ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (НИУ «БелГУ») Презентация на тему Центрифуги в биотехнологическом производстве виды центрифугирования по дисциплине Процессы и аппараты биотехнология студентки очной формы обучения 4 курса группы 11002017 Зализской Арины Терминология Центрифугирование – процесс разделения суспензий, шламов, кристаллических осадков, содержащих жидкость, на фракции осадок и осветленная жидкость – фугат в поле центробежных сил. Сила, приложенная к связи и направленная по радиусу от центра называется центробежной. Задачи центрифугирования: 1. Разделение суспензии на осадок и раствор; 2. Разделение эмульсий на две жидкие фазы различной плотности Терминология В центрифуге однородные смеси разделяются по принципу фильтрации или по принципу отстаивания. Фильтрующие центрифуги имеют барабаны с дырчатой сеткой, покрытой фильтровальной тканью. Центробежная фильтрация в общем случае складывается из последовательно протекающих операций: 1) фильтрация с образованием осадка; 2) уплотнение осадка; 3) удаление жидкости из осадка. Терминология Центробежное отстаивание производят в барабанах со сплошными стенками. При действии центробежных сил суспензия расслаивается. Твердая фаза, как правило, более тяжелая, располагается в наружном слое, вблизи поверхности барабана, а жидкость собирается во внутреннем слое и сливается через край барабана. В барабанах со сплошными стенками производится также разделение эмульсий (сепарация), Под действием центробежной силы компоненты эмульсии располагаются по плотности в виде отдельных слоев: наружный слой из более тяжелой, жидкости и внутренний слой из более легкой жидкости. Жидкости выводятся из центробежного сепаратора порознь. Применения центрифуг в промышленности • Разделение молока; • Производство сыра; • Контроль целлюлозы в фруктовых и овощных соках; • Переработка пищевого масла: несколько операций в производстве и переработке пищевых масел включают отделение масла от водной фазы; • Извлечение эфирных масел; • Производство крахмала; • Производство дрожжей Классификация центрифуг Схема отстойной центрифуги периодического действия с ручной выгрузкой осадки Основная часть центрифуги - сплошной барабан-2, насаженный на вращающийся вал-1 и кожух-3. Под действием центробежной силы твердые частицы осаждаются из суспензии, подаваемой в центрифугу, и отлагается в виде сплошного осадка на стенке барабана, осветленная жидкость перемещается (переливается) в кожух и удаляется из него через расположенный внизу патрубок. По окончании отстаивания центрифугу останавливают и выгружают осадок лопатами или совками. Непрерывно действующая центрифуга с механизированной выгрузкой осадка Она оборудована коническим вращающимся барабаном-1 и разгрузочным шнеком-6, помещенным внутри барабана. Исходная суспензия вводится по трубе внутрь шнека и под действием центробежной силы выбрасывается через окна-3 во внутреннюю полость барабана1. В барабане происходит отстаивание суспензии. Осветленная жидкость под действием центробежной силы перемещается к окнам-5, перетекает в кожух-4 и удаляется через нижний патрубок. Осадок непрерывно перемещается в барабане справа налево при помощи шнека, который вращается со скоростью, несколько меньшей, чем скорость вращения барабана. Саморазгружающаяся фильтрующая центрифуга В саморазгружающейся центрифуге выгрузка осадка с минимальной затратой физического труда. Из них осадок удаляется под действием силы тяжести (гравитационная выгрузка). Нижняя часть барабана-1 имеет коническую форму с углом наклона, большим, чем угол естественного откоса осадка. При остановке барабана осадок сползает со стенок и удаляется из центрифуги. Суспензия загружается на распределительный диск-3 при вращении барабана с пониженной скоростью. Автоматическая фильтрующая центрифуга В этой центрифуге периоды фильтрования регулируются автоматически при помощи специальных устройств - автоматов снабженных механическим или электрическим реле. Эти реле приводят в действие исполнительные механизмы (например, гидравлические), которые осуществляют операции открывания и закрывания вентилей и снятия осадка. В этой центрифуге снятие осадка осуществляется по ходу ножом-3 который для этого приподнимается гидравлическим механизмом. Осадок падает в желоб-4 и удаляется из центрифуги. Классификация сверхцентрифуг Трубчатая сверхцентрифуг 1 – шкив; 2 – опора; 3 – шпиндель; 4 – отверстия для вывода осветленной жидкости; 8 – корпус; I – суспензия; II – осветленная жидкость Схема трубчатой сверхцентрифуги Сепараторы Сепараторы – высокоскоростные центрифуги, предназначенные для разделения и осветления малоконцентрированных суспензий и эмульсий Тарельчатый сепаратор I – эмульсия; II- легкая жидкость; III – тяжелая жидкость; 1-центральная труба; 2 – кольцевой канал; 3- тарельчатый ротор; 4-окно; 5-кольцевые отверстия Схема тарельчатого сепаратора Принцип расчета аппаратов Фактор разделения характеризует разделяющую способность центрифуги: 𝐾𝑝 = 𝐺ц /𝐺=𝜔2 r/g. Фактор разделения 𝜔2 r 𝜋2 𝑛2 𝑟 𝑛2 𝑟 𝐾𝑝 = = 2 = 𝑔 30 𝑔 900 Вычисление перепада давления используется зависимость: ∆ρц = 5·ρc·n²·(D²2-D²2), Па Вычисление центробежной силы: С = (m·ω²)/r = (G·ω²)/(g·r), кгс Принцип расчета аппаратов Определение производительности центрифуги: 0,5·π·R²·h = π·(R²-r1²)·h Полный объем барабана центрифуги: V= πR²L, м3 Принцип расчета аппаратов Определение скорости осаждения: ω0 = g²d²(p1-p2)Фр/18μ, м/сек Перспективы и пути усовершенствования оборудования • Заменить центрифуги с ручным обслуживанием непрерывно действующими и автоматическими центрифугами; • Использовать метод центробежной выгрузки осадка, так как он является наиболее рациональным; • Заниматься созданием непрерывно действующих или автоматических сверхцентрифуг периодического действия для обработки концентрированных высокодисперсных суспензий.