What are the types of centrifuges in the solid control system?

أنواع أجهزة الطرد المركزي في أنظمة الحالة الصلبة

التصنيف حسب مبدأ العمل

1. أجهزة الطرد المركزي المرشحة

في نظام التحكم في المواد الصلبة، يفصل جهاز الطرد المركزي المُرشِّح الجسيمات الصلبة عن السائل باستخدام وسيط ترشيح (مثل مصفاة أو قطعة قماش). عندما يدخل السائل الذي يحتوي على جسيمات صلبة إلى أسطوانة جهاز الطرد المركزي، وتحت تأثير قوة الطرد المركزي، يتدفق السائل عبر قماش الترشيح من الثقوب الصغيرة في الأسطوانة، بينما تُحتجز الجسيمات الصلبة في قماش الترشيح لتكوين كعكة. يُعد جهاز الطرد المركزي هذا مناسبًا للجسيمات الصلبة كبيرة الحجم وذات الشكل المنتظم والتي يصعب انسدادها في وسيط الترشيح. على سبيل المثال، عند التعامل مع سوائل الحفر التي تحتوي على جسيمات رمل كبيرة، فإن المرشح... جهاز الطرد المركزي يفصل الرمل بفعالية جزيئات الرمل عن سوائل الحفر، ويمنعها من التآكل. يتميز بهيكل بسيط، وسهولة في التشغيل، وكفاءة فصل عالية، وسرعة في فصل المواد الصلبة والسائلة. إلا أن له بعض القيود، مثل ضعف كفاءة فصل الجزيئات الدقيقة، وسهولة انسداد وسائط الترشيح، وضرورة استبدالها أو تنظيفها بانتظام.

2. أجهزة الطرد المركزي للترسيب

تستخدم أجهزة الطرد المركزي الغاطسة فرق سرعات ترسيب الجسيمات الصلبة والسوائل في مجال قوة الطرد المركزي لتحقيق الفصل. في نظام التحكم في المواد الصلبة، عند دخول الخليط إلى أسطوانة جهاز الطرد المركزي، وبفضل الدوران السريع للأسطوانة لتوليد قوة طرد مركزي قوية، تتجه الجسيمات الصلبة ذات الكثافة العالية بسرعة إلى جدار الأسطوانة لترسيبها، بينما يستقر السائل الأقل كثافة في وسط الأسطوانة. يتم تفريغ السائل والصلب عبر أجهزة تفريغ خاصة. يتميز هذا النوع من أجهزة الطرد المركزي بفعالية عالية في التعامل مع المعلقات التي تحتوي على جسيمات دقيقة. على سبيل المثال، في عملية حفر النفط، عند تنقية سوائل الحفر التي تحتوي على بقايا حفر دقيقة، يتمكن جهاز الطرد المركزي الترسيبي من فصل معظم البقايا عن سوائل الحفر، مما يحسن أداء سوائل الحفر. تكمن ميزة جهاز الطرد المركزي الترسيبي في قدرته على التعامل مع الجسيمات الصلبة بمختلف الأحجام، وخاصةً فصل الجسيمات الدقيقة بشكل أفضل، كما أنه لا يحتاج إلى وسائط ترشيح، مما يجنب مشكلة انسداد وسائط الترشيح. ومع ذلك، فإن دقة الفصل منخفضة نسبيًا، وقد لا يكون تأثير الفصل مثاليًا للمواد ذات الاختلافات الصغيرة في الكثافة، كما أن بنية المعدات معقدة نسبيًا وتكلفة الصيانة مرتفعة.

3. جهاز الطرد المركزي المنفصل (يشير بشكل أساسي إلى جهاز الطرد المركزي القرصي)

تُستخدم أجهزة الطرد المركزي القرصية على نطاق واسع في أنظمة التحكم في المواد الصلبة. أسطوانتها مزودة بالعديد من الأقراص، وتتشكل قناة ضيقة بينها. عند دخول الخليط إلى الأسطوانة، وتحت تأثير قوة الطرد المركزي، تتحرك الجسيمات الصلبة ذات الكثافة الأعلى نحو السطح السفلي للأقراص وتترسب على جدار الأسطوانة، بينما يتدفق السائل ذو الكثافة الأقل صعودًا على طول الأقراص ويُصرف عبر منفذ محدد. تُعد أجهزة الطرد المركزي القرصية فعالة في معالجة المستحلبات أو المخاليط المعقدة التي تحتوي على العديد من المكونات ذات الكثافات المختلفة. وتُستخدم بشكل جيد في فصل الدهون والزيوت في تصنيع الأغذية، وفصل المستحلبات في الصناعة الكيميائية، وفصل المخاليط المعقدة التي تحتوي على الزيت والماء والجسيمات الصلبة في بعض أنظمة التحكم في المواد الصلبة. تتميز أجهزة الطرد المركزي القرصية بكفاءة فصل عالية، ودقة فصل عالية، وإمكانية فصل مجموعة متنوعة من المكونات ذات الكثافات المختلفة في وقت واحد. أما عيوبها فتتمثل في هيكلها المعقد، ومتطلبات تشغيلها وصيانتها العالية، وارتفاع تكلفتها نسبيًا.

 التصنيف حسب سرعة الدوران

1. أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة

في نظام التحكم في المواد الصلبة، تتراوح سرعة دوران أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة عادةً بين 1000 و3000 دورة في الدقيقة. تُستخدم هذه الأجهزة بشكل رئيسي للفصل الأولي للمواد الصلبة الكبيرة، كما هو الحال في بعض عمليات معالجة الملاط الإنشائي البسيطة، لفصل جزيئات التربة الكبيرة عن الملاط. تتميز أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة بصغر قوة الطرد المركزي، مما يتطلب قوة ميكانيكية منخفضة، وبالتالي تكون تكلفتها منخفضة نسبيًا. تتميز هذه الأجهزة بسهولة التشغيل، وثباتها، ومناسبة للحالات التي لا تتطلب دقة فصل عالية.

2. أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة

تتراوح سرعة دوران أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة عادةً بين 3000 و10000 دورة في الدقيقة. في نظام التحكم في المواد الصلبة، تستطيع أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة التعامل مع الجسيمات الصلبة ذات الحجم الأصغر. على سبيل المثال، في فصل المواد الصلبة عن السائلة لبعض المواد الكيميائية، عند الحاجة إلى فصل شوائب صلبة دقيقة عن السائل، توفر أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة قوة طرد مركزي كافية لتحقيق فصل فعال. كفاءة فصل أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة أعلى من كفاءة أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة، إلا أن تكاليف تصنيع وتشغيل المعدات تزداد تبعًا لذلك، كما أن متطلبات التوازن والاستقرار للمعدات أعلى أيضًا.

3. أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة

أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة، التي تتجاوز سرعتها 10000 دورة في الدقيقة، تُستخدم في نظام التحكم في المواد الصلبة، بشكل رئيسي في الجسيمات الدقيقة جدًا أو فصل متطلبات الدقة العالية للغاية. على سبيل المثال، في عملية إنتاج بعض المواد الإلكترونية المتطورة، عند الحاجة إلى فصل دقيق للصلب والسائل للمحاليل التي تحتوي على جسيمات دقيقة للغاية، يمكن لأجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة توفير نتائج قوية. مضخة الطرد المركزي لفصل هذه الجسيمات الدقيقة جدًا عن المحلول. ومع ذلك، فإن تكلفة معدات أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة مرتفعة للغاية، ومتطلبات تشغيلها وصيانتها صارمة للغاية، وتتطلب فنيين متخصصين لتشغيلها وصيانتها.

التصنيف حسب الاستخدام

1. أجهزة الطرد المركزي للفصل المسبق

في أنظمة التحكم في المواد الصلبة، تُستخدم أجهزة الطرد المركزي للفصل المسبق بشكل رئيسي للفصل الأولي للخليط. والغرض منها هو إزالة معظم الجسيمات الصلبة الكبيرة في الخليط لتخفيف عبء معدات المعالجة اللاحقة. على سبيل المثال، في نظام معالجة مياه الصرف الصحي، يمكن لجهاز الطرد المركزي للفصل المسبق فصل الرواسب الكبيرة والحطام، وما إلى ذلك، أولاً، ثم إرسال مياه الصرف الصحي المفصولة مسبقًا إلى معدات المعالجة العميقة اللاحقة، مثل خزانات الترسيب ووحدات المعالجة البيولوجية، إلخ. جهاز الطرد المركزي يتميز بقدرة معالجة كبيرة وسرعة فصل سريعة، لكن دقة الفصل منخفضة نسبيًا.

2. أجهزة الطرد المركزي للفصل الدقيق

تُركز أجهزة الطرد المركزي للفصل الدقيق على الفصل الدقيق للمواد بعد الفصل المسبق لتحقيق دقة فصل أعلى. في نظام التحكم في المواد الصلبة في صناعة الأدوية، تُزيل أجهزة الطرد المركزي للفصل الدقيق الشوائب النزرة من المواد الخام للأدوية بشكل أكبر، مما يُحسّن نقاءها. عادةً ما تكون قوة الطرد المركزي لأجهزة الطرد المركزي للفصل الدقيق أكبر، وتصميم هيكلها أكثر دقة، مما يُمكّنها من فصل المواد ذات حجم الجسيمات الأصغر واختلاف الكثافة الأصغر بفعالية، إلا أن سعة المعالجة صغيرة نسبيًا، وتكلفة المعدات والتشغيل أعلى.

3. أجهزة الطرد المركزي لتجفيف المياه

تتمثل الوظيفة الرئيسية لجهاز الطرد المركزي لتجفيف المواد الصلبة في إزالة أكبر قدر ممكن من الماء من المواد الصلبة للحصول على منتج صلب أكثر جفافًا. في معالجة الحمأة، يُقلل جهاز الطرد المركزي لتجفيف المياه من محتوى الماء في الحمأة إلى مستوى معين، مما يُسهّل عمليات المعالجة اللاحقة، مثل النقل أو الطمر أو الحرق. يضغط جهاز الطرد المركزي لتجفيف المياه على الجسيمات الصلبة بقوة طرد مركزي قوية، ويرتبط تأثير فصلها ارتباطًا وثيقًا بطبيعة الجسيمات الصلبة، وسرعة دوران جهاز الطرد المركزي، وهيكل الأسطوانة، وعوامل أخرى.

اختيار أجهزة الطرد المركزي في نظام التحكم الصلب

الاختيار حسب خصائص الجسيمات الصلبة

1. حجم الجسيمات

إذا كانت الجسيمات الصلبة كبيرة (على سبيل المثال، أكبر من 1 مم في القطر)، مثل مياه الصرف الصحي لخلط الخرسانة التي تحتوي على أحجار كبيرة وجزيئات رمل يتم التعامل معها في صناعة البناء، فقد تكون أجهزة الطرد المركزي بالترشيح أو أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة خيارًا أفضل. يمكن لأجهزة الطرد المركزي بالترشيح اعتراض هذه الجسيمات الكبيرة من خلال غربال بسيط، بينما تكون أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة قادرة على فصل الجسيمات الكبيرة عن طريق الترسيب السريع باستخدام قوى طرد مركزي صغيرة نسبيًا. بالنسبة للجسيمات الأصغر (بين 1 و 100 ميكرومتر في القطر)، مثل بعض معلقات المسحوق الدقيقة في الإنتاج الكيميائي، تكون أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة أو أجهزة الطرد المركزي للترسيب أكثر ملاءمة، حيث يمكنها توفير قوة طرد مركزي كافية لترسيب هذه الجسيمات الدقيقة وفصلها. بالنسبة للجسيمات الدقيقة جدًا (قطرها أقل من 1 ميكرومتر)، مثل فصل المواد الصلبة والسائلة في إنتاج بعض المواد النانوية، قد تكون أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة أو أجهزة الطرد المركزي القرصية هي المعدات الوحيدة التي يمكنها تحقيق فصل فعال.

2. شكل الجسيم

تكون أجهزة الطرد المركزي بالترشيح أكثر فعالية عندما تكون الجسيمات الصلبة منتظمة الشكل، مثل الجسيمات الكروية أو شبه الكروية. وذلك لأن الجسيمات منتظمة الشكل أقل عرضة لانسداد وسائط الترشيح، ويمكنها المرور عبر مسام الشاشة أو القماش. على سبيل المثال، عند التعامل مع مخاليط من خرزات زجاجية كروية وسوائل، يجب أن يكون جهاز الترشيح أجهزة الطرد المركزي يمكن فصل المواد الصلبة عن السائلة بكفاءة. ومع ذلك، بالنسبة للجسيمات غير المنتظمة ذات الزوايا، مثل قصاصات المعادن ذات الحواف والزوايا الحادة الناتجة عن بعض عمليات تشكيل المعادن، قد يكون جهاز الطرد المركزي بالترسيب هو الأنسب. لأن هذه الجسيمات غير المنتظمة تميل إلى انسداد وسط الترشيح، بينما لا يحتاج جهاز الطرد المركزي بالترسيب إلى وسط ترشيح، فإن قوة الطرد المركزي تُمكّن الجسيمات من الترسيب والفصل مباشرةً.

3. كثافة الجسيمات

إذا كان فرق الكثافة بين الجسيمات الصلبة والسائلة كبيرًا، كما هو الحال في فصل الرمال النفطية عن الماء في تعدين الرمال النفطية، فقد يُحقق جهاز طرد مركزي منخفض السرعة فصلًا أفضل. أما إذا كان فرق الكثافة صغيرًا، كما هو الحال في فصل الجسيمات الدقيقة من المواد العضوية في بعض المحاليل العضوية، فيلزم استخدام جهاز طرد مركزي عالي السرعة أو فائق السرعة لتوفير قوة طرد مركزي كافية للتغلب على تأثير فرق الكثافة الصغير وتحقيق فصل فعال.

الاختيار حسب خصائص السائل

1. لزوجة السائل

بالنسبة للسوائل منخفضة اللزوجة، مثل الماء أو المحاليل المائية منخفضة التركيز، تُحسّن أنواع مختلفة من أجهزة الطرد المركزي من أدائها. ومع ذلك، عندما تكون لزوجة السائل عالية، مثل الشراب عالي التركيز أو الزيت اللزج، تتأثر كفاءة فصل جهاز الطرد المركزي. في هذه الحالة، مع أجهزة الطرد المركزي بالترشيح، يُبطئ السائل عالي اللزوجة مروره عبر وسيط الترشيح، وقد يُسبب انسداده. لذلك، قد تكون أجهزة الطرد المركزي بالترسيب أو الأقراص أكثر ملاءمة لفصل السوائل عالية اللزوجة بين المواد الصلبة والسائلة. لا تعتمد هذه الأجهزة على وسيط الترشيح، بل على قوة الطرد المركزي لترسيب أو فصل الجسيمات الصلبة في السوائل عالية اللزوجة.

2. طبيعة السائل (هل هو مستحلب، الخ)

إذا كان المنتج غير مستحلب عادي، مثل معلقات صلبة-سائلة بسيطة، فيمكن اختيار الترشيح أو الترسيب أو أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة، بناءً على خصائص الجسيمات الصلبة. أما إذا كان المنتج مستحلبًا، مثل معلقات صلبة-سائلة بسيطة. أما إذا كان المنتج مستحلبًا، مثل الحليب أو بعض المواد الكيميائية، فإن أجهزة الطرد المركزي القرصية هي الخيار الأمثل. بفضل البنية الخاصة بين الأقراص وقوة الطرد المركزي، تفصل أجهزة الطرد المركزي القرصية بفعالية الطور الزيتي والطور المائي والشوائب الصلبة في المستحلب، مما يسمح بتدفق المكونات ذات الكثافات المختلفة إلى منافذ مختلفة.

الاختيار وفقًا لمتطلبات دقة الفصل

1. متطلبات دقة منخفضة (محتوى مرتفع من الشوائب الصلبة المسموح بها)

إذا كانت متطلبات دقة الفصل منخفضة، كما هو الحال في المعالجة الأولية لطين البناء في بعض صناعات البناء، فبشرط إزالة معظم المواد الصلبة كبيرة الحجم، يمكن لأجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة أو أجهزة الطرد المركزي للفصل المسبق تلبية هذه المتطلبات. تتميز هذه الأجهزة بقدرتها على فصل المواد الصلبة كبيرة الحجم عن السائل بسرعة، مع احتمال بقاء بعض المواد الصلبة الصغيرة، إلا أن تأثيرها على عملية المعالجة اللاحقة يكون ضئيلاً.

2. متطلبات الدقة المتوسطة (مع بعض القيود على محتوى الشوائب الصلبة)

عندما يتطلب الأمر دقة فصل معينة، كما هو الحال في عملية إنتاج بعض المنتجات الكيميائية الشائعة، يلزم التحكم في محتوى الشوائب الصلبة ضمن نطاق معين، لذا تُعدّ أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة أو أجهزة الطرد المركزي للفصل الدقيق الخيار الأمثل. فهي توفر قوة طرد مركزي عالية لفصل الجسيمات الصلبة صغيرة الحجم، وتقليل محتوى الشوائب الصلبة إلى المستوى الذي يلبي متطلبات الإنتاج.

3. متطلبات الدقة العالية (مطلوب محتوى منخفض جدًا من الشوائب الصلبة)

في بعض الصناعات التحويلية المتطورة، مثل صناعة الرقائق الإلكترونية أو صناعة الأدوية المتطورة، يتطلب الأمر فصلًا دقيقًا للمواد الخام الصلبة والسائلة لضمان جودة المنتج. في هذه الحالات، تُعد أجهزة الطرد المركزي الفائقة أو أجهزة الطرد المركزي القرصية أساسية. هذه أجهزة الطرد المركزي قادرة على تحقيق دقة فصل عالية للغاية وتقليل محتوى الشوائب الصلبة إلى مستويات منخفضة للغاية، وتلبية المتطلبات الصارمة لإنتاج المنتجات الراقية.

 الاختيار على أساس تكلفة المعدات وتكلفة التشغيل

1. تكلفة المعدات

تتميز أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة وأجهزة الطرد المركزي ذات الترشيح البسيط بتكاليف معدات منخفضة نسبيًا، وهي مناسبة للشركات الصغيرة ذات الميزانيات المحدودة أو سيناريوهات التطبيقات الأكثر حساسية للتكلفة. على سبيل المثال، في بعض شركات معالجة مواد البناء الصغيرة، وفي معالجة مياه الصرف الصحي، إذا لم يكن تأثير الفصل يتطلب متطلبات عالية جدًا، فيمكن اختيار جهاز طرد مركزي منخفض السرعة أرخص. تتميز أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة، وأجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة، وأجهزة الطرد المركزي القرصية بتكاليف معدات أعلى، وخاصة أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة وبعض أجهزة الطرد المركزي القرصية عالية الجودة، والتي قد تكلف أضعافًا مضاعفة أو حتى عشرات أضعاف تكلفة أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة. تُستخدم أجهزة الطرد المركزي هذه بشكل رئيسي في الشركات الكبيرة أو مؤسسات البحث العلمي ذات المتطلبات العالية لدقة الفصل وقدرة المعالجة والميزانية الكافية.

2. تكاليف التشغيل

تشمل تكاليف التشغيل استهلاك الطاقة، وتكاليف الصيانة، وتكاليف استبدال الأجزاء المتآكلة، وما إلى ذلك. بشكل عام، تتميز أجهزة الطرد المركزي منخفضة السرعة باستهلاك طاقة أقل، وسهولة صيانة، وانخفاض تكلفة استبدال الأجزاء المتآكلة. بينما تستهلك أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة وفائقة السرعة طاقة أعلى بسبب سرعة دورانها العالية، وتتطلب توازنًا وتزييتًا أعلى للمعدات، وتزداد تكلفة صيانتها تبعًا لذلك. يتميز هيكل جهاز الطرد المركزي القرصي بالتعقيد، وترتفع تكلفة استبدال أقراصه الداخلية وأجزائه الأخرى في حالة تلفها. عند اختيار أجهزة الطرد المركزي، يجب مراعاة تكاليف تشغيل المعدات، وفقًا لقوتها الاقتصادية واحتياجاتها التشغيلية طويلة الأجل لاتخاذ القرارات. على سبيل المثال، في بعض عمليات التشغيل طويلة الأجل وسعة المعالجة الكبيرة لنظام التحكم في المواد الصلبة، إذا اخترت... أجهزة الطرد المركزي ذات تكاليف التشغيل العالية، وقد يؤدي ذلك إلى زيادة كبيرة في تكاليف تشغيل المؤسسة.