Дайте суспензии отстояться что наблюдаете как называется этот процесс
Суспензия, типы и виды, свойства, ее приготовление и разрушение
Суспензия, типы и виды, свойства, ее приготовление и разрушение.
Суспензия – это дисперсная система, в которой дисперсная среда представляет собой жидкость, а дисперсная фаза – твердое вещество, что относит ее к разряду грубодисперсных.
Суспензия:
Ярким примером суспензии считается цементный раствор, сюда же можно отнести краски на основе эмали, буровые промывочные жидкости. Однако наиболее востребованы суспензии в фармацевтической промышленности, т.к. представляют собой одну из самых популярных лекарственных форм.
Свое название система получила от латинского слова suspensio, означающего «подвешивание». По своей сути суспензия – это взвесь, в которой после соединения жидкой среды и твердой фазы, представленной в виде мельчайших частиц, процессы оседания последней (седиментации) происходят очень медленно. Объясняется это тем, что, в отличие от прочих систем, размер частиц фазы все же велик (более 10 микрометров), а также малой разницей в плотности ее составляющих (фазы и среды). При условии, что концентрация порошкообразной составляющей велика, дисперсная среда образуется очень быстро.
Так, растворенная в воде мука – типичный представитель суспензии. При большой концентрации крупицы муки находятся в жидкости во взвешенном состоянии, практически не оседая на дно. С течением времени седиментация все же произойдет, появится плотный осадок, молекулы которого подвержены силе тяжести. При последующем же перемешивании суспензия вновь приобретет свое первоначальное состояние, причем достаточно быстро.
Классификация, типы и виды суспензий:
Разделение суспензий как дисперсной системы на классы, типы и виды проводится с учетом нескольких ключевых характеристик:
1. Природа дисперсной среды. Это может быть вода либо органическая жидкость.
2. Размер частиц дисперсной фазы. Делятся на 3 вида в зависимости от диаметра:
– грубые – не менее 1 микрометра;
– тонкие – от 0,1 до 1 микрометра;
– мути – менее 0,1 микрометра.
3. Концентрация. Объем дисперсной фазы может сделать систему разбавленной (взвесью) либо концентрированной, похожей на пасту.
В пастообразных же суспензиях действие соответствующих физических сил присутствует, что делает их связнодисперсными структурированными (имеющими пространственную сетку) системами.
Концентрация или концентрационный интервал напрямую влияет на создание структуры во взвеси, при этом для всех составляющих суспензии эти показатели индивидуальны. Они включают:
– природу дисперсной фазы;
– форму частиц, из которых фаза состоит;
– температуру соединяемых компонентов;
– наличие и формы механического воздействия на суспензию.
Наличие или отсутствие подобной структуры напрямую влияет на свойства получаемых дисперсных систем.
Свойства суспензий:
Различают такие основные свойства:
Механические свойства суспензий:
Механические свойства паст и взвесей существенно отличаются. Так, в разбавленных суспензиях они напрямую зависят от выбранной дисперсной среды, а в концентрированных от дисперсной фазы и от числа контактов между ее частицами.
Механические свойства проявляются в том, что в разбавленных суспензиях частицы свободно перемещаются в жидкости, сцепление между частицами отсутствует и каждая частица кинетически независима. Разбавленные суспензии – это свободнодисперсные бесструктурные системы.
В концентрированных же суспензиях (пастах), наоборот, между частицами действуют силы, приводящие к образованию определенной структуры (пространственной сетки). Таким образом, концентрированные суспензии – это связнодисперсные структурированные системы.
Оптические свойства суспензий:
В основе этих свойств лежит взаимодействие между энергией, получаемой в результате электромагнитного излучения дисперсной системы, и частицами, из которых состоит среда состава. К основным параметрам последних относят их:
– соотношение между длиной волны электромагнитного излучения и размером молекулы.
Электрокинетические свойства суспензий:
Электрокинетические свойства суспензий возникают вследствие контакта между твердыми частицами суспензии, представляющими собой дисперсную фазу, и раствором электролита, с которым состав контактирует. В результате взаимодействия образуется разность потенциалов: на поверхности суспензии они имеют одну полярность, а в слое, расположенном у самой поверхности – противоположную, что приводит к появлению двойного электрического слоя. Если концентрация электролита мала, ионы с противоположным зарядом имеют смешанный, рассеянный характер, и его выраженность напрямую зависит от этой концентрации: чем она меньше, тем ярче проявляется диффузия.
Разделение зарядов в пространстве также обуславливает основные электрокинетические свойства суспензии. Это:
– электрофорез (движение частиц в среде) – процесс, при котором фазы взаимно смещаются, ощущая воздействие электрического поля;
– электроосмос – перемещение среды, являющейся основой состава, сквозь пористую перегородку;
– образование разности потенциалов в случае, когда возникает смещение обоих фаз.
Все эти явления часто возникают в грубодисперсных системах, но самый часто используемый – электрофорез.
Молекулярно-кинетические свойства суспензий:
Эти свойства возникают в результате хаотического теплового движения молекул дисперсной среды, которые могут быть:
Методы приготовления суспензий:
Суспензия представляет собой классическую дисперсную среду, поэтому получить ее можно двумя основными способами:
– диспергационным (дисперсным) – дроблением более крупных частиц фазы на мелкие;
– конденсационным (кристаллизационный) – увеличением исходного размера частиц до нужных параметров.
Диспергационный метод приготовления суспензии:
К диспергационному методу прибегают в том случае, когда требуется изготовить суспензию, дисперсной фазой которой выступает вещество нерастворимое или малорастворимое в выбранной среде. Если молекулы фазы не обладают способность впитывать воду или растворяться в ней, набухать при контакте с жидкость, применяется такая техника изготовления тонкой суспензии, как взмучивание.
Процесс достаточно прост: твердую фазу слегка смачивают жидкостью, которой представлена дисперсная среда, и тщательно растирают. После добавляют чуть большее количество среды и дают образовавшейся суспензии отстояться. Под действием силы тяжести недостаточно измельченные частицы осядут на дно, образуя осадок, а более мелкие и легкие останутся во взвешенном состоянии. Верхний, мелкодисперсный слой, аккуратно отделяют, а грубодисперсный снова подвергают измельчению. Процедура может проводится несколько раз – столько, сколько потребуется для получения устойчивой суспензии.
Более быстрым этот метод становится, если при измельчении частиц используется правило Дерягина: определение правильного соотношения между твердой фазой и жидкой средой в момент растирания. Оптимальными параметрами считается 0,4-0,6 миллилитров воды или органической жидкости на 1 грамм порошкообразного вещества. В такой концентрации трение частиц друг о друга считается наилучшим, и крупные гранулы быстро и легко разрушаются до нужных размеров. Еще один важный нюанс – появление расклинивающей способности дисперсной среды, что возможно лишь при правильно выбранном соотношении.
Для получения слабо концентрированных суспензий применяют такие методы, как взбалтывание, смешивание вручную или при помощи простых механизмов (миксер). Для концентрированных составов (паст) оптимальным станет классическое растирание.
Конденсационный метод приготовления суспензии:
Конденсационный метод приготовления суспензии подразумевает соединение двух веществ, каждое из которых растворимо в отдельности, но при обоюдном смешивании образующее нерастворимую взвесь. Чаще всего необходимо приготовить два отдельных состава, где фаза и среда хорошо реагируют между собой, а после соединить их.
Ярким примером данного метода считается получение фармацевтического состава из разведенных в воде концентрированных спиртового экстракта или настойки. Как результат – уменьшение концентрации спиртов, что приводит к выпадению в осадок составляющих экстракта или настойки, появлению грубого осадка, ранее легко растворимого в крепком спирте, но не способного сохранить свою структуру в жидкости, где концентрация спирта мала или вовсе отсутствует.
Таким способом получают эфирные масла, смолы, липиды, воск, стеарин и прочие вещества. Контактируя со спиртами, они представляют собой истинные растворы, но выпадая в осадок превращаются в гетерогенные системы, обычно легко извлекаемые из жидкости. Последний параметр зависит от выбранного в качестве замены растворителя и водорастворимости самих составляющих.
После получения нерастворимой фазы можно готовить требуемую суспензию путем смешивания ее с выбранной дисперсной средой. Однако следует учитывать, что каждая подобная фаза имеет собственные химические и физические свойства и при неумелом или неправильном обращении способна образовать твердый осадок, для растворения которого потребуется приложить множество усилий. Поэтому вещества для ее повторного растворения следует выбирать очень тщательно и учитывать все ключевые параметры.
Агрегация суспензий:
Для больше устойчивости дисперсной системы в ее состав вводят стабилизаторы – вещества, препятствующие слипанию более мелких частиц в крупные с последующим оседанием их на дно под действием силы тяжести. Чаще всего используют:
– высокомолекулярные соединения (ВМС).
Методы разрушения суспензий:
В некоторых случаях суспензию требуется не только создать, но и провести обратный процесс – разрушить ее. Для этого используются различные способы.
Механические методы разрушения суспензий:
Термические методы разрушения суспензий:
Термические методы разрушения суспензий представляют собой два классических способа воздействия:
– снижение температуры до критической – заморозка и оттаивание в естественных условиях;
– высушивание – увеличение концентрации дисперсной фазы за счет извлечения из состава жидкой среды.
Эти методы требуют наличия специального оборудования, часто с высоким энергетическим потреблением, и не рассчитаны на большие объемы, поэтому применяются исключительно в бытовых условиях.
Химические методы разрушения суспензий:
Химические методы разрушения суспензий требуют использования определенных химических веществ – реагентов, соединение с которыми составляющих суспензии и приводит к изменению и разрушению ее агрегативных свойств. Разрушая способность частиц объединяться между собой (агрегацию), такие вещества снижают параметры слипания мелких частиц в крупные (коагуляцию), а их выбор зависит от исходных составляющих суспензия и стабилизатора (его наличия и вида либо отсутствия).
Электрические методы разрушения суспензий:
Электрические методы разрушения суспензий подходят для дисперсных систем, частицы которых обладают зарядом, т.е. их стабилизация обусловлена ионогенными компонентами. Под действием электрического поля в разрушаемом составе возникает разность потенциалов, что, в свою очередь, провоцирует направленное движение заряженных частиц с последующим оседанием тех на требуемом электроде.
Как и термические методики, подразумевает наличие дорогостоящего оборудования и серьезных затрат энергии, поэтому не нашли отражение в тех отраслях промышленности, где требуется разрушение больших объемов суспензий.
Применение суспензий:
Образование суспензий возможно двумя способами – искусственным, посредством рук человека, и естественным, т.е. силами природы. К последним относят образование осадочных пород и многих полезных ископаемые, появление рек посредством намыва грунта сильными и неутомимыми ручьями и родниками. Однако более широкое применение находят дисперсные системы, созданные человеком. Сегодня суспензия – это неотъемлемая часть таких областей промышленности:
– кожевенной и прочих.
Невозможно представить современную медицину без подобных составов. Они изготавливаются из следующих порошков: амоксиклав, урсофальк, аугментин, супракс, сумамед, энтерофурил, пирантел, клацид, мотилиум, парацетамол, амоксициллин, зиннат, немозол, гевискон, панцеф, азитромицин, празицид, нимулид, маалокс и пр.
Суспензия
Суспензия представляет собой вещество, которое не может быть полностью растворенным в жидкости. Сама суспензия является мельчайшими частицами, плавающими в среде, находящейся в жидком либо газообразном состоянии. Примерами могут служить, например, песок в речной воде либо мелкие пылинки, плавающие в воздухе. Общее для всех вариантов вещества является то, что в состоянии покоя оно оседает на дно. Есть смеси, в которых этот процесс протекает крайне медленно, такие субстанции называют взвесями.
Суспензия очень часто применяется в медицине, где она представляет собой лекарственное средство в виде разбавленного порошка. Областями применения суспензий является и керамика, а также различные краски, растворы цемента и прочее. В данной статье речь пойдет именно о применение состава в медицинских условиях.
Суспензия и её способ приготовления
Суспензия может быть приготовлена двумя способами.
Первый называется дисперсионным, и заключается в том, что лекарство измельчается с помощью оборудования, как правило, механического, однако, иногда применяется и ультразвук. При таком варианте изготовления, специалисты учитывают свойства измельчаемого вещества, насколько он боится либо любит воду.
Второй способ называется конденсационным и заключается в способе использования растворителя. В этом случае, сначала готовят раствор с использованием лекарственных средств, растворяющихся в воде, и только затем добавляют жидкость для приготовления суспензии, и само вещество.
Суспензии можно получить совершенно разными способами. Например, при постоянном перемешивании, осуществляемом при помощи огромных мешалок. При получении раствора может использоваться и ультразвук. Суспензии еще получают путем размола сырья в твердом виде, которое перед этим помещено в жидкость. В аптеке суспензию приготавливают конденсационным способом.
Устойчивость суспензий
С точки зрения устойчивости различают два вида суспензий:
Преимущества и недостатки суспензий
Впрочем, многие специалисты отмечают, что у суспензий есть и недостатки:
Впрочем, данные недостатки не причиняют вреда, и пользы от суспензий, используемых в лекарствах все-таки больше.
Отстаивание и осаждение
ОТСТАИВАНИЕ И ОСАЖДЕНИЕ
3.1. ОТСТАИВАНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ
Отстаивание — это частный случай разделения неоднородных жидких или газообразных систем в результате выделения твердых или жидких частиц под действием гравитационной силы. Применяют отстаивание при грубом разделении суспензий, эмульсий и пылей. Этот способ разделения характеризуется низкой скоростью процесса. Отстаиванием не удается полностью разделить неоднородную смесь на дисперсную и дисперсионную фазы. Однако простое аппаратурное оформление процесса и низкие энергетические затраты определили широкое применение этого метода разделения в пищевой и смежных отраслях промышленности.
Отстаивание проводят в аппаратах различных конструкций, называемых отстойниками.
При отстаивании должны соблюдаться следующие условия: продолжительность пребывания разделяемого потока в аппарате должна быть равна или больше времени осаждения частиц; линейная скорость потока должна быть меньше скорости осаждения. При нарушении первого условия частицы не успевают выделиться и осесть в аппарате, при нарушении второго возникающие вихревые потоки взмучивают и уносят осаждающиеся частицы из отстойника.
Рассмотрим работу отстойника (рис. 3.1). В прямоугольный отстойник с размерами камеры l, h, b поступает на разделение неоднородная смесь с линейной скоростью v. При движении суспензии в отстойнике происходит отстаивание: твердые частицы оседают на дно, образуя слой осадка.
Отстойники рассчитывают на отстаивание самых мелких частиц.
Установим связь между производительностью отстойника и его размерами.
Рис.3.1. К расчёту производительности отстойника
где Vτ — секундная производительность отстойника, м3/с; τ0 — средняя продолжительность отстаивания частиц, с. Последняя связана со средней скоростью отстаивания частиц vo соотношением τo=h/v0.
Удельная производительность отстойника
(3.1)
т. е. она равна произведению площади отстаивания (
) на скорость отстаивания. Скорость отстаивания определяется в зависимости от режима по формуле (2.13).
Продолжительность отстаивания можно сократить, если уменьшить высоту слоя жидкости (путь отстаивания). Это условие реализовано в конструкциях многоярусных отстойников в тарельчатых сепараторах.
Если задана производительность отстойника, то из уравнения (3.1) можно определить площадь поверхности отстаивания
или 
(3.2)
где: 
— производительность отстойника, равная 
кг/с; 
— плотность продукта, кг/м3,
или с учетом уравнения (2.1)
. (3.3)
Эффективность работы отстойника может быть увеличена посредством уменьшения пути отстаивания частиц, т. е. высоты слоя жидкости h. Это условие реализовано в многоярусных отстойниках.
3.2. ОСАЖДЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ
С целью интенсификации разделения пылей, суспензий и эмульсий процесс осаждения проводят под действием центробежной силы.
Для создания поля центробежных сил используют два технических приема: поток жидкости или газа вращается в неподвижном аппарате; поток поступает во вращающийся аппарат и вращается вместе с ним. В первом случае процесс называется циклонным, а аппарат — циклоном, во втором — отстойным центрифугированием, а аппарат — отстойной центрифугой или сепаратором.
Во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует центробежная сила, под действием которой частица движется от центра к стенке аппарата со скоростью, равной скорости осаждения. Центробежная сила
(3.4)
где: m – масса частицы, кг; 
— окружная скорость вращения, м/с; r – радиус вращения, м.
Сравним эффективность разделения под действием силы тяжести и центробежной силы. В гравитационных отстойниках на частицу действует сила тяжести
(3.5)
Из сопоставления уравнений (3.4) и (3.5) получим
Gn/GT=
.
Таким образом, центробежная сила больше силы тяжести в Кц раз. Величина Kц=
/(gr) носит название фактора разделения.
Эффективность разделения в поле центробежных сил повышается с увеличением частоты вращения ротора центрифуги и уменьшением его диаметра. Выразив окружную скорость вращения через частоту вращения, получим
Фактор разделения является важной характеристикой центрифуги, определяющей ее разделяющую способность.
Расчет скорости осаждения в поле центробежных сил производится по соотношениям (2.13) и (2.10). (2.12) при подстановке в них вместо критерия Аrм, модифицированного критерия Аrм, равного КцАr.
При ламинарном движении скорость центробежного осаждения частицы определяется из уравнения Стокса:
(3.6)
Продолжительность осаждения 
найдем из выражения
(3.7)
Подставив vц из (3.6) в (3.7) и проведя интегрирование, получим уравнение для определения продолжительности осаждения частиц под действием центробежной силы при ламинарном движении
Процесс разделения суспензий в отстойных центрифугах складывается из стадий осаждения твердых частиц на стенках барабана и уплотнения осадка.
Производительность осадительных центрифуг на практике ниже, чем полученная расчетным путем, так как, во-первых, производительность центрифуг снижается из-за отставания скорости вращения частиц жидкости от скорости вращения ротора центрифуги; во-вторых, из-за неравномерного течения жидкости вдоль ротора осадившиеся частицы смываются с его стенок; в-третьих, образующиеся вихревые потоки взмучивают частицы.
Коэффициент эффективности отстойных центрифуг учитывает снижение действительной производительности по сравнению с расчетной μ=Qд/Qτ, где Qд — действительная производительность; Qτ — расчетная производительность.
Коэффициент эффективности для каждой конкретной конструкции центрифуг определяется опытным путем.
3.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТСТАИВАНИЯ И ОСАЖДЕНИЯ
Оборудование для отстаивания и осаждения по принципу действия делится на гравитационные отстойники, отстойные центрифуги, гидроциклоны и сепараторы.
Отстойники бывают периодического, непрерывного и полунепрерывного действия.
Отстойник периодического действия представляет собой плоский бассейн без перемешивающих устройств. Бассейн заполняется суспензией, которая отстаивается в нем в течение необходимого для разделения времени. Затем осветленный слой жидкости сливают (декантируют) через штуцера, расположенные выше слоя осадка. Осевший осадок (шлам) выгружают вручную.
Размеры и форма отстойников зависят от концентрации дисперсной фазы и размеров частиц. С увеличением плотности и размеров частиц размеры отстойника уменьшаются. Продолжительность отстаивания зависит от вязкости дисперсионной фазы, которая снижается с повышением температуры. Поэтому для ускорения процесса отстаивания суспензию подогревают (если это не противоречит технологии).
В отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками (рис. 3.2) суспензия подается через штуцер и направляется с помощью наклонных перегородок попеременно сверху вниз и снизу вверх. Устройство перегородок увеличивает продолжительность пребывания суспензии и площадь поверхности отстаивания. Шлам собирается в конических бункерах и по мере накопления удаляется из них через краны.
Рис. 3.2. Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками:
1 — корпус; 2 — наклонные перегородки; 3 — бункера
Осветленная жидкость отводится из отстойника через верхний штуцер.
Наибольшее распространение в промышленности получили отстойники непрерывного действия
Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой (рис. 3.3) представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем и внутренним кольцевым желобом вдоль верхнего края отстойника. Мешалка с наклонными лопастями, на которых расположены гребки для перемещения осадка к разгрузочному люку, вращается с переменной частотой от 0,02 до 0,5 мин-1.
Рис. 3.3. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой:
1 — кольцевой желоб; 2 — мешалка; 3 — гребок; 4 — люк; 5 — коническое днище; 6 —цилиндрический резервуар
Суспензия непрерывно подается по трубе в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и отводится из отстойника. Шлам удаляется при помощи диафрагменного насоса. Извлечение жидкости из шлама, если она является ценной для производства или ее извлечение необходимо по технологическим условиям, производится в установке для противоточной промывки. В таких отстойниках достигаются равномерная плотность осадка, эффективное его обезвоживание. Недостатком гребковых отстойников является их громоздкость.
В многоярусных отстойниках, которые представляют собой несколько отстойников, поставленных один на другой, или цилиндрический резервуар с коническим днищем, внутри которого имеются конические перегородки, разделяющие отстойники на ярусы (рис. 3.4). В результате этого значительно снизилась громоздкость и увеличилась площадь поверхности отстаивания. Такие отстойники используют на сахарных заводах для сгущения сатурационных соков.
Отстойник имеет общий вал, на котором расположены гребковые мешалки. Суспензия через распределительное устройство подается по трубам в стаканы каждого яруса отстойника. Осветленная жидкость собирается через кольцевые желоба в коллектор. Ярусы соединены стаканами для удаления шлама. Стакан каждого вышерасположенного яруса опущен нижним концом в слой шлама нижерасположенного яруса. Таким образом ярусы отстойника последовательно соединены по шламу. Шлам удаляется только из нижнего яруса через разгрузочный конус, в котором установлен скребок.
Рис. 3.4. Многоярусный отстойник:
Отстойник для непрерывного разделения эмульсий (рис. 3.5) состоит из нескольких частей. Эмульсия подается в левую часть отстойника, откуда поступает в среднюю сепарационную камеру. Перегородки 2 позволяют регулировать высоту уровня смеси. В сепарационной части исходная смесь разделяется на составляющие под действием сил тяжести. Легкая жидкость поднимается и вытекает из отстойника через верхний штуцер. Тяжелая жидкость опускается, проходит под правой перегородкой 3 и вытекает через нижний штуцер. Каналы для выхода жидкости образуют сообщающиеся между собой сосуды.
Рис. 3.5. Отстойник для непрерывного разделения эмульсий:
1 — корпус; 2 — левая перегородка; 3 — правая перегородка
Центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением вала и барабана, периодического действия (подвод суспензии и выгрузка осадка производятся периодически), полунепрерывного (суспензия подается непрерывно, а осадок выгружается периодически) и непрерывного действия (подача суспензии и выгрузка осадка осуществляются непрерывно).
Отстойная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка (рис. 3.6) состоит из барабана, насаженного на вращающийся вал и помещенного в корпус. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана, твердые частицы осаждаются в виде сплошного слоя осадка на стенке барабана, а осветленная жидкость переливается в кожух и удаляется через расположенный внизу патрубок. По окончании процесса осадок выгружается из центрифуги.
Рис. 3.6. Отстойная центрифуга:
1 — вал; 2 — барабан; 3 — корпус
Процесс в отстойной центрифуге состоит из разделения (осаждения) суспензии и отжима или уплотнения осадка.
Рис. 3.7. Автоматическая отстойная центрифуга:
1 — гидравлический цилиндр; 2 — барабан; 3 — нож; 4 — желоб; 5 — штуцер для удаления фугата; 6 — труба для суспензии
Последовательность и продолжительность отдельных стадий полного цикла центрифугирования регулируются электрогидравлическим автоматом, который состоит из масляного насоса, редуктора и гидравлических цилиндров, управляемых сервомотором.
Описанная центрифуга предназначена для разделения грубых и средних суспензий.
Непрерывнодействующие отстойные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка (НОГШ) применяют в крахмало-паточном производстве для получения концентрированного крахмального осадка и в других производствах.
Центрифуга (рис. 3.8) состоит из ротора и внутреннего шнекового устройства, заключенных в корпус. Суспензия подается через центральную трубу в полый вал шнека. На выходе из этой трубы внутри шнека суспензия под действием центробежной силы распределяется в полости ротора.
Рис. 3.8. Непрерывно действующая отстойная горизонтальная центрифуга со шнековой выгрузкой осадка:
1 — корпус; 2 — ротор; 3 — шнековое устройство; 4 — полый вал; 5 — центральная труба; 6 — камера осадка; 7— патрубок для фильтрата
Ротор вращается в кожухе в полых цапфах. Шнек вращается в цапфах, находящихся внутри цапф ротора. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам ротора, а жидкость образует внутреннее кольцо, толщина которого определяется положением сливных отверстий на торце ротора. Образовавшийся осадок перемещается вследствие отставания скорости вращения шнека от скорости вращения ротора к отверстиям в роторе, через которые он выводится в камеру 6 и удаляется из центрифуги.
При движении вдоль ротора осадок уплотняется. При необходимости он может быть промыт.
Осветленная жидкость отводится через сливные отверстия в камеру фильтрата и удаляется через патрубок 7.
Путем изменения частоты вращения ротора и шнека можно регулировать режим работы центрифуги, изменяя продолжительность отстаивания и выгрузки осадка.
Центрифуги типа НОГШ обладают высокой производительностью и применяются для разделения тонкодисперсных суспензий с высокой концентрацией твердой фазы.
Производительность отстойных центрифуг определяется скоростью осаждения, фактором разделения и площадью поверхности осаждения в роторе центрифуги и описывается формулой
где: 
— коэффициент пропорциональности; 
— площадь поверхности зеркала суспензии в барабане, м2 (здесь Ro — внутренний радиус кольцевого слоя суспензии, м2; L — длина барабана, м); vц=voКц — скорость центробежного осаждения, м/с (здесь vo — скорость гравитационного осаждения, м/с; Кц — фактор разделения).
Из последнего уравнения получено выражение для расчета производительности (в м3/ч) отстойных центрифуг с ножевым съемом осадка
(3.8)
где: k – отношение продолжительности подачи суспензии к общему времени работы центрифуги.
Производительность (в м3/ч) центрифуги НОГШ по суспензии
Сепараторы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий: они обеспечивают эффективное отделение дрожжей от сброженной бражки, тонкое осветление виноматериалов, обезжиривание молока и др.
Тарельчатый дрожжевой сепаратор с внутренними соплами (рис. 3.9) состоит из барабана и пакета тарелок, заключенных в корпус, который смонтирован на общей раме с электродвигателем.
Рис. 3.9. Дрожжевой сепаратор:
а — общий вид; б — схема работы тарелок; 1 — корпус; 2 — внутреннее сопло; 3 — привод; 4 — рама; 5 — сменная втулка рабочего вала; 6 — регулируемая напорная труба; 7 — клапан системы безразборной мойки; 8 — пакет тарелок
Вал с насажденными на него тарелками приводится во вращение электродвигателем через ременную передачу. Сепаратор снабжен клапанами для его безразборной промывки. Клапаны автоматически открываются при снижении частоты вращения за счет накопления осадка.
Вход суспензии в сепаратор осуществляется по внешней кольцевой трубе (рис. 3.9,б). Суспензия поступает под нижнюю перфорированную тарелку, достигает под действием центробежной силы нижней поверхности тарелки, частично разделяется и поступает в межтарельчатое пространство вышерасположенной тарелки.
Пакет сепарационных тарелок увеличивает эффект сепарирования за счет сокращения пути свободного осаждения дрожжевых частиц. Если дрожжевая частица достигла нижней поверхности тарелки, то можно считать, что она практически выделилась из смеси. Осевшие частицы дрожжей через внутренние сопла поступают во внутреннюю кольцевую трубу и выводятся из сепаратора. Осветленная жидкость выводится по периферийной трубе.
В саморазгружающийся сепаратор (рис. 3.10), который предназначен для разделения суспензий, содержащих более 1% твердых частиц, суспензия подается в барабан сверху через центральную впускную трубку и распределяется по периферии с помощью распределительного конуса. Твердые частицы как более тяжелая фаза направляются к стенке барабана. Жидкость выходит из барабана в его верхней части после прохождения через дисковую насадку и встроенный насос с напорным диском. Осадок выгружается из барабана сепаратора через определенные интервалы времени без остановки сепаратора. Выгрузка осадка достигается за счет того, что внутреннее дно барабана может свободно перемещаться по вертикали. Во время сепарирования дно под действием гидравлического давления уплотняющей жидкости прижимается к верхней части барабана, обеспечивая надежную герметизацию. Через определенные интервалы времени автоматически по заданной программе резко снижают давление уплотняющей жидкости, что вызывает перемещение дна барабана вниз. При этом открывается кольцевая щель, через которую под действием центробежной силы выгружаются твердые частицы.
Рис. 3.10. Схема работы тарелок саморазгружающегося сепаратора
Повышение и понижение гидравлического давления осуществляются посредством «импульсов» рабочей жидкости, подаваемой снаружи в систему, приводящую в действие барабан. Эти импульсы и последующие выгрузки твердых частиц (известны под названием «выстрелов») регулируются устройством для выгрузки, приводимым в действие датчиком времени или самозащелкивающимся устройством, срабатывающим, как только твердые частицы достигают определенного уровня в пространстве, где они удерживаются.
Выгрузка твердых частиц может быть частичной, полной или комбинированной.
Сопловые сепараторы с непрерывным удалением осадка применяют для разделения суспензий, содержащих от 6 до 30 % твердых частиц. Центробежная сила, развиваемая в таких сепараторах, в 6000. 9000 раз больше силы тяжести. Производительность достигает 150 м3/ч.
Сепараторы высокопроизводительны, компактны, герметичны, изготовляются из антикоррозийных материалов, просты в обслуживании (сборка, разборка и периодическая промывка сепараторов производятся с помощью специальных устройств и моющих машин), не требуют значительных затрат ручного труда, могут работать по заданной программе. Недостаток аппаратов — высокая стоимость.
Производительность молочного сепаратора (в м3/ч) можно определить по формуле
Vτ= 221,4
,
Разновидностью соплового сепаратора является бактофуга (рис. 3.11), которая представляет собой герметичный высокоскоростной сопловой сепаратор, выполненный в виде осветлителя и снабженный рубашкой для охлаждения, а также циклоном для деаэрации концентрата.
Рис. 3.11. Схема бактофуги:
1 — вход технологической жидкости через полый вал; 2 — выход концентрата через сопла; 3 — штуцер для выхода деаэрированного концентрата из циклона; 4 — поток циркулирующего воздуха в циклоне; 5 — штуцер для выхода осветленной жидкости из бактофуги
Преимущества бактофуги — высокий фактор разделения (это позволяет разделять суспензии, содержащие очень мелкие частицы, такие, как бактерии), непрерывная выгрузка концентрата твердых частиц, не содержащего воздуха; герметичный вход технологической жидкости и выход осветленной жидкости; охлаждение во время сепарирования, наличие устройства для предотвращения утечки загрязненного воздуха.
В бактофуге сепарирование происходит также в барабане с набором конических тарелок. Для непрерывной выгрузки осадка предусмотрены два расположенных по периферии сопла 2. Технологическая жидкость в условиях герметичности подается снизу в полый вал 1 и под действием центробежной силы распределяется по тарелкам. Тяжелая фаза непрерывно разгружается через сопла вместе с небольшим количеством жидкой фазы. Основная часть осветленной жидкости в условиях герметичности выходит через штуцер 5. Влажный концентрат, выходящий из сопл, собирается в крышке центрифуги, а затем поступает в циклон, где деаэрируется. Концентрат выгружается из циклона через штуцер 3, а загрязненный воздух циркулирует через циклон и крышку барабана циклона.
Такие бактофуги применяют при очистке молока от находящихся в нем бактерий (до 99%), в фармацевтической промышленности для извлечения осажденных белков (таких, как гамма-глобулин) и различных ферментов.
Гидроциклоны применяют для осветления, обогащения суспензий, классификации твердых частиц по размерам от 5 до 150 мкм, а также для очистки сточных вод после мойки пищевых агрегатов.
Корпус гидроциклона (рис. 3.12) состоит из верхней цилиндрической части и конического днища. Качество разделения в гидроциклонах зависит от угла конусности. Оптимальным считают угол, равный 10. 15°. При таком угле удлиняются коническая часть гидроциклона и путь твердых частиц и, следовательно, увеличиваются время пребывания частиц и качество разделения.
Рис. 3.12. Гидроциклон:
1 — тангенциальный штуцер; 2 — патрубок; 3 – перегородка; 4 – цилиндрический корпус; 5 — коническое днище; 6 — штуцер для выхода шлама
Суспензия подается тангенциально в цилиндрическую часть и приобретает вращательное движение. Скорость суспензии на входе в гидроциклон составляет 5. 25 м/с. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и движутся по спиральной траектории вдоль стенок вниз к штуцеру 6, через который отводятся в виде шлама. Осветленная жидкость движется во внутреннем спиральном потоке вверх вдоль оси гидроциклона и удаляется через патрубки 2.
Гидроциклоны, применяемые в качестве классификаторов, имеют диаметр 300. 350 мм и высоту 1,0. 1,2 м. Для сгущения грубых суспензий используются гидроциклоны диаметром 100 мм, для сгущения и осветления тонких суспензий — гидроциклоны диаметром 10мм, обычно объединяемые в общий агрегат, в котором они работают параллельно (мультигидроциклон).
Производительность гидроциклонов (в м3/ч) может быть рассчитана по уравнению
где: dсл— диаметр сливного патрубка, м; D — диаметр цилиндрической части, м; 
р — перепад давления в гидроциклоне. Н/м2.
Рис. 3.13. Сверхцентрифуга
1 — корпус; 2 — ротор; 3 — лопасть; 4 — подпятник; 5 — труба; 6 — отверстие для выхода осветленной жидкости; 7 — шпиндель; 8 — опора; 9 — шкив
1. Какие неоднородные системы разделяют методом отстаивания? 2. В чем заключается расчет отстойников? 3. Что является движущей силой отстаивания? Как она определяется? 4. Какими методами можно повысить эффективность разделения неоднородных смесей по сравнению с отстаиванием? 5. Какими факторами определяется эффективность разделения в поле центробежных сил? 6. Какое оборудование применяется для разделения неоднородных смесей? 7. Отстойники каких конструкций используются для разделения суспензий? 8. Какие типы отстойных центрифуг применяются для разделения суспензий? 9. Что является движущей силой в центрифугах, сепараторах и гидроциклонах? Каково соотношение движущих сил в отстойниках и центрифугах? 10. В чем заключается расчет отстойных центрифуг? 11. Какие методы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий? 12. Чем различаются конструкции сепараторов для разделения эмульсий и суспензий? 13. В каких случаях применяют гидроциклоны, сепараторы и сверхцентрифуги?