ЦЕНТРИФУГАЦИЯ - Химическа енциклопедия - Обяснителни речници и енциклопедии

ЦЕНТРИФУГ , разделяне в областта на центробежните сили на течно-дисперсни системи с частици, по-големи от 100 nm. Използва се за изолиране на съставните фази (течност - центрат или филтрат, твърдо вещество - утайка) от двукомпонентни (суспензия, емулсия) и трикомпонентни (емулсия, съдържаща твърда фаза) системи.

Методи и апаратура. Има два метода на С: центробежно утаяване и филтриране. С. се извършва в центробежни машини - центрофуги и течни центробежни сепаратори. Основна работното тяло на тези машини е осесиметрична обвивка или ротор (барабан), въртящ се с висока честота с -1, което създава поле на центробежни сили до 2 х 10 4 ж в промишлени и до 35 х 10 4 ж в лабораторни машини ( ж - свободно ускорение изпадане в гравитацията. поле). В зависимост от метода, C. се извършва в непрекъснато (утаяване; фиг. 1, и) или перфорирани (покрити с филтър; фиг. 1, б) ротори.

Фигура: един. Ротори на машини за центробежно утаяване (а) и филтриране (б): C - суспензия, F - центрат (филтрат), O - утайка; обяснение в текста, rw е радиусът на свободната повърхност на течността.

Фигура: 2. Непрекъсната центрофуга: и - уреждащ винт; б - филтриращ винт; в - с пулсиращо изхвърляне на утайки; g - инерционен; д - вибрация; д - прецесионен; 1 - ротор; 2 - механизъм за разтоварване.

В сравнение с други методи за разделяне (утаяване, филтриране), цинкът може да образува утайки с по-ниско съдържание на влага. С центробежно утаяване, за разлика от филтрацията, е възможно да се разделят суспензии (например при производството на бои и лакове) с фино диспергирана твърда фаза, мин. размерът на частиците е 5-10 микрона. Важно предимство на цитологията е възможността тя да се извършва в апарати с относително малки обеми; недостатък - висока енергийна интензивност.
Бал. центрофугите се разграничават: според принципа на разделяне - утаяване, филтриране и комбиниране; по дизайн - preim. от местоположението на ротора и системата за изхвърляне на утайката (шнек; тласкач или бутало; използване на инерционни сили); относно организацията на процеса - периодично или непрекъснато действие.
Ц. В машини периодично. действията се извършват циклично в ротори с понякога регулируем нож или ръчно изхвърляне на утайки.
На фиг. 2 показва схематичните диаграми на разделянето на окачванията в непрекъснати машини. Разделящи винтови центрофуги (фиг. 2,и) са предназначени за отделяне на суспензии с неразтворима твърда фаза (например полиетилен, полистирол, утайки от отпадъчни води), кристална дехидратация. и гранулирани продукти, класификация (например TiO2), сгъстяване (например активна утайка). Процесът се извършва в твърд ротор; утайката се изхвърля непрекъснато чрез въртящ се шнек. За тези центрофуги Fr600-3500.
Филтриращи винтови центрофуги (фиг. 2, б) са често срещани при отделяне на силно концентрирани. суспензии с едрозърнеста твърда фаза (размер на частиците над 0,2 mm, напр. сол на Глаубер). Ц. Произвежда се в рамков ротор с листово сито, през разрез филтратът се отстранява. Утайката се отстранява от ротора от шнека под въздействието на разликата в скоростта.Високите стойности на Fr (1200-1800) позволяват да се получат продукти с минимум. влажност.
Филтрирайте центрофуги с пулсиращо изхвърляне на утайки (фиг. 2, в) се използват в основното. за същите цели като винтовото филтриране. Поради наличието на дебел слой утайка върху решетката на решетката на едно- или многостепенен ротор е възможно да се извърши дълбоко изплакване на продукта (например KC1, рафинирана захар). Утайката се изхвърля с помощта на бутален тласкач. линейно движение v; Fr300-700.
В инерционни центрофуги (фиг. 2, r) утайката от ротора се отстранява поради компонента на центробежното поле; във вибриращи центрофуги (фиг. 2, д) - поради вибрацията на ротора по оста със скорост v; в прецесионни центрофуги (фиг. 2, д) - поради жироскопични. движение на ротора със скорости на въртене и Машините от всички видове използват висока концентрация за центробежна филтрация. суспензии с груб кристален твърда фаза (напр. минерални торове, хидродобивни въглища, гранулирана захар).

Разнообразие от Z. разделяне на суспензии и емулсии в центробежни сепаратори. Техните ротори са оборудвани с конусен пакет. плочи, монтирани една спрямо друга с малка междина (0,4-1,5 mm). Постигната е висока степен на разделяне благодарение на нейния поток в тънък слой на междинната междина в ламинарен режим. Фини суспензии (маслени добавки, хормони, антибиотици и др.), Съдържащи 0,5-4,0 об.% Козина. примесите се избистрят в сепаратори-пречистватели (фиг. 3, а). Твърдата фаза, събираща се в суспензионното пространство на ротора, периодично се отстранява от него, когато дъното (буталото) се отвори. Центробежното удебеляване (напр. Фураж и хлебна мая) се извършва в уплътняващи сепаратори (фиг. 3, б). Удебелената фракция се отстранява непрекъснато през дюзите по периферията на ротора, а избистрената фракция през горната част. зона. За отделяне на емулсии (например маслени утайки, епоксидни смоли) се използват сепаратори-сепаратори (фиг. 4), в роторите на които има пакет от плочи с отвори, разположени на границата между тежки и леки течности; компонентите (фугати F1 и F2) се показват отделно. Ако в емулсията има твърда фаза, се използват универсални ротори с утайка в съответствие с фиг. 3, и или ръчно.
По аналогия с центрофугите, разделителната способност на сепараторите се изчислява чрез индекса на производителност

където z е броят на плочите в опаковката; е половината от ъгъла на конуса на плочата отгоре; Rmax, Rmin - външни и вътрешни. радиуси на плоча. Симулирането на процеси в сепаратори се извършва, както в центрофугите, според индекса на производителност

Фигура: 3. Сепаратори за разделяне на окачвания: на фиг. комбиниран сепаратор-почистващ препарат (и) и сепаратор за сгъстител (б); 1 - ротор; 2 - пакет от чинии; 3 - подвижно дъно.

Фигура: 4. Сепаратор за отделяне на емулсии: 1 - ротор; 2 - пакет от чинии; F1 и F2 - фугати; Е - емулсия.

За изследване на центробежни процеси в лабораторията се използват индустриални модели. центрофуги и сепаратори с диаметър на ротора 150-250 мм, както и т.нар. центрофуги за бехери (роторът се състои от множество епруветки - чаши). Тези малки по размер проби позволяват експериментално да се определи не само производителността на промишлеността. машини, но също така и възможността за разтоварване на утайката от роторите, крайното съдържание на влага в продукта, пренасяне. Изследванията се извършват с малки обеми продукти на специални продукти. стои. Бехеровите центрофуги се използват за оценка на времето за утаяване на частиците при разпадане. О.
Модерен центробежното оборудване има тенденция да увеличава скоростта на ротора, да увеличава производителността, да намалява ударите. метал и енергийна интензивност. Производителността на машините се увеличава благодарение на подобряването на хидродинамиката на роторите, увеличаване на тяхната дължина (при утаяване на центрофугите) и височината на пакета (в сепаратори). Диаметрите на роторите в машините с голям тонаж се увеличават; com-binir са създадени. ротори, в конструкциите към-рих се комбинират разграждат. методи Ц. Въведени микропроцесорни системи за управление и променливи задвижвания, осигуряващи Ц. оптимално. режими.
Ц. е широко разпространен в технол. процеси на химико-горския комплекс, хранително, текстилно и друго производство. Ц. Играе важна роля в решаването на екологични проблеми. проблеми (пречистване на битови и промишлени отпадъчни води), в технологиите за спестяване на ресурси.

Лит .: Соколов В.И., Центрофугиране, М., 1976; Шкоропад Д. Е., Новиков О. П., Центрофуги и сепаратори за химическа промишленост, М., 1987.

Ултрацентрифугиране - метод за разделяне и изследване на частици с размер по-малък от 100 nm (макромолекули на органели на животински и растителни клетки, вируси и др.) в областта на центробежните сили. Позволява да се разделят смеси от частици на фракции или отделни компоненти, да се намери кей. разпределение на масата и молекулната маса на полимерите, плътността на техните селвати. Това дава възможност да се оцени формата и размерът на макромолекулите в разтвор (вж. ANOVA), влияние на статично. натиск върху стабилността на частиците, параметри на взаимодействие. вид асоциация - дисоциация на макромолекулите помежду си или с молекули с ниско молекулно тегло. компоненти и йони, ефектът от естеството на р-разтворителя върху конформацията на макромолекулите и др.
Извършва се с помощта на ултрацентрифуги, оборудвани с кухи ротори, кухините към-рих са затворени и протичат. Разграничаване между високоскоростно и равновесно ултрацентрифугиране. В първия случай частиците се движат съответно по радиуса на ротора. неговият коефициент. утаяване, в първо приближение, пропорционално на масата на частицата, разликата между плътностите на частицата и течността, когато частиците се движат от оста на въртене на ротора към периферията (утайка), когато - към оста на въртене (поплавък). При равновесно ултрацентрифугиране преносът на частици по радиуса продължава до количеството на химичното вещество. потенциална и моларна потенциална енергия във всяка точка на системата няма да се превърне в постоянна стойност, след което разпределението на частиците ще спре да се променя.
Т. се обади. аналит. ултрацентрифугирането се използва при анализа на разтвори, дисперсии и се извършва с помощта на аналити. ултрацентрифуги, оборудвани с ротори с оптически прозрачни затворени резервоари и оптични. системи за определяне на концентрацията или нейния градиент по радиуса на ротора във времето; изследвани обеми - от 0,01 до 2 ml с маса частици от няколко. μg до mg. Препаративното ултрацентрифугиране се използва за изолиране на компоненти от сложни смеси; обемът на течността и масата на пробата за изпитване m b. за няколко. порядъци повече, отколкото при аналита. ултрацентрифугиране. Центробежното ускорение в ултрацентрифугите достига 5 х 10 5 ж. Първи аналит. ултрацентрифугата е създадена от T. Svedberg (1923; 5 x 10 3 ж).

Лит .: Боуен Т., Въведение в ултрацентрифугирането, прев. от английски, М., 1973.