Суть дегидратации и осветления заключается в разделении твердой и жидкой фаз суспензий; дегидратация заключается в удалении жидкой фазы из твердой фазы, а осветление заключается в удалении твердой фазы из жидкой фазы. Концентрация заключается в увеличении концентрации твердой фазы в суспензии, а классификация заключается в разделении частиц разного размера в суспензии на две группы частиц большего размера, чем dkp, и меньшего размера, чем dkp, на основе определенного критического размера частиц dkp. Разделение обычно относится к разделению двух несмешивающихся жидких фаз. Если две фазы жидкость-жидкость являются непрерывными фазами, разделение двух фаз связано только с их плотностями; если одна фаза является непрерывной фазой, а другая - дисперсной, это представляет собой разделение эмульсий. Двухфазное разделение эмульсий связано не только с разницей в плотности, но и с размером капель дисперсной фазы, поверхностным натяжением и другими факторами, и разделение затруднено. Центробежное разделение — это физический процесс, и сложность разделения зависит от свойств материала и разделительных свойств центрифуги.
1. Центробежное обезвоживание
Центробежное обезвоживание может осуществляться двумя типами: фильтрующими центрифугами и седиментационными центрифугами.
Фильтрующая центрифуга использует фильтрующие среды, такие как фильтрующие сетки и экраны, для удержания твердых частиц на фильтрующей сетке под действием центробежной силы, а жидкость выгружается через фильтрующую сетку для достижения разделения твердого вещества и жидкости. Этот тип машины имеет низкое энергопотребление, смываемые фильтрационные осадки и высокую скорость обезвоживания твердых частиц. Он подходит для частиц материала с близкой разницей плотности твердого вещества и жидкости и размером частиц в микронах или выше, а содержание твердого вещества в исходной жидкости допускается в размере 30% ~ 60%.
Если частицы материала, такие как кристаллы, могут разрушаться во время процесса обезвоживания, можно выбрать центрифугу со скребковой разгрузкой. Если частицы материала, такие как кристаллы, не должны разрушаться, можно выбрать поршневую разгрузку, ручную выталкивающую центрифугу и центробежную разгрузку. Помимо поглощения воды самим материалом, эффективность дегидратации также связана с фактором разделения, временем разделения, апертурой сетки фильтра, пористостью, вязкостью материала, поверхностным натяжением, гидрофобностью слоя фильтрационного осадка и т. д. центрифуги.
Для частиц с низкой концентрацией твердых частиц, высокой вязкостью, мелким размером частиц или аморфным мицелием фильтрующие центрифуги, как правило, не подходят. Поскольку частицы слишком мелкие, они легко просачиваются через фильтр и вызывают утечку материала. Если фильтр слишком мелкий, это приведет к плохой гидрофобности, а производительность обработки машины и эффективность дегидратации частиц снизятся. Аморфный мицелий и маслянистые частицы легко засоряют фильтр. Для этих материалов рекомендуется использовать седиментационную центрифугу без фильтра.
Седакционная центрифуга использует разницу в плотности между твердой и жидкой фазами. В центробежном поле твердая фаза имеет большую плотность и оседает на внутренней стенке барабана центрифуги. Осадок выгружается из машины через спиральный конвейер внутри барабана. Жидкая фаза имеет небольшую плотность и стремится к центру барабана и вытекает из переливного отверстия машины для достижения цели разделения жидкости и твердого вещества и дегидратации. Этот тип машины имеет высокий коэффициент разделения и не имеет фильтра. Разделение твердого вещества и жидкости использует разницу в плотности между двумя фазами. Это особенно подходит для аморфного мицелия, маслянистого шлама и мелких частиц с высокой вязкостью.
Для этой модели не требуется высокое содержание твердого вещества в исходном сырье. Содержание твердого вещества в различных материалах может составлять от 1% до 40% (массовая доля). Размер частиц составляет микрон или больше. Однако этот тип машины имеет плохой эффект промывки осадка, более высокое энергопотребление, чем фильтрующая центрифуга, и худший эффект дегидратации, чем фильтрующая центрифуга.
2. Центробежное осветление
Осветление относится к удалению небольшого количества твердой фазы из большого количества жидкой фазы. Оно широко используется в фармацевтической, пищевой, безалкогольной и других отраслях промышленности. Поскольку содержание твердого вещества в материале низкое, а размер частиц невелик, для разделения необходимо использовать дисковый сепаратор или трубчатую центрифугу с более высоким коэффициентом разделения. Иногда также можно использовать прецизионный фильтр или мембранное разделение.
3. Центробежная концентрация
Концентрация может увеличить содержание твердого вещества в суспензии. Например, если содержание твердого вещества в исходной суспензии составляет 0,5% ds (массовая доля, ds — это сухое твердое вещество, относящееся к абсолютно сухому твердому веществу), содержание твердого вещества увеличивается на 3%~5% ds посредством гравитационного осаждения, центробежного осаждения или фильтрации. Этот процесс является процессом концентрации. Жидкая фаза значительно уменьшается в процессе концентрации.
Например, концентрация ила на городских очистных сооружениях: если 100 м3 вторичного ила с содержанием твердого вещества 0,5% ds концентрируется до 5% ds, необходимо удалить 90 м3 жидкости из 100 м3 вторичного ила, чтобы достичь содержания твердого вещества 5% ds, тем самым значительно уменьшая последующий объем обезвоживания ила, а также соответственно уменьшаются модель и размер выбранной обезвоживающей машины. Обычно используемые центробежные концентраторы включают горизонтальные спиральные разгрузочные осадочные центрифуги, дисковые сопловые шлакоотделители и гидроциклоны, роторные ситовые концентраторы и т. д.
4. Центробежная классификация
Классификация частиц основана на различных размерах частиц в суспензии, а также на различных скоростях их осаждения. Метод использования различных скоростей осаждения для разделения частиц в суспензии на две или более групп частиц в соответствии с размером частиц называется мокрой классификацией; метод использования газовой среды для классификации частиц называется сухой классификацией.
Мокрая центробежная классификация, обычно используемые модели включают горизонтальные спиральные разгрузочные осадочные центрифуги, спиральное выпускное отверстие этого типа машины имеет форму поперечной длинной канавки, так что выходное положение подающей трубы машины можно перемещать в осевом направлении вперед и назад для изменения времени осаждения частиц. В зависимости от разницы в плотности твердой и жидкой фаз и критического размера частиц dkp, необходимого для классификации, можно выбрать соответствующий коэффициент разделения, дифференциальную скорость и положение выпускного отверстия питающей трубы, чтобы частицы размером больше dkp оседали в виде осадка и выгружались из отверстия для выгрузки шлака на малом конце барабана; частицы размером меньше dkp остаются в жидкой фазе и следуют за жидкой фазой, которая выгружается из переливного отверстия на большом конце барабана, тем самым достигая непрерывной классификации частиц. Для достижения хорошего эффекта классификации соотношение твердого вещества и жидкости в суспензии должно быть соответствующим, и во время процесса классификации следует добавлять соответствующее количество диспергатора, чтобы предотвратить агломерацию мелких частиц.
Для классификации частиц с очень малым объемом обработки можно выбрать трехопорную седиментационную центрифугу, но ее коэффициент разделения низкий, поэтому она не может классифицировать более мелкие частицы.
5. Центробежное разделение
Центробежное разделение относится к двухфазному или трехфазному разделению жидкость-жидкость, жидкость-жидкость-твердое вещество. Однако фазы должны быть неоднородными системами, которые не смешиваются друг с другом. Принцип разделения заключается в использовании разницы в плотности между фазами. Распространенными являются разделение масла и воды и разделение масла и мыла при переработке пищевых масел, а также разделение масла, воды и шлака при очистке мазута и смазочного масла. Используемые центрифуги представляют собой дисковые ручные сепараторы шлака и дисковые поршневые центрифуги для разделения шлака. Для разделения масла, воды и шлака при очистке пальмового масла, каменноугольной смолы и оливкового масла в основном используются горизонтальные спиральные разгрузочные трехфазные центрифуги. Для разделения жидкости-жидкости и жидкости-жидкости-твердого вещества в медицине, пищевых продуктах и напитках обычно используются трубчатые сепараторы из-за небольшой производительности обработки.
