Tipos de centrífugas em sistemas de estado sólido
Classificação de acordo com o princípio de funcionamento
Em um sistema de controle de sólidos, uma centrífuga de filtro separa as partículas sólidas do fluido por meio de um meio filtrante (por exemplo, uma tela ou pano). Quando o fluido contendo partículas sólidas entra no tambor da centrífuga, sob a ação da força centrífuga, o líquido escoa através do pano filtrante através de pequenos orifícios no tambor, enquanto as partículas sólidas são retidas no pano filtrante, formando uma torta. Esta centrífuga é adequada para partículas sólidas grandes, de formato regular e que não obstruem facilmente o meio filtrante. Por exemplo, ao lidar com fluidos de perfuração contendo partículas grandes de areia, o filtro centrífuga Pode separar eficazmente as partículas de areia dos fluidos de perfuração e evitar que as partículas de areia desgastem o equipamento de perfuração. Suas vantagens são estrutura simples, operação conveniente, alta eficiência de separação e capacidade de realizar rapidamente a separação sólido-líquido. No entanto, também apresenta algumas limitações, como baixo efeito de separação de partículas finas, fácil entupimento do meio filtrante e a necessidade de substituição ou limpeza regular do meio filtrante.
As centrífugas de imersão utilizam a diferença nas velocidades de sedimentação de partículas sólidas e líquidas no campo de força centrífuga para realizar a separação. No sistema de controle de sólidos, quando a mistura entra no tambor da centrífuga, devido à alta rotação do tambor para produzir uma forte força centrífuga, as partículas sólidas com maior densidade se depositam rapidamente na parede do tambor, enquanto o líquido menos denso fica localizado no centro da área do tambor. O líquido e o sólido são descarregados por meio de dispositivos especiais de descarga de líquidos e sólidos. Este tipo de centrífuga é muito eficaz no manuseio de suspensões contendo partículas finas. Por exemplo, no processo de perfuração de petróleo, ao purificar fluidos de perfuração contendo cascalhos finos, a centrífuga de sedimentação é capaz de separar a maior parte dos cascalhos dos fluidos de perfuração e melhorar o desempenho dos fluidos de perfuração. A vantagem da centrífuga de sedimentação é que ela pode lidar com partículas sólidas de vários tamanhos, especialmente a separação de partículas finas é melhor, e não necessita de meios filtrantes, evitando o problema de entupimento dos meios filtrantes. Entretanto, sua precisão de separação é relativamente baixa, e o efeito de separação pode não ser ideal para substâncias com pequenas diferenças de densidade, além de a estrutura do equipamento ser relativamente complexa e o custo de manutenção ser alto.
A centrífuga de disco é mais amplamente utilizada em sistemas de controle de sólidos. Seu tambor é equipado com vários discos e um canal estreito é formado entre os discos. Quando a mistura entra no tambor, sob a ação da força centrífuga, as partículas sólidas com maior densidade se movem em direção à superfície inferior dos discos e são depositadas na parede do tambor, enquanto o líquido com menor densidade flui para cima ao longo dos discos e é descarregado através de uma saída específica. As centrífugas de disco são eficazes para processar emulsões ou misturas complexas contendo muitos componentes de diferentes densidades. Elas são bem utilizadas na separação de gorduras e óleos no processamento de alimentos, na separação de emulsões na indústria química e na separação de misturas complexas contendo óleo, água e partículas sólidas em alguns sistemas de controle de sólidos. As vantagens das centrífugas de disco são alta eficiência de separação, alta precisão de separação e a capacidade de separar simultaneamente uma variedade de componentes com diferentes densidades. Suas desvantagens são estrutura complexa, altos requisitos de operação e manutenção e relativamente caro.
Classificação de acordo com a velocidade de rotação
No sistema de controle de sólidos, a velocidade de rotação da centrífuga de baixa velocidade é geralmente em torno de 1000 a 3000 rpm. Ela é usada principalmente para a separação preliminar de sólidos maiores, como em alguns processamentos simples de lama de construção, para separar partículas maiores de solo da lama. A força centrífuga da centrífuga de baixa velocidade é relativamente pequena, o que requer baixa resistência mecânica do equipamento, portanto, seu custo também é relativamente baixo. É simples de operar, estável em operação e adequada para situações que não exigem alta precisão de separação.
A velocidade de rotação de uma centrífuga de alta velocidade geralmente varia entre 3.000 e 10.000 rpm. No sistema de controle de sólidos, as centrífugas de alta velocidade são capazes de lidar com partículas sólidas de menor tamanho. Por exemplo, na separação sólido-líquido de alguns materiais químicos, quando impurezas sólidas mais finas precisam ser separadas do líquido, as centrífugas de alta velocidade podem fornecer força centrífuga suficiente para alcançar uma separação eficaz. A eficiência de separação das centrífugas de alta velocidade é maior do que a das centrífugas de baixa velocidade, mas os custos de fabricação e operação do equipamento aumentam proporcionalmente, e os requisitos de equilíbrio e estabilidade do equipamento também são maiores.
Centrífuga ultrarrápida com velocidade superior a 10.000 rpm, no sistema de controle de sólidos, utilizada principalmente para partículas muito finas ou separação com requisitos de precisão extremamente altos. Por exemplo, no processo de produção de certos materiais eletrônicos de ponta, a necessidade de separação sólida-líquida precisa de soluções contendo partículas ultrafinas, a ultracentrífuga pode fornecer um forte bomba centrífuga para separar essas partículas finíssimas da solução. No entanto, o custo do equipamento da ultracentrífuga é muito alto e os requisitos de operação e manutenção são extremamente rigorosos, exigindo técnicos especializados para operação e manutenção.
Classificação de acordo com o uso
Em sistemas de controle de sólidos, as centrífugas de pré-separação são utilizadas principalmente para a separação preliminar da mistura. Sua finalidade é remover a maior parte das partículas grandes de sólidos na mistura, reduzindo a sobrecarga dos equipamentos de processamento subsequentes. Por exemplo, em um sistema de tratamento de esgoto, a centrífuga de pré-separação pode primeiro separar os sedimentos maiores, detritos, etc. presentes no esgoto e, em seguida, enviar o esgoto pré-separado para os equipamentos de tratamento profundo subsequentes, como tanques de decantação, unidades de tratamento biológico, etc. A pré-separação centrífuga é caracterizado por grande capacidade de tratamento e alta velocidade de separação, mas a precisão de separação é relativamente baixa.
A centrífuga de separação fina concentra-se na separação fina adicional de materiais após a pré-separação, a fim de alcançar maior precisão de separação. No sistema de controle de sólidos da indústria farmacêutica, as centrífugas de separação fina podem remover ainda mais as impurezas residuais presentes nas matérias-primas dos medicamentos e aumentar a pureza dos mesmos. A força centrífuga das centrífugas de separação fina é geralmente maior e o projeto estrutural é mais preciso, o que permite a separação eficaz de substâncias com menor tamanho de partícula e menor diferença de densidade, mas a capacidade de processamento é relativamente pequena e o custo do equipamento e da operação é mais elevado.
A principal função da centrífuga desidratadora no sistema de controle de sólidos é remover o máximo de água possível dos sólidos, a fim de obter um produto sólido mais seco. No tratamento de lodo, a centrífuga desidratadora pode reduzir o teor de água no lodo a um determinado nível, o que é conveniente para o tratamento subsequente do lodo, como transporte, aterro ou incineração. A centrífuga desidratadora extrai a água das partículas sólidas por meio de uma poderosa força centrífuga, e seu efeito de separação está intimamente relacionado à natureza das partículas sólidas, à velocidade de rotação da centrífuga, à estrutura do tambor e a outros fatores.
Seleção de centrífuga em sistema de controle de sólidos
Seleção de acordo com as características das partículas sólidas
Se as partículas sólidas forem grandes (por exemplo, maiores que 1 mm de diâmetro), como águas residuais de mistura de concreto contendo grandes pedras e partículas de areia manuseadas na indústria da construção, centrífugas de filtro ou centrífugas de baixa velocidade podem ser uma escolha melhor. Centrífugas de filtro podem interceptar essas partículas grandes através de uma tela simples, enquanto centrífugas de baixa velocidade são capazes de separar partículas grandes por sedimentação rápida usando forças centrífugas relativamente pequenas. Para partículas menores (entre 1 e 100 μm de diâmetro), como algumas suspensões de pó fino na produção química, centrífugas de alta velocidade ou centrífugas de sedimentação são mais adequadas, pois podem fornecer força centrífuga suficiente para sedimentar e separar essas partículas finas. Para partículas muito finas (diâmetro menor que 1 μm), como a separação sólido-líquido na produção de alguns nanomateriais, ultracentrífugas ou centrífugas de disco podem ser os únicos equipamentos que podem alcançar uma separação eficaz.
As centrífugas de filtro são mais eficazes quando as partículas sólidas têm um formato regular, como partículas esféricas ou quase esféricas. Isso ocorre porque partículas de formato regular têm menor probabilidade de obstruir o meio filtrante e podem atravessar os poros da tela ou do tecido. Por exemplo, ao lidar com misturas de esferas de vidro e líquidos, o filtro centrífugas pode alcançar com eficiência a separação sólido-líquido. No entanto, para partículas angulares e de formato irregular, como sucatas metálicas com bordas e cantos afiados de alguns processos de usinagem, uma centrífuga de sedimentação pode ser mais adequada. Como essas partículas irregulares tendem a obstruir o meio filtrante, embora a centrífuga de sedimentação não necessite de meio filtrante, ela atua diretamente na sedimentação e separação das partículas por meio da força centrífuga.
Se a diferença de densidade entre partículas sólidas e líquidas for grande, como na separação de areias betuminosas da água na mineração de areias betuminosas, uma centrífuga de menor velocidade pode proporcionar uma separação melhor. No entanto, se a diferença de densidade for pequena, como na separação de micropartículas de matéria orgânica em certas soluções orgânicas, uma centrífuga com maior velocidade de rotação, como uma centrífuga de alta ou ultravelocidade, é necessária para fornecer força centrífuga suficiente para superar o efeito da pequena diferença de densidade e obter uma separação eficaz.
Seleção de acordo com as características do líquido
Para líquidos de baixa viscosidade, como água ou soluções aquosas de baixa concentração, vários tipos de centrífugas podem funcionar melhor. No entanto, quando a viscosidade do líquido é alta, como xarope altamente concentrado ou óleo viscoso, a eficiência de separação da centrífuga será afetada. Nesse caso, com centrífugas de filtro, o líquido de alta viscosidade retarda a passagem do líquido através do meio filtrante e pode até mesmo obstruí-lo. Portanto, centrífugas de sedimentação ou de disco podem ser mais adequadas para a separação sólido-líquido de líquidos de alta viscosidade. Essas centrífugas não dependem de meios filtrantes, mas sim da força centrífuga para sedimentar ou separar partículas sólidas em líquidos de alta viscosidade.
Se for uma emulsão comum, como uma suspensão sólido-líquido simples, dependendo das características das partículas sólidas, pode-se optar por filtração, sedimentação ou centrífugas de alta velocidade, etc. Mas se for uma emulsão, como uma suspensão sólido-líquido simples. Já se for uma emulsão, como leite ou emulsão com alguns produtos químicos, a centrífuga de discos é a melhor escolha. A centrífuga de discos pode separar eficazmente a fase oleosa, a fase aquosa e as impurezas sólidas na emulsão, graças à estrutura especial entre os discos e à ação da força centrífuga, de modo que composições de diferentes densidades fluam para diferentes saídas.
Seleção de acordo com os requisitos de precisão de separação
Se os requisitos de precisão de separação forem baixos, como no tratamento preliminar de lama de construção em algumas indústrias da construção, desde que a maior parte dos sólidos maiores seja removida, centrífugas de baixa velocidade ou centrífugas de pré-separação podem atender aos requisitos. Essas centrífugas podem separar rapidamente sólidos maiores do líquido, embora alguns sólidos menores possam permanecer, mas têm pouco impacto no processo de tratamento subsequente.
Quando há um certo requisito de precisão de separação, como no processo de produção de alguns produtos químicos comuns, onde é necessário controlar o teor de impurezas sólidas dentro de uma determinada faixa, centrífugas de alta velocidade ou centrífugas de separação fina são uma escolha mais adequada. Essas centrífugas podem fornecer alta força centrífuga para separar partículas sólidas de pequeno tamanho e reduzir o teor de impurezas sólidas a um nível que atenda aos requisitos de produção.
Em algumas indústrias de manufatura de ponta, como a de chips eletrônicos ou a farmacêutica de ponta, a separação sólido-líquido de alta precisão de matérias-primas é necessária para garantir a qualidade do produto. Nesses casos, ultracentrífugas ou centrífugas de disco são essenciais. Essas centrífugas são capazes de atingir precisão de separação extremamente alta e reduzir o conteúdo de impurezas sólidas a níveis extremamente baixos, atendendo aos rigorosos requisitos de produção de produtos de alta qualidade.
Seleção baseada no custo do equipamento e no custo operacional
Centrífugas de baixa velocidade e centrífugas de filtro simples têm custos de equipamento relativamente baixos e são adequadas para pequenas empresas com orçamentos limitados ou cenários de aplicação mais sensíveis a custos. Por exemplo, algumas pequenas empresas de processamento de materiais de construção no tratamento de águas residuais podem optar por centrífugas de baixa velocidade, mais baratas, se o efeito de separação não for muito exigente. Centrífugas de alta velocidade, centrífugas de ultravelocidade e centrífugas de disco têm custos de equipamento mais elevados, especialmente centrífugas de ultravelocidade e algumas centrífugas de disco de ponta, que podem custar várias ou até dezenas de vezes mais do que as centrífugas de baixa velocidade. Essas centrífugas são utilizadas principalmente em empresas de grande porte ou instituições de pesquisa científica com altos requisitos de precisão de separação e capacidade de processamento, além de orçamento suficiente.
Os custos operacionais incluem consumo de energia, custos de manutenção, custos de substituição de peças de desgaste, etc. De modo geral, centrífugas de baixa velocidade apresentam menor consumo de energia, manutenção simples e menor custo de substituição de peças de desgaste. Enquanto as centrífugas de alta e ultravelocidade apresentam maior consumo de energia devido à alta velocidade de rotação e maiores requisitos de balanceamento e lubrificação do equipamento, o custo de manutenção aumenta proporcionalmente. A estrutura da centrífuga de disco é complexa e seus discos internos e outras peças, se danificados, apresentam alto custo de substituição. Na seleção de centrífugas, é necessário considerar os custos operacionais do equipamento, de acordo com sua própria solidez econômica e necessidades operacionais de longo prazo para a tomada de decisões. Por exemplo, em algumas operações de longo prazo e grande capacidade de processamento do sistema de controle de sólidos, se você escolher um centrífuga com altos custos operacionais, pode levar a um aumento substancial nos custos operacionais da empresa.
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