Принцип работы центрифуги

Фильтрация центрифугой происходит следующим образом:

Данный тип центрифуг используется для разделения суспензий на жидкую и твердую фазы за счет центробежных сил.

Центрифуги фильтрующие предназначены для фильтрации концентрированных суспензий с крупно и средне кристаллической твердой фазой, быстро теряющих текучесть, с содержанием твердой фазы около 50%, для разделения сравнительно крупнодисперсных суспензий кристаллических и аморфных продуктов, промывки получающихся при этом осадков, для разделения суспензий в тех случаях, когда необходимо получить глубоко обезвоженный и хорошо промытый осадок, а также для центробежного отжима нетекучих продуктов.

В рефрижераторных центрифугах Centurion Scientific охлаждающий модуль находится с тыльной стороны

Основные отличия охлаждающих модулей лабораторных центрифуг нового поколения

В процессе эволюции лабораторные центрифуги с встроенной системой охлаждения претерпели массу изменений.

Прежде всего, это коснулось хладагентов. Сегодня в охлаждающих контурах циркулирует более безопасная в экологическом отношении гидрофторуглеродная форма фреона R22, не содержащий хлора хладагент R134a, не разрушающий озоновый слой R410a и др.

Центрифугирование при пониженных температурах применяется для выделения из замороженной плазмы крови фибриногена, фибронектина и некоторых других белков

Современные бесфреоновые компрессоры не только удовлетворяют требованиям экологической безопасности, но и гораздо более экономно расходуют электроэнергию по сравнению с системами охлаждения центрифуг старого типа.

Кроме того, качественные холодильные агрегаты нового поколения работают практически бесшумно.

Параллельно с уменьшением уровня энергозатрат, неблагоприятного влияния на окружающую среду и здоровье сотрудников лаборатории, конструкторам пришлось решать и другие, более специфические задачи.

В рефрижераторных центрифугах Centurion Scientific охлаждающий модуль находится с тыльной стороны

Прежде всего, необходимо было добиться максимальной точности при установке значений температуры и поддержании их на нужном уровне – в противном случае нарушалась технология обработки материалов, что приводило к их порче и получению низкокачественных продуктов, снижало достоверность результатов последующего анализа.

Для решения этой задачи были разработаны системы, оснащаемые высокочувствительными термодатчиками, а также интеллектуальной электроникой и автоматикой для автоматической коррекции параметров.

Вместе с разработкой специальных технологий это позволило исключить риск перегрева или замораживания центрифугируемого материала и существенно снизить колебания t°.

Центрифугирование можно разделить на два вида: препаративное и аналитическое. Препаративное центрифугирование используется в случае, когда необходимо выделить часть образца для дальнейших исследований. Этот метод применяется для выделения клеток из суспензии, биологических макромолекул и т.д.

Центрифугирование можно разделить на два вида: препаративное и аналитическое. Препаративное центрифугирование используется в случае, когда необходимо выделить часть образца для дальнейших исследований. Этот метод применяется для выделения клеток из суспензии, биологических макромолекул и т.д.

Аналитическое центрифугирование применяется для изучения поведения биологических макромолекул в центробежном поле. Данный метод позволяет получать данные о массе, форме и размерах молекул, находящихся в относительно небольших объемах образца. В повседневной практике работы в лаборатории чаще всего встречается препаративное центрифугирование.

Скоростные центрифуги имеют предельную скорость 25 тыс. об/мин и ускорение до 89 тыс g. Камеру, в которой находится ротор и центрифугирумеые образцы, оснащают системой охлаждения для предотвращения нагревания, возникающего от трения при вращении ротора на больших скоростях. Обычно, такие центрифуги могут работать с объемом до 1.5 литра и оснащаются угловыми роторами или роторами со сменными стаканами.

Отжим проводится с целью удаления остатков промывочной жидкости, для достижения минимальной влажности осадка.

Шаг 1. Загрузка сырья

Суспензия подается во вращающийся барабан, снабженный тканевым фильтром, который захватывает твердые частички. Центробежная сила направляет жидкость сквозь осадок на периферию, после чего жидкая фаза уходит сквозь отверстия в барабане.

Шаг 2. Промывание осадка

Промывочная жидкость подается в барабан, омывает сгущенный осадок, удаляя тем самым остатки исходного раствора, а затем выходит сквозь отверстия в барабане.

Шаг 3. Отжим осадка

Отжим проводится с целью удаления остатков промывочной жидкости, для достижения минимальной влажности осадка.

Шаг 4. Выгрузка осадка

Скребок подается во вращающийся барабан, нож которого выгружает отфильтрованный осадок в следующий по технологической цепи аппарат.

Шаг 5. Выгрузка остатка твердой фазы

После выгрузки основной части осадка, остается тонкий (6-10 мм) слой, который обычно трудно очистить. Для того, чтобы его собрать нож скребка выдвигается в дополнительное положение, при этом подается азот или воздух под высоким давлением. Данный шаг проводят после нескольких циклов центрифугирования, или по мере необходимости.

Шаг 1. Подача исходного раствора
Суспензия подается во вращающийся барабан, при этом центробежные силы увлекают ее к стенке.

Шаг 2. Разделение
За счет разности плотностей фаз, твердые частицы слипаются и уплотняются, образуя твердую массу.

Шаг 3. Слив жидкости
Жидкая фаза сливается по наклонному патрубку или переливается через край барабана.

Шаг 4. Выгрузка осадка
Данная операция выполняется скребком, выгруженный осадок идет на следующую стадию.

Суспензия подается во вращающийся барабан, при этом центробежные силы увлекают ее к стенке. По мере достижения определенной толщины осадка, процесс фильтрации становится все более трудно выполнимым. Оставшийся раствор переливается через край или по наклонной трубе.

Шаг 2. Отжим
Остатки исходного раствора направляются через отверстия в барабане, при этом достигается минимальная влажность.

Шаг 3. Выгрузка осадка
Данная операция выполняется скребком, выгруженный осадок идет на следующую стадию.

Шаг 4. Выгрузка остатка твердой фазы

После выгрузки основной части осадка, остается тонкий (6-10 мм) слой, который обычно трудно очистить. Для того, чтобы его собрать нож скребка выдвигается в дополнительное положение, при этом подается азот или воздух под высоким давлением. Данный шаг проводят после нескольких циклов центрифугирования, или по мере необходимости.

Обычно все детали центрифуги встроены в корпус, который защищает оператора от возможных обломков пробирок или выхода из строя металлических деталей прямо во время центрифугирования. На корпусе располагаются средства управления и индикаторы скорости и времени. Большинство центрифуг имеет тормозную систему, которая приводит ротор в состояние покоя вскоре после завершения задания.

Возможно, вы уже работали с центрифугами раньше. А может, сегодня – ваш первый рабочий день в новой лаборатории. В любом случае, у вас могут появиться вопросы о центрифугах и принципах их работы.

Предлагаем вам ознакомиться с обзором основных принципов работы центрифуг. Мы считаем, что понимание того, почему центробежная сила позволяет разделять вещества, поможет вам стать более профессиональным пользователем.

Центрифуга состоит из трех основных компонентов:

• Ротора
• Ведущего вала
• Мотора

Ротор – вращающаяся часть центрифуги. В нее помещают пробирки, бутыли или мешки, содержащие жидкости, которые требуется центрифугировать. Роторы различных типов и размеров взаимозаменяемы. Их устанавливают на ведущем валу, который соединен с мотором. Последний снабжает центрифугу энергией, необходимой для вращения ротора.

Обычно все детали центрифуги встроены в корпус, который защищает оператора от возможных обломков пробирок или выхода из строя металлических деталей прямо во время центрифугирования. На корпусе располагаются средства управления и индикаторы скорости и времени. Большинство центрифуг имеет тормозную систему, которая приводит ротор в состояние покоя вскоре после завершения задания.

В отличие от механических автомобильных тормозов, эта система работает за счет смены направления электрического тока, протекающего через мотор. Многие центрифуги могут охлаждаться, что предотвращает нагревание чувствительных биологических образцов.

Существует две конфигурации центрифуг: напольные и настольные. Разница между ними состоит главным образом во вместимости. Принципы же работы одинаковы.

Обечайки роторов осадительных центрифуг сплошные, а фильтрующих — перфорированные (могут быть покрыты фильтровальной тканью или сеткой). Под действием центробежных сил частицы твердой фазы скапливаются у стенки обечайки ротора, а жидкость либо располагается ближе к его оси, либо продавливается через слой осадка, фильтрующую перегородку и отверстия в обечайке.

4.7. Центрифугирование. Классификация и система обозначения центрифуг

В практике центрифугирования используются два основных способа разделения суспензий: центробежное фильтрование и центробежное осаждение, см. рис. 4.11. Соответственно по физической сущности реализуемого процесса центрифуги подразделяют на фильтрующие и осадительные (отстойные).

Рабочим органом центрифуги является ротор (барабан), закрепленный на вращающемся валу, во внутреннюю полость которого подается суспензия. Ротор состоит из кольцевой крышки, цилиндрической или конической обечайки, плоского или выпуклого днища. По расположению его вала центрифуги делятся на вертикальные и горизонтальные.

Обечайки роторов осадительных центрифуг сплошные, а фильтрующих — перфорированные (могут быть покрыты фильтровальной тканью или сеткой). Под действием центробежных сил частицы твердой фазы скапливаются у стенки обечайки ротора, а жидкость либо располагается ближе к его оси, либо продавливается через слой осадка, фильтрующую перегородку и отверстия в обечайке.

Базовые модели центрифуг обозначают тремя буквами, которые характеризуют:

1) принцип разделения (Ф — фильтрующие, О — осадительные);

2) расположение и вид крепления ротора (Г — горизонтальные, В — вертикальные, П — с подвесным ротором, М — маятниковые);

3) способ выгрузки осадка (Б — вручную через борт, Д — вручную через днище, С — гравитационная саморазгрузка, Н — ножом, П — пульсирующая, Ш — шнековая, В — вибрационная).

Например, ОГШ — осадительная, с горизонтальным ротором и шнековой выгрузкой осадка, ФВВ — фильтрующая, с вертикальным ротором и вибрационной выгрузкой.

Подавляющее большинство выпускаемых центрифуг — фильтрующие, т.к. в них обычно обеспечивается более четкое разделение (меньший унос твердой фазы с фугатом) и получается менее влажный осадок. Факторы, определяющие выбор типа центрифуги для разделения конкретной суспензии:

— концентрация твердой фазы;

— степень ее дисперсности (разброс размеров твердых частиц);

— необходимая влажность осадка;

— степень абразивности осадка;

— возможность измельчения продукта при выгрузке;

— степень сжимаемости осадка;

— коэффициент трения осадка о стенки ротора;

— коррозионные свойства суспензии, ее токсичность, огне- и взрывоопасность.

Преимущества центрифуг перед фильтрами: более высокая интенсивность процесса за счет большей движущей силы, отсутствие вспомогательного оборудования (компрессор, вакуум-насос), более широкие возможности механизации и автоматизации процесса. Недостатки: сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления узлов, повышенный расход энергии на привод, малая рабочая поверхность, высокая стоимость.

Еще одно их назначение – обезвоживание сыпучих или твердых веществ. Конструкция сепарирующих центрифуг включает в себя барабан, в котором не предусмотрены отверстия. Их предназначение – концентрирование суспензий и деление эмульсий на фракции.

Функционал центрифуг

Функционал центрифуг во многом зависит от устройства опор, которые бывают стоячими или подвесными, а также расположения ротора, который может находиться в вертикальном, горизонтальном положении или под заданным углом. Такие центрифуги как общелабораторные центрифуги Centurion Scientific CR4000 и CR4000R могут быть оборудованы качающимися роторами разного типа и объема.

Среди лабораторных центрифуг чаще всего можно встретить устройства периодического действия. Их работа состоит из трех основных этапов:

1. Загрузка барабана и его запуск.
2. Работа центрифуги на постоянной заданной скорости для разделения смесей;
3. Остановка и выгрузка барабана.

В таких центрифугах устанавливаются барабаны, оборудованные отверстиями или конструкции сплошного типа. Они заключаются в кожух, служащий надежной защитой. В некоторых конструкциях он может служить емкостью для выведенной из суспензии жидкости.

В лабораторных центрифугах ротор приводится в движение электродвигателем.

Центрифуги, оборудованные вертикально расположенным валом на жесткой опоре, могут испытывать сильные вибрации, что особенно опасно при работе на больших скоростях . Для исключения этой проблемы высокоскоростные микроцентрифуги Centurion Scientific оборудуются специальными системами, препятствующими разбалансировке.

Кроме того, для уменьшения вибрации в центрифугах используются специальные эластичные опоры и менее подверженные колебаниям сферические опоры, на которые устанавливаются подпятники вала.

Эффективность всего производственного процесса часто зависит от характеристик центрифуги. Каждая декантерная центрифуга Flottweg представляет собой результат более чем 60-летнего опыта проектирования центрифуг для более чем тысячи областей применения. Основной принцип работы нашего декантера успешно используется уже долгие годы.

Декантерные центрифуги используются для разделения суспензии с высоким содержанием твердых частиц на твердую и жидкую фазы. В отличие от ленточных фильтр-прессов такие шнековые центрифуги (или декантеры) работают непрерывно. Под воздействием высокой центробежной силы мелкие фракции твердого вещества из-за разной плотности отделяются от суспензии.

Модульная конструкция позволяет использовать наши декантеры в различных отраслях промышленности по всему миру – от Австралии до Кипра. Центрифуги оптимально адаптируются для любых технологических процессов: от обезвоживания осадка и разделения на фракции до сортировки твердых частиц.

Для получения оптимальных результатов центрифуга должна проектироваться специальным образом и настраиваться на решение соответствующей задачи.

Наша концепция декантеров, ориентированная на потребности заказчика.

Мы разрабатываем индивидуальные решения для любых отраслей промышленности. Отдельные серии декантеров спроектированы на стандартных платформах, которые с помощью модулей адаптируются к требованиям заказчика.

Декантерная центрифуга Flottweg для достижения оптимальных результатов разделения

Эффективность всего производственного процесса часто зависит от характеристик центрифуги. Каждая декантерная центрифуга Flottweg представляет собой результат более чем 60-летнего опыта проектирования центрифуг для более чем тысячи областей применения. Основной принцип работы нашего декантера успешно используется уже долгие годы.

Центробежное ускорение разделяет твердую фазу и одну или две жидких фазы. Поскольку осадок (твердая фаза) имеет более высокую плотность, он осаждается на стенке барабана. Шнек непрерывно транспортирует твердую фазу к области выгрузки. Жидкая фаза (фазы) течет вдоль шнека.

Особенности продукции

Производительность

• Отделение из суспензии мелких твердых частиц для оптимального осветления жидкой фазы (фугата)
• Постоянное качество разделения / содержание сухого вещества благодаря автоматически настраиваемой дифференциальной скорости и регулируемому импеллеру
• Проектирование оборудования для решений уникальных задач наших заказчиков

Техническое обслуживание

В зависимости от требований заказчиков мы оснащаем декантерные центрифуги различными видами смазки. Все системы смазки позволяют подавать свежую смазку в подшипники ротора во время работы машины. Отказ от расходных материалов (таких как фильтровальные салфетки и вспомогательные компоненты) дополнительно снижает расходы на техническое обслуживание и эксплуатацию наших декантерных центрифуг.»

• снижение затрат – замене подлежат только изнашиваемые детали
• не требуются дополнительные расходные материалы, такие как фильтровальные салфетки, вспомогательные компоненты и т. д.
• более длительный срок службы декантера
• различные системы смазки, например, автоматическая воздушно-масляная система смазки для минимального расхода масла

Безопасность

• закрытая конструкция предотвращает попадание вредных испарений в атмосферу, а также препятствует контакту продукта с окружающей средой
• защита от перегрузки и засорения
• возможность контроля уровня вибрации, скорости вращения и температуры

Эксплуатация

• минимальные расходы на персонал благодаря круглосуточной и автоматической работе
• возможность интеграции в CIP-системы
• стандартизованное и интуитивно понятное управление оборудованием

Сотрудничество и инновации

Сотрудничество Flottweg и Extractis длится уже более 15 лет. Extractis – это технический институт, специализирующийся на разработке инновационных продуктов и технологий, а также на экстракции растительной биомассы.

В различных производственных процессах используются три машины Flottweg: две декантерные центрифуги и один Sedicanter ® . Узнайте больше об используемых машинах и многолетнем сотрудничестве из этого видео.

Существует номограмма, выражающая зависимость относительного ускорения центрифуги (rcf) от скорости вращения ротора (n) и радиуса (r) – среднего радиуса вращения столбика жидкости в центрифужной пробирке (т.е. расстояния от оси вращения до середины столбика жидкости). Радиус измеряется (см) от оси вращения ротора до середины столбика жидкости в пробирке, когда держатель находится в положении центрифугирования.

Центробежное ускорение тогда будет равно: g =p 2 x r x n 2 /900.

Центробежное ускорение обычно выражается в единицах g (ускорение свободного падения, равное 980 м_/с 2 ) и называется относительным центробежным ускорением (ОЦУ), т.е. ОЦУ=g/980 или ОЦУ = 1,11 x 10 -5 x r x n 2 .

Относительное ускорение центрифуги (rcf) задается, как кратное от ускорения свободного падения (g). Оно является безразмерной величиной и служит для сравнения производительности разделения и осаждения. Относительное ускорение центрифуги (rcf) зависит от частоты вращения и радиуса центрифугирования.

Существует номограмма, выражающая зависимость относительного ускорения центрифуги (rcf) от скорости вращения ротора (n) и радиуса (r) – среднего радиуса вращения столбика жидкости в центрифужной пробирке (т.е. расстояния от оси вращения до середины столбика жидкости). Радиус измеряется (см) от оси вращения ротора до середины столбика жидкости в пробирке, когда держатель находится в положении центрифугирования.

Номограмма для определения относительного ускорения центрифуги (rcf) в зависимости от скорости вращения и диаметра ротора

r – радиус ротора, см

n – скорость вращения ротора, оборотов в минуту

rcf (relative centrifuge force) – относительное ускорение центрифуги

Радиус центрифугирования r_max– это расстояние от оси вращения ротора до дна гнезда ротора.

Для определения ускорения с помощью линейки совмещаем значения радиуса и числа оборотов на и на шкале rcf определяем его величину.

Пример: на шкале А отмечаем значение rрадиуса для ротора – 7,2 см, на шкале С отмечаем значение скорости ротора –14,000 об/мин, соединяем эти две точки. Точка пересечения образованного отрезка со шкалой В показывает значение ускорения для данного ротора. В данном случае ускорение равно 15’000.

Центрифуга типа ФГН состоит из горизонтального ротора 5 , вал 7 которого вращается в подшипниках качения 6 , установленных в корпусе 8 . Ротор находится внутри кожуха 4 , на поворотной боковой крышке которого установлены механизм 3 среза осадка, разгрузочный бункер 1 , питающая и промывная труба 2 , концевые выключатели механизма среза и регулятора толщины слоя осадка.

§ 2.2 Центрифуга ФГН их основные узлы и принцип действия

ФГН – центрифуга фильтрующая, горизонтальная, с ножевым выгрузом осадка.

Центрифуга типа ФГН состоит из горизонтального ротора 5 , вал 7 которого вращается в подшипниках качения 6 , установленных в корпусе 8 . Ротор находится внутри кожуха 4 , на поворотной боковой крышке которого установлены механизм 3 среза осадка, разгрузочный бункер 1 , питающая и промывная труба 2 , концевые выключатели механизма среза и регулятора толщины слоя осадка.

Ротор центрифуги типа ФГН сварной с перфорированной обечайкой. Внутри него планками и кольцами закреплены сита. Ротор получает вращение от электродвигателя через клиноременную передачу.

Механизм среза осадка состоит из поворотного ножа, рычага, тяги и гидроцилиндра, внутри которого перемещается поршень. При подаче масла под давлением поршень перемещается вверх или вниз и, поворачивая через рычажную систему основание ножа, приближает или удаляет его от внутренней поверхности ротора.

Работа центрифуги типа ФГН полностью автоматизирована и механизирована.

Центрифуги типа ФГН выпускают в соответствии с ГОСТ 375-68 с диаметром ротора 350, 630, 900, 1250, 1600, 2000, 2200 мм.

Пример условного обозначения: ФГН-35 (фильтрующая, горизонтальная, с ножевым выгрузом осадка, с диаметром ротора 35 см)

В центрифугах ОГШ применяют два варианта распо­ложения опор – с консольным ротором и расположением ротора между опорами. Схема с расположением ротора между опорами лучше с точки зрения распределения нагрузок, однако, передняя опора иногда затрудняет разгрузку центрифуги и обслуживание ротора.

§ 2.4 Центрифуга ОГШ их основные узлы и принцип действия

ОГШ – центрифуга осадительная, с горизонтально расположенным ротором, со шнековым выгрузом осадка.

Схема центрифуги ОГШ:

/ – зона осушки; // – зона осаждения

Центрифуги ОГШ имеют кониче­ский или цилиндрический ротор, внутри которого расположен ба­рабан, несущий спиральную ленту (шнек). Ротор и шнек вращают­ся с незначительно отличающимися скоростями. Шнековый бара­бан несколько отстает от ротора и перемещает осадок.

Ответственный узел центрифуги – редуктор, служащий для пе­редачи вращения от барабана центрифуги к ее шнеку. Редуктор пе­редает весьма значительные моменты, вызванные окружными уси­лиями, возникающими между шнеком и барабаном центрифуги во время транспортирования осадка.

Роторы центрифуг ОГШ делают двухопорными. Они имеют малый диаметр при значительной длине. Типовой ротор, состоит из сварной цилиндроконической части и обработанных цапф, прикрепленных к рото­ру винтами (см. рисунок).

Шнеки для выгрузки осадка представляют собой цилиндрическую или коническую трубу, на которую приварены витки из листовой стали.

В центрифугах ОГШ применяют два варианта распо­ложения опор – с консольным ротором и расположением ротора между опорами. Схема с расположением ротора между опорами лучше с точки зрения распределения нагрузок, однако, передняя опора иногда затрудняет разгрузку центрифуги и обслуживание ротора.

Кожухи центрифуг ОГШ делают литыми или сварными. Обычно они имеют съемную крышку или несколько люков для доступа к основным узлам.

Привод центрифуг осуществляется непосредственно от электро­двигателя либо через клиноременную передачу. Непосредственно электродвигатель соединен со шпинделем центрифуги упругими муфтами. Для привода применяют многоскоростные электродвига­тели.

Пример условного обозначения: ОГШ-20 (осадительная, с горизонтально расположенным ротором, со шнековым выгрузом осадка, с диаметром ротора 20 см)