızının artırılması gerekir.

Yüksek viskoziteli malzemelerin (örneğin polimer bulamaçları) akışkan direncini aşması için daha yüksek merkezkaç kuvvetine ihtiyaç duyulur.

2. Vida Hızı Farkının Rolü

Cüruf Boşaltma Gücünün Kaynağı: Hız farkından kaynaklanan göreceli hareket, vida kanatlarının tortu tabakasına eksenel itme kuvveti uygulamasını sağlayarak, tortu ile tamburun iç duvarı arasındaki sürtünmeyi (malzeme viskozitesi ve katı sıkışmasıyla ilgili) aşar.

Tork ve Enerji Tüketimi: Daha büyük hız farkı vidanın itme hızını artırır, ancak tork ve enerji tüketimi de artar; aşırı küçük hız farkı tortu birikmesine ve hatta tambur tıkanmasına neden olabilir.

3. Hidrodinamik Özellikler

Laminer Akış: Tamburdaki sıvı faz laminer bir halde (düşük Reynolds sayısı) akar, bu da türbülansın ayırma verimliliği üzerindeki etkisini azaltır.

Eksenel Hız Dağılımı: Tamburdaki sıvı fazın eksenel akış hızı, çökelmemiş parçacıkların sıvı faz tarafından sürüklenip dışarı atılmasını (yani "kısa devre" olayını) önlemek için katı çökelme hızıyla eşleşmelidir.

III. Farklı Ayrılık Senaryolarındaki Temel Farklılıklar

1. Katı-Sıvı Ayrımı (Tek Sıvı Faz Senaryosu)

Tipik Süreç:

Katı faz (çamur parçacıkları gibi) tamburun iç duvarına çökelerek bir tortu tabakası oluşturur;

Vida, tortuyu konik uçtaki cüruf boşaltma ağzına doğru iter ve susuzlaştırılmış katı faz (nem içeriği azaltılmış olarak) boşaltılır;

Taşma deliğinden berrak sıvı (sıvı faz) boşaltılır.

Temel Kontrol: Dönme hızını (çökeltme verimliliğini etkiler) ve hız farkını (cüruf boşaltma hızını etkiler) ayarlayarak verim ve ayırma verimliliğini dengelemek. Örneğin, yüksek katı madde içeriğine sahip çamurda tambur tıkanmasını önlemek için dönme hızını azaltmak ve hız farkını artırmak gerekir.

2. Sıvı-Sıvı Ayrımı (İki Sıvı Faz, örneğin Yağ-Su Ayrımı)

Tabakalaşma Mekanizması: Yoğunluk farklılıkları (ağır sıvının yoğunluğu > hafif sıvının yoğunluğu) nedeniyle, iki karışmayan sıvı, merkezkaç kuvveti altında iç ve dış sıvı halkaları oluşturur:

Ağır sıvı faz (örneğin atık su) tamburun iç duvarına yakın, hafif sıvı faz (örneğin yağ) ise merkeze yakın konumdadır.

Çift Taşma Portu Tasarımı: Ağır sıvı fazı dış taşma portundan, hafif sıvı fazı ise iç taşma portundan boşaltılır. Ayırma hassasiyeti, iki sıvı fazı arasındaki yoğunluk farkına ve dönme hızına bağlıdır (daha küçük yoğunluk farkı daha yüksek dönme hızı gerektirir).

3. Sıvı-Katı-Sıvı Üç Fazlı Ayırma (Örn. Biyodizel Üretimi)

Üç Aşamalı Tabakalandırma:

En ağır faz (katalizör kalıntıları gibi katı faz) tamburun iç duvarına çöker ve vida vasıtasıyla dışarı atılır;

Ara faz (gliserol gibi ağır sıvı faz) ve hafif faz (metil ester gibi hafif sıvı faz), farklı taşma portlarından boşaltılan iki sıvı halkası oluşturur.

Yapısal Optimizasyon: Üç fazlı ayrımın tamamen sağlanması ve karışmanın önlenmesi için ara sıvı faz toplama cihazları veya taşma savaklarının konumlarında ayarlamalar yapılması gerekmektedir.

IV. Prensibi Etkileyen Başlıca Operasyonel Parametreler

Dönme Hızı (Ayırma Faktörü): Santrifüj kuvvetinin yoğunluğunu belirler ve parçacık çökelme hızını ve sıvı berraklığını doğrudan etkiler.

Hız Farkı: Katı faz tutma süresini ve cüruf boşaltma verimliliğini kontrol eder; malzeme viskozitesine ve katı madde içeriğine bağlı olarak dinamik ayarlama gerektirir.

Besleme Hızı: Aşırı yüksek besleme hızı, yetersiz sıvı tutma süresine neden olarak, çökelmemiş parçacıkların berrak sıvı ile birlikte boşaltılmasına ve ayırma verimliliğinin azalmasına yol açar.

Flokülant Desteği: İnce taneli malzemeler (örneğin, <1 μm) için, parçacıkların kümelenmesini teşvik etmek, etkili parçacık boyutunu artırmak ve çökelme hızını iyileştirmek amacıyla flokülantlar eklenmelidir.

V. İlkenin Tipik Uygulama Örnekleri

Atıksu Arıtımı: %95 nem içeriğine sahip çamur santrifüjle çöktürülür ve vidalı elek %75-85 nem içeriğine sahip çamur keklerini dışarı iter. Berrak sıvı yeniden kullanılır veya daha ileri işlemlerden geçirilir.

Ham Petrolün Susuzlaştırılması: Petrol, su ve tuz arasındaki yoğunluk farklarından (su + tuz > petrol) yararlanılarak, yüksek dönüş hızı (örneğin, 3000 rpm) su fazının tamburun iç duvarına çökmesine, petrol fazının ise merkezden taşmasına neden olarak tuzdan arındırma ve susuzlaştırma sağlanır.

Yukarıdaki prensipler sayesinde, dekantör santrifüjü sürekli ve verimli çok fazlı ayırma sağlar. Temel avantajı, santrifüjlü çöktürme ve mekanik taşımayı tek bir cihazda birleştirerek, verimlilik ve ayırma hassasiyetini dengelemekte ve endüstriyel katı-sıvı geri kazanımı ve kaynak dolaşımı senaryolarında geniş uygulama alanlarına sahip olmasıdır.