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离心沉降过程的安全分析
离心沉降是利用惯性离心力的作用而实现的沉降。在重力沉降的讨论中已经得知,颗粒的重力沉降速度ut,与颗粒的直径d及两个的密度差ρs—ρ有关。d越大,两相密度差越大,则ut越大。换言之,对一定的非均相物系,其重力沉降速度是恒定的,人们无法改变其大小,因此,在分离要求较创意礼品高时,用重力沉降就很难达到要求。此时,若采用离心沉降,则可大大提高沉降速度,使分离效率提高,设备尺寸减小。
一、 离心沉降速度分析
当流体围绕某一中心轴做圆周运动时,便形成惯性离心力场。现对其中一个颗粒的受力与运动情况进行分析。
该颗粒为球形颗粒,直径为d,密度为ρs,旋转半径为R,圆周运动的线速度为uT,流体密度为ρ且ρs>ρo颗粒在圆周运动的径向上将受到3个力新密的作用,即惯性离心力、向心力和阻力。其中,惯性离心力方向从旋转中心指向外周,向心力的方向沿半径指向中心,阻力方向与颗粒运动方向相反,也沿半径指向中心,3个力的大小为
和重力沉降一样,在三力作用下,颗粒将沿径向发生沉降,其沉降速度即是颗粒与流体的相对速度uR。在三力平衡时,同样可导出其计算式,若沉降处于斯托克斯区,离心沉降速度的计算公式为
式中 uR——径向上颗粒与流体的相对速度,m/s。
可见,离心沉降速度与重力沉降速度计算式形式相同,只是将重力加速度g(重力场强度)换成了离车身贴膜心加速度u2/t/R(离心场加速度)。但重力场强度g是恒定的,而离心力场强度却随半径和切向速度而变,即可以人为控制和改变,这就是采用离心沉降优点——选择合适的转速与半径,就能够根据分离要求完成分离任务。
前面提及,离心沉降速度远大于重力沉降速度,其原因是离心力场强度远大于重力场强度。对于离心分离设备,通常用两者的比值来表示离心分离效果,称为离心分离因数,用Kc表示,即
式中,ns和n均表示转速,其单位分别为r/说明铸铁材料受压时其抗剪能力小于抗压能力s和r/min。
由上式可知,要提高Kc,可通过增大半径R和转速ns来实现,但出于对设备强度、制造、操作等方面的考虑,实际上,通常采用拔罐器提高转速并适当缩小半径的方法来获得较大的K,。例如对R=0.2m的设备,当n=800/min时,其K,就髓内钉PEEK瞄准杆支架可达到142,如有在国际分工中仍处于产业链中低端必要,还可以提高其转速。 目前,超高速离心机的离心分离因数已经达到500000,甚至更高。
尽管离心分离沉降速度大,分离效率高,但离心分离设备较重力沉降设备复杂,投资费用大,且需要消耗能量,操作严格而费用高,因此,综合考虑不能认为对任何情况采用离心沉降都优于重力沉降。例如,对分离要求不高或处理量较大的场合采用重力沉降更为经济合理。有时,先用重力沉降再进行离心分离也不失为一种行之有效的方法。
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