Operațiuni unitare în procesarea alimentelor - R

CAPITOLUL 10
SEPARĂRI MECANICE (continuare)
SEPARĂRI CENTRIFUGALE

procesarea


Separarea lichidului
Echipamente de centrifugare


Separarea prin sedimentare a două lichide nemiscibile, sau a unui lichid și a unui solid, depinde de efectele gravitației asupra componentelor. Uneori, această separare poate fi foarte lentă, deoarece greutatea specifică a componentelor poate să nu fie foarte diferită sau din cauza forțelor care țin componentele în asociere, de exemplu, așa cum apar în emulsii. De asemenea, în circumstanțele în care are loc sedimentarea, este posibil să nu existe o delimitare clară între componente, ci mai degrabă o fuziune a straturilor.

De exemplu, dacă laptele integral este lăsat să stea, crema se va ridica la vârf și în cele din urmă există o separare clară între smântână și laptele degresat. Cu toate acestea, acest lucru durează mult, de ordinul unei zile, și astfel este potrivit, probabil, pentru bucătăria fermei, dar nu și pentru fabrică.

Forțe mult mai mari pot fi obținute prin introducerea acțiunii centrifuge, într-o centrifugă. Gravitația acționează în continuare, iar forța netă este o combinație a forței centrifuge cu gravitația ca în ciclon. Deoarece în majoritatea centrifugelor industriale, forțele centrifuge impuse sunt mult mai mari decât gravitația, efectele gravitației pot fi de obicei neglijate în analiza separării.

forța centrifugă pe o particulă care este constrânsă să se rotească într-o cale circulară este dată de

Unde Fc este forța centrifugă care acționează asupra particulei pentru a o menține în calea circulară, r este raza căii, m este masa particulei și w (omega) este viteza unghiulară a particulei.

Sau, din moment ce w = v/r, Unde v este viteza tangențială a particulei

Viteza de rotație este în mod normal exprimată în rotații pe minut, astfel încât eqn. (10.6) poate fi, de asemenea, scris, ca w = 2 p / 60 (deoarece trebuie să fie în s - 1, împărțiți la 60)

Fc = Domnul(2 pag / 60) 2 = 0,011 mrN 2 (10,7)

Unde este viteza de rotație în rotații pe minut.

Dacă acest lucru este comparat cu forța de greutate (Fd) pe particula, care este Fg = mg, se poate observa că accelerația centrifugă, egală cu 0,011 pH 2, a înlocuit accelerația gravitațională, egală cu g. Forța centrifugă este adesea exprimată în scopuri comparative ca atâția "g".

EXEMPLUL 10.3. Forța centrifugă într-o centrifugă.
Cat de mult "g"poate fi obținut într-o centrifugă care poate roti un lichid la 2000 rpm/min pe o rază maximă de 10 cm?

Fc = 0,011 mrN 2
Fg = mg

Fc/Fg = (0,011 pH 2)/g
= (0,011 x 0,1 x 2000 2)/9,81
= 450

Forța centrifugă depinde de raza și viteza de rotație și de masa particulei. Dacă raza și viteza de rotație sunt fixe, atunci factorul de control este greutatea particulei, astfel încât cu cât particula este mai grea, cu atât este mai mare forța centrifugă care acționează asupra ei. În consecință, dacă două lichide, dintre care unul este de două ori mai dens decât celălalt, sunt plasate într-un bol și bolul este rotit în jurul unei axe verticale la viteză mare, forța centrifugă pe unitate de volum va fi de două ori mai mare pentru lichidul mai greu în ceea ce privește bricheta. Prin urmare, lichidul greu se va deplasa pentru a ocupa inelul la periferia bolului și va deplasa lichidul mai ușor spre centru. Acesta este principiul separatorului de lichid centrifugal, ilustrat schematic în FIG. 10.3.

Figura 10.3 Separarea lichidului într-o centrifugă


Rata de separare


Viteza la starea de echilibru a particulelor care se mișcă într-un flux de curgere sub acțiunea unei forțe de accelerare este, de la eqn. (10.1),

Dacă se produce un flux rațional într-o centrifugă, putem scrie, din eqns. (10.6) și (10.7) ca a este accelerația tangențială;

vm = D 2 r(2 pag / 60) 2 (r p - r f)/18 m

= D 2 N 2 r(r p - r f)/1640 m (10,8)

EXEMPLUL 10.4. Separarea centrifugă a uleiului în apă
O dispersie de ulei în apă trebuie separată folosind o centrifugă. Să presupunem că uleiul este dispersat sub formă de globule sferice cu diametrul de 5,1 x 10 -5 m și că densitatea sa este de 894 kg m -3. Dacă centrifuga se rotește la 1500 t/min și raza efectivă la care are loc separarea este de 3,8 cm, calculați viteza uleiului prin apă. Luați densitatea apei de 1000 kg m -3 și vâscozitatea acesteia
0,7 x 10 -3 N s m -2. (Separarea în această problemă este aceeași cu cea din Exemplul 10.2, în care a fost calculată rata de sedimentare sub gravitație.)

vm = (5,1 x 10 -5) 2 x (1500) 2 x 0,038 x (1000 - 894)/(1,64 x 10 3 x 0,7 x 10 -3)
= 0,02 m s -1 .

Verificarea faptului că este rezonabil să presupunem legea lui Stokes

Re = (Dv r/m)
= (5,1 x 10 -5 x 0,02 x 1000)/(7,0 x 10 -4)
= 1.5
astfel încât fluxul să fie raționalizat și ar trebui să respecte legea lui Stokes.