Seleção de centrífugas por área de aplicação

A essência da desidratação e clarificação é a separação sólido-líquido de suspensões; a desidratação é remover a fase líquida da fase sólida, e a clarificação é remover a fase sólida da fase líquida. A concentração é aumentar a concentração da fase sólida na suspensão, e a classificação é dividir as partículas de diferentes tamanhos de partículas na suspensão em dois grupos de partículas maiores que dkp e menores que dkp com base num determinado tamanho crítico de partícula dkp. A separação refere-se geralmente à separação de duas fases líquidas imiscíveis. Se as duas fases líquido-líquido forem fases contínuas, a separação das duas fases está apenas relacionada com as suas densidades; se uma fase é uma fase contínua e a outra fase é uma fase dispersa, constitui a separação de emulsões. A separação de duas fases de emulsões não está apenas relacionada com a diferença de densidade, mas também com o tamanho das gotas da fase dispersa, tensão superficial e outros fatores, sendo que a separação é difícil. A separação centrífuga é um processo físico, e a dificuldade de separação depende das propriedades do material e das propriedades de separação da centrífuga.

1. Desidratação Centrífuga

A desidratação centrífuga pode ser realizada em dois tipos: centrífugas de filtragem e centrífugas de sedimentação.

A centrífuga de filtragem utiliza meios filtrantes, como telas e peneiras, para reter as partículas sólidas na tela sob a ação da força centrífuga, e o líquido é descarregado através da tela para obter a separação sólido-líquido. Este tipo de máquina tem um baixo consumo de energia, bolos de filtro laváveis e uma elevada taxa de desidratação de partículas sólidas. É adequada para partículas de materiais com uma diferença de densidade sólido-líquido próxima e um tamanho de partícula de µm ou superior, e o teor de sólidos do líquido de alimentação pode ser de 30% a 60%.

No caso de partículas de material, como cristais, serem quebradas durante o processo de desidratação, pode ser selecionada uma centrífuga de descarga com raspador. Se as partículas do material, como os cristais, não forem quebradas, podem ser selecionadas centrífugas com descarga por pistão, empurrador manual e descarga centrífuga. Para além da absorção de água do próprio material, o desempenho da desidratação está também relacionado com o fator de separação, tempo de separação, abertura da malha do filtro, porosidade, viscosidade do material, tensão superficial, hidrofobicidade da camada de bolo do filtro, etc. da centrífuga.

Para partículas com baixa concentração de sólidos, elevada viscosidade, tamanho de partícula fino ou micélio amorfo, as centrífugas com filtro não são geralmente adequadas. Como as partículas são muito finas, facilmente vazam pelo filtro e provocam fugas de material. Se o filtro for demasiado fino, isto levará a uma baixa hidrofobicidade, e a capacidade de processamento da máquina e o desempenho da desidratação de partículas diminuirão. O micélio amorfo e as partículas oleosas são fáceis de obstruir o filtro. Para estes materiais, recomenda-se a utilização de uma centrífuga de sedimentação sem filtro.

A centrífuga de sedimentação utiliza a diferença de densidade entre as fases sólida e líquida. No campo centrífugo, a fase sólida tem uma elevada densidade e deposita-se na parede interna do tambor da centrífuga. O sedimento é descarregado para fora da máquina através do transportador espiral no interior do tambor. A fase líquida tem uma baixa densidade e tende para o centro do tambor, fluindo para fora através da porta de transbordo da máquina para atingir o objetivo de separação líquido-sólido e desidratação. Este tipo de máquina tem um fator de separação elevado e não possui filtro. A separação sólido-líquido utiliza a diferença de densidade entre as duas fases. É particularmente adequada para micélio amorfo, lamas oleosas e partículas finas com elevada viscosidade.

Este modelo não requer um elevado teor de sólidos na alimentação. O teor de sólidos dos diferentes materiais pode situar-se entre 1% e 40% (fração mássica). O tamanho das partículas é de µm ou superior. No entanto, este tipo de máquina tem um fraco efeito de lavagem sobre o sedimento, maior consumo de energia do que a centrífuga com filtragem e pior efeito de desidratação do que a centrífuga com filtragem.

2. Clarificação centrífuga

A clarificação refere-se à remoção de uma pequena quantidade de fase sólida de uma grande quantidade de fase líquida. É amplamente utilizada nas indústrias farmacêutica, alimentar, de bebidas e outras. Como o teor de sólidos do material é baixo e o tamanho das partículas é pequeno, é necessário utilizar um separador de discos ou uma centrífuga tubular com um fator de separação mais elevado. Por vezes, também podem ser utilizados filtros de precisão ou separação por membrana.

3. Concentração centrífuga

A concentração pode aumentar o teor de sólidos na suspensão. Por exemplo, se o teor de sólidos na suspensão original for de 0,5% ds (fração mássica, ds é sólido seco, referindo-se ao sólido seco absoluto), o teor de sólidos é aumentado em 3% a 5% ds através de sedimentação por gravidade, sedimentação centrífuga ou filtração. Este processo é o processo de concentração. A fase líquida é bastante reduzida durante o processo de concentração.

Por exemplo, concentração de lamas em estações de tratamento de esgotos urbanas: se 100 m³ de lamas secundárias com um teor de sólidos de 0,5% ds forem concentradas para 5% ds, 90 µm de líquido devem ser removidos de 100 µm de lamas secundárias para atingir um teor de sólidos de 5% ds, reduzindo significativamente o volume de desidratação subsequente das lamas, e o modelo e o tamanho da máquina de desidratação selecionada também são reduzidos em conformidade. Os concentradores centrífugos normalmente utilizados incluem centrífugas de sedimentação com descarga em espiral horizontal, separadores de escória com bocal de disco e hidrociclones, concentradores de peneira rotativa, etc.

4. Classificação centrífuga

A classificação das partículas baseia-se nos diferentes tamanhos de partículas em suspensão, e as suas velocidades de sedimentação também são diferentes. O método que utiliza diferentes velocidades de sedimentação para dividir as partículas em suspensão em dois ou mais grupos de partículas de acordo com o tamanho das partículas é designado por classificação húmida; o método que utiliza meio gasoso para a classificação das partículas é designado por classificação seca.

Na classificação centrífuga húmida, os modelos normalmente utilizados incluem as centrífugas de sedimentação com descarga em espiral horizontal. A porta de descarga em espiral deste tipo de máquinas tem a forma de uma ranhura transversal longa, pelo que a posição de saída do tubo de alimentação da máquina pode ser movida axialmente para a frente e para trás para alterar o tempo de sedimentação das partículas. De acordo com a diferença de densidade entre as fases sólida e líquida e o tamanho crítico de partícula (dkp) necessário para a classificação, pode ser selecionado o fator de separação, a velocidade diferencial e a posição de saída do tubo de alimentação adequados, de modo a que as partículas maiores que dkp sejam sedimentadas e descarregadas pela porta de descarga de escória na extremidade mais pequena do tambor; partículas inferiores a dkp permanecem na fase líquida e seguem a fase líquida para serem descarregadas pela porta de transbordo na extremidade maior do tambor, conseguindo assim a classificação contínua das partículas. Para obter um bom efeito de classificação, a relação sólido-líquido da suspensão deve ser adequada e deve ser adicionada uma quantidade adequada de dispersante durante o processo de classificação para evitar a aglomeração de partículas pequenas.

Para a classificação de partículas com um volume de processamento muito pequeno, pode ser selecionada uma centrífuga de sedimentação de três pernas, mas o seu fator de separação é baixo, pelo que não é possível classificar partículas mais pequenas.

5. Separação Centrífuga

A separação centrífuga refere-se à separação bifásica ou trifásica de líquido-líquido, líquido-líquido-sólido. No entanto, as fases devem ser sistemas não homogéneos e imiscíveis entre si. O princípio da separação é utilizar a diferença de densidade entre as fases. Os mais comuns incluem a separação óleo-água e a separação óleo-sabão no processamento de óleo alimentar, e a separação óleo-água-escória na purificação de óleo combustível e óleo lubrificante. As centrífugas utilizadas são separadores de escória manuais do tipo disco e centrífugas de separação de escória do tipo disco e pistão. Para a separação óleo-água-escória na purificação de óleo de palma, alcatrão de hulha e azeite, são mais utilizadas as centrífugas trifásicas de descarga espiral horizontal. Para a separação líquido-líquido e líquido-líquido-sólido em medicamentos, alimentos e bebidas, os separadores tubulares são geralmente utilizados devido à pequena capacidade de processamento.