Hoofdstuk 16 - Wikiwijs Maken

1
Centrifugeren en cycloneren
Bij een relatief klein ρ (rho) verschil, kunnen stoffen moeilijk van elkaar gescheiden worden.
Kunstmatig is de “zwaartekracht” te vergroten d.m.v. centrifugale krachten. Door het
mengsel in een trommel snel rond te draaien ontstaan onderlinge grotere “zwaartekracht”
verschillen. Hierdoor kan scheiding plaats vinden.
Door gebruik te maken van centrifugale krachten noemen we deze bewerking
CENTRIFUGEREN. Het gebruikte toestel heet een centrifuge of separator.
Bij cycloneren wordt gebruik gemaakt van hetzelfde principe. Alleen de trommel staat stil
en het te scheiden mengsel draait zelf snel rond in een kegelvormig apparaat.
De centrifugale kracht is een kracht is een kracht die ontstaat als we een deeltjes snel rond
draaien. Het is een kracht naar “buiten” toe. We noemen dit ook wel de
middelpuntvliedende kracht. De kracht die nodig is om het deeltje nu op zijn plaats te
houden is de centripetale kracht ook wel middelpuntzoekende kracht.
Voorwaarden om te kunnen centrifugeren of cycloneren is verschil in ρ tussen de te
scheiden stoffen onderling. Onderling te scheiden stoffen kunnen zijn:
• Vast – vloeibaar
• Vloeibaar – vloeibaar
• Gas – vast
1.1 Soorten centrifuges.
Centrifuges zijn in twee hoofdgroepen onder te verdelen:
• Filtreercentrifuges ofwel zeefcentrifuges.
Ze hebben een doorlatende trommelwand.
De wand is een zeef. De vloeistof wordt doorgelaten en de vaste stof niet.
Ze hebben relatief een grote trommeldiameter.
Het filteroppervlak is groot.
Het toerental relatief laag.
Toegepast voor het verwijderen van vloeistof uit een vaste stof.
De afvoer van de vaste stof gebeurt door schrapers, of door stopzetten van de
trommel met de hand.
• Dichtwandcentrifuges. Z
Ze hebben een dicht trommel.
De wand is dicht en de afscheiding vindt plaats door bezinken in horizontale richting.
Dit door het onderlinge ρ verschil.
In de trommel ontstaan verschillende lagen met hun eigen ρ. De laag met de hoogste
ρ bevindt zicht het dichtst bij de trommelwand.
Veelal gebruikt voor het afscheiden van vloeistoffen onderling.
Afvoer kan gebeuren door overlopen van een vloeistof.
Verdere onderverdeling van centrifuges:
•
•
•
•
•
•
•
•
Het onder- of bovenkritisch draaien.
Al of niet aanwezig zijn van een afvoermechanisme.
Het al dan niet bewust trillen van de trommel
Het al dan niet continu laten werken van de centrifuge.
De mogelijkheid tot het wassen van vaste stoffen in de centrifuge.
Horizontale of verticale opstelling van de centrifuge.
Wijze van legering.
Wijze van bediening.
1.2 Trommelwanddikte.
Dichte wandcentrifuges hebben een relatief kleine diameter. Dit i.v.m. de grote krachten op
de trommel die ontstaan door de hoge toeren-tallen. Filtreercentrifuges hebben een zo
groot mogelijk filteroppervlak, vandaar de relatief grote diameter van de trommel. Het
toerental moet daarom ook lager zijn.
1.3 Kritisch toerental.
Het zwaartepunt van de centrifugetrommel ligt nooit in het midden van de trommelas.
Excentrisch gelegen zwaartepunten draaien ook mee en veroorzaken onbalans, dus trillingen
tijdens het draaien. Bij bepaalde toerentallen zijn deze trillingen zo groot, dat ze schade
kunnen aanrichten aan de centrifuge.
Het toerental waarbij deze trillingen het grootst zijn noemt men het kritische toerental. Hoe
groter de trommel, hoe lager het kritische toerental. Bij hogere toerentallen nemen de
trillingen weer af. We moeten er dan ook voor zorgen dat we snel door het kritische
toerentalgebied heen gaan. Daarom worden trommels bij het stoppen veelal afgeremd.
2
Filtreercentrifuges algemeen.
Scheiding door centrifugale kracht kunnen we toepassen op mengsels van:
• Vloeistof met daarin een vaste stof.
• Niet mengbare vloeistoffen.
Bij het scheiden van vaste stof uit een vloeistof kan de ρ van de vaste stof zelfs lager zijn dan
die van de vloeistof. De vaste stof wordt door het filter tegengehouden, terwijl de vloeistof
door de trommelwand verdwijnt.
2.1 Filtreercentrifuges met verticale as.
• Zwaartepunt pendelcentrifuge.
Is een discontinu werkende centrifuge. De trommel is aan drie kolommen verend
opgehangen, zodat op deze wijze eventuele onbalans opgevangen kan worden.
• Verticale schroefcentrifuge.
Is een continu werkende centrifuge. De te scheiden mengsel wordt van bovenaf
binnen gebracht en via een draaiende verdeelschroef “rondgeslingerd”. Het mengsel
komt dan tegen de filtertrommel. De vaste stof wordt tegengehouden terwijl de
vloeistof door de koek en trommelwand afgevoerd wordt. Doordat de verdeelschroef
en de trommel en klein toerentalverschil hebben schraapt de buitenkant van de
schroef de koek af. Zie fig.18.3.
2.2 Filtreercentrifuges met horizontale as.
• Centrifuges met uitsnijmes.
Is een discontinu werkende centrifuge. De cyclus bestaat uit het vullen,
centrifugeren, wassen, drogen en uitsnijden van de vaste stof. In bijzondere gevallen
kan de centrifuge onder gasdichte omstandigheden werken. Zoals bij het
centrifugeren van:
o Brandbare stoffen.
o Het vrij komen van gassen
o Het moeten werken in inerte gasomgeving.
• Schuifcentrifuge.
Is een continu werkende centrifuge. Via een trechter en een verdeelschijf wordt de te
centrifugeren mengsel in de trommel verdeeld. Door de verdeelschijf door de
trommel te bewegen schraapt hij het gecentrifugeerde materiaal uit de trommel. Hij
kan ook in meertraps uitvoering voorkomen.
3
Dicht wandcentrifuges algemeen.
Dit type centrifuge wordt gebruikt van het scheiden van:
• Vloeistof – vloeistofmengsels.
• Vloeistof – vaste stofmengsels (slecht filtreerbaar)
• Ze werken op het principe van dichtheidsverschil. Meestal zijn ze zo geconstrueerd
dat de vloeistoffen over de rand van de trommel weglopen. Ze heten dan ook
overloopcentrifuges.
Ook hier wordt onderscheid gemaakt tussen:
• Centrifuges met horizontale as.
• Centrifuges met verticale as.
3.1 Dichte wandcentrifuges met verticale as.
• Tolcentrifuge.
Een semi continu werkende centrifuge.Het vloeistof-vast mengsel stroomt door de
centrifuge. Hierbij worden de vaste deltjes naar de wand geslingerd en vormen een
koek. Deze dient naderhand verwijdert te worden. Hij wordt o.a toegepast als
oliefilter op grotere motoren. (Centrifugaalfilter)
• Dichtwandige filtreercentrifuge.
Is een semi continu werkende centrifuge. Het binnenkomende mengsel wordt door
in de trommel geplaatste filter gedwongen alvorens de centrifuge te verlaten. De
vaste koek moet na verloop van tijd worden verwijdert.
• Verticale schilpijpcentrifuge.
Is een continu werkende centrifuge voor het scheiden van twee stoffen met een
relatief groot ρ verschil. Tijdens het centrifugeren ontstaan twee vloeistoflagen. De
buitenste wordt via een schilpijp afgevoerd terwijl de binnenste laag overstroomt uit
de trommel.
3.2 Dichte wandcentrifuges met horizontale as.
• Horizontale overloopcentrifuge met uitsnijmes.
Is een discontinu werkende centrifuge. Hij centrifugeert zolang totdat er een vaste
koek ontstaan is die eenderde deel van de trommel vult. De aanwezige vloeistof
wordt afgetapt via een schilpijp. Waarna een snijmes de koek wegsnijdt. Tijdens
normaal gebruik vloeit de gecentrifugeerde weg uit de trommel.
• Schroefcentrifuge (decanteercentrifuge).
Is een continu werkende centrifuge. Hij bestaat uit een roterende conische schroef in
een roterende trommel. De vaste stof wordt tegen de trommelwand geslingerd en
via de schroef uiteindelijk afgevoerd.
• Schilpijpcentrifuge met uitsnijmes. Is een discontinu werkende centrifuge. Hij werkt
op hetzelfde principe als de overloopcentrifuge met uitsnijmes. Met dien verstande
dat er geen vloeistof wordt afgetapt. Na vullen blijft hij zolang draaien dat de
scheiding compleet is. Daarna wordt de vloeistof afgetapt en later de vaste stof
uitgesneden.
4
5
Bijzondere centrifuges.
• Schotelcentrifuges.
Zijn centrifuges uitgerust met schotels. Dit werkt rendementsverhogend, terwijl de
scheiding ook beter verloopt. Het nadeel is het schoonmaken van de centrifuge. Er
zijn ook uitvoeringen die zelfschietend ofwel lozend zijn om water en andere
ongerechtig-heden te verwijderen. Ze werken dan continu. Ze worden veel gebruikt
voor het reinigen van smeerolie of het zuiveren van brandstof.
• Buiscentrifuges (supercentrifuge). Is een continu werkende centrifuge voor het
scheiden van vloeistoffen. Hij werkt met zeer hoge toerentallen in een vacuüm
omgeving. Wordt o.a. gebruikt voor het reinigen van olie en vernis.
• Gascentrifuges (ultracentrifuges).
Worden o.a. gebruikt bij het verrijken van uranium en vallen buiten de leerstof.
Cyclonen.
Een cycloon is een toestel om vaste deeltjes te verwijderen uit een gas of een vloeistof.
Hiervoor wordt het mengsel tangentiaal in een trechtervormig huis gevoerd. Het mengsel
krijgt hierdoor een roterende beweging. De vaste deeltjes vallen langs de wand omlaag,
terwijl het gas stijgt en bovenaan de trechter afgevoerd wordt. Ze worden veelal gebruikt
om grote hoeveelheden lucht te reinigen. Tevens worden ze gebruikt om stoffen die door
een luchtstroom getransporteerd worden van elkaar te scheiden.