اصول کار سانتریفیوژها در فرآیند جداسازی

برای بسیاری از فرآیندهای تولید، جداسازی مکانیکی از اهمیت زیادی برای کیفیت محصولات نهایی، بهره‌وری اقتصادی و سازگاری زیست محیطی پروسه تولید برخوردار است. فرایندهای جداسازی مکانیکی عملاً در تمام بخش‌های صنعتی یافت می شود، از جمله شامل مواد غذایی، شیمیایی، دارویی، بیوتکنولوژی، معدن، حفاظت از محیط زیست  و...

اساس کار تمام سانتریفیوژها از جمله سانتریفیوژ دکانتر، براساس سیستم ته‌نشینی می‌باشد. ته‌نشینی از سیستم‌های اولیه و سنتی جداسازی می‌باشد که براساس خاصیت چگال‌تر بودن ذرات معلق در یک محلول، بواسطه شتاب گرانشی زمین، به جداسازی ذرات منجر می‌شود. در عملکرد سانتریفیوژها برای سرعت بخشیدن به این سیستم جداسازی از نیروی گریز از مرکز به عنوان نیروی کمکی برای جدایش ذرات استفاده می‌شود. این نیروی گریز از مرکز بوسیله یک سیستم چرخشی مکانیکی و ایجاد جریان سیال چرخشی در سانتریفیوژ ایجاد می‌شود.

سانتریفیوژهای چرخشی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

1-        سانتریفیوژ لوله‌ای یا تیوبی: که برای جداسازی مایع- مایع و جامد- مایع استفاده می‌شوند. در حالت جامد- مایع عملکرد این سانتریفیوژ بصورت ناپیوسته است و جامدات جمع شده درون روتور باید بصورت متناوب و با توقف کار دستگاه، جمع‌آوری شوند.

2-      سانتریفیوژهای دیسکی یا سپراتور یا دیسک‌استک: عملیات جداسازی را می توانند بصورت پیوسته یا ناپیوسته انجام دهند که در صنایع غذایی کاربرد گسترده ای دارند ازجمله آن سپراتورهای خامه‌گیر هستند که مایع تغلیظ‌شده را از دریچه مجزایی خارج می‌نمایند.

3-     سانتریفیوزهای دکانتر: که از دوبخش استوانه‌ای و مخروطی تشکیل شده‌اند و جامدات روی دیواره محفظه جمع می‌شوند. ویژگی شاخص سانتریفیوژ دکانتر در مقایسه با دیگر مدل‌ها این است که امکان خروج بخش جامد جداشده بصورت پیوسته وجود دارد و برای خروج جامدات از دستگاه نیاز به توقف روند تولید نمی‌باشد.

سانتریفیوژ دکانتر چیست؟

این دستگاه از دو بخش استوانه‌ای و مخروطی تشکیل شده است. خوراک از طریق یک لوله هم محور با روتور به محفظه وارد می‌شود. نیروی گریز از مرکز باعث می‌شود جامدات روی دیواره ته‌نشین شده، از محفظه خارج گردد. درون روتور یک انتقال دهنده مارپیچی با سرعتی کمتر از محفظه می‌چرخد و جامدات ته‌نشین شده را به انتهای روتور انتقال داده و از روتور خارج می‌نماید. مایع شفاف‌شده به صورت جریان متقابل نسبت به جامدات از انتهای استوانه‌ای روتور خارج می‌شود.

اجزاء سانتریفیوژ دکانتر

1-        بدنه اصلی سانتریفیوژ دکانتر که وظیفه نگهداری قطعات داخلی و همچنین ایمنی دستگاه را به عهده دارد.

2-      محفظه اصلی (Bowl) سانتریفیوژ دکانترکه عمل انتقال خوراک و جریان جداسازی فازهای مختلف را به عهده دارد.  

3-     ماردون یا کانوایر سانتریفیوژ دکانتر قطعه مارپیچی است که درون محفظه اصلی دوران می کند.

4-      موتور چرخاننده اصلی سانتریفیوژ دکانتر که وظیفه چرخش محفظه اصلی دستگاه را به عهده دارد.

5-      موتور سرعت متغیر سانتریفیوژ دکانتر که وظیفه چرخاندن قطعه مارپیچی را برعهده دارد.

6-      دریچه ورود خوراک سانتریفیوژ دکانتر

7-      دریچه تخلیه جامدات سانتریفیوژ دکانتر

8-      دریچه تخلیه مایعات سانتریفیوژ دکانتر

مبانی کارکرد سانتریفیوژ دکانتر

فضای جداسازی سانتریفیوژ دکانتر از دو قسمت اصلی تشکیل شده است. محفظه اصلی (Bowl) که با سرعت بالا می‌چرخد و یک قطعه مارپیچی (ماردون، کانوایر) که با سرعتی کمتر درون این محفظه دوران می‌کند. عموما یک هاب توخالی در محور افقی مرکز محفظه اصلی وجود دارد که قطعه مارپیچ بر روی آن سوار می‌شود. دریچه ورودی خوراک به درون هاب وسط وارد شده و در جایی در وسط محفظه اصلی خوراک را تزریق می کند. اختلاف سرعت چرخش بین محفظه اصلی سانتریفیوژ دکانتر و مارپیچ چرخان باعث می‌شود که بخش جامد موجود در دوغاب به سمت دیواره‌های Bowl حرکت کند و با جریان حرکتی بوجود آمده در حوضچه‌های موجود در دیواره جمع شده و مواد جامد آن ته‌نشین می شود. بدنه محفظه در این قسمت دارای شیبی است که باعث سرازیر شدن قسمت مایع و خروج بخش جامد از دریچه خروجی می‌گردد. مایع شفاف شده در طول دیواره Bowl حرکت کرده و از خروجی موجود در سوی دیگر محفظه خارج می شود.

 

اجزاء تشکیل دهنده سانتریفیوژ دکانتر

 

در سانتریفیوژ دکانتر چرخش محفظه اصلی (Bowl) و قطعه مارپیچی (Conveyor) بوسیله دو موتور مجزا انجام می‌گیرد. این ویژگی باعث می‌شود که سرعت هرکدام از اجزاء بصورت مجزا و نسبت به هم توسط کاربر قابل تغییر و تنظیم باشد. با انجام تنظیمات مختلف و تنظیم اختلاف سرعت چرخش دو قطعه می توان میزان رطوبت جامد خروجی و میزان شفافیت مایع را کنترل نمود.

علاوه بر این در مدل‌های مختلف سانتریفیوژ دکانتر می‌توان ابعاد دستگاه، طول محفظه، قطر، تعداد و فاصله تیغه‌های قطعه چرخان و زاویه شیب کناره‌ها را متناسب با دوغابی که قراراست جداسازی شود طراحی و تنظیم نمود.

همچنین سانتریفیوژ دکانتر را می توان بصورت دوفازی جهت جداسازی محلول دوفازی جامد – مایع و یا بصورت سه فازی (تری کانتر) جهت جداسازی محلول‌های مایع – مایع که دارای ذرات معلق جامد می‌باشند طراحی نمود.

کاربرد سانتریفیوژ دکانتر  در صنایع

کاربرد سانتریفیوژ دکانتر در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی: سانتریفیوژ دکانتر در صنایع نفت و گاز دارای کاربردهای متعددی ازجمله تصفیه لجن حفاری و بازیافت مواد نفتی می‌باشد.

کاربرد سانتریفیوژ دکانتر در صنایع آب و فاضلاب: سانتریفیوژ دکانتر به دلیل کارکرد پیوسته و بی‌وقفه و انجام عملیات جداسازی و تصفیه بالا از مهم‌ترین دستگاه‌های مورداستفاده برای مدیریت آب و تصفیه لجن فاضلاب می‌باشد.  کوچک و کم‌حجم بودن دستگاه و بالابودن سرعت تصفیه نسبت به سیستم‌های سنتی ته‌نشینی از ویژگی‌های شاخص سانتریفیوژ دکانتر می‌باشد.

کاربرد سانتریفیوژ دکانتر در صنایع غذایی و تولید خوراک: سانتریفیوژ دکانتر در صنایع غذایی مختلف ازجمله تولید انواع نوشیدنی، تصفیه آبمیوه‌ها و آب سبزیجات، تولید انواع روغن‌ها و.. دارای کاربردی وسیع می‌باشد. نیاز بسیار محدود این سیستم به نظارت و کنترل مداوم توسط پرسنل و نیروی انسانی، خروجی و بهره‌وری بالا و کیفیت بالای محصول باعث شده است که سانتریفیوژ دکانتر در صنایع غذایی با اقبال گسترده‌ای مواجه شود.

کاربرد سانتریفیوژ دکانتر در صنایع شیمیایی و دارویی: سانتریفیوژ دکانتر کاربرد وسیعی در صنایع دارویی و شیمیایی دارا می‌باشد. در اغلب خطوط تولید سرکت‌های دارویی سانتریفیوژ یکی از تجهیزات اصلی می‌باشد. همچنین در تولید نشاسته و پروتئین، جداسازی آب پنیر یا بازیافت پلاستیک

کاربرد سانتریفیوژ دکانتر در صنایع بازیافت و کاهش آلودگی‌های زیست محیطی: امروزه در صنایع مختلف پسماندها از عوامل اصلی تخریب محیط زیست به حساب می‌آیند. جداسازی ذرات جامد و محلول در پسماندها باعث می‌شود که بتوان تاحدود زیادی پسماندها را به چرخه‌های طبیعی محیط زیست بازگرداند. از این دسته می توان به استفاده از سانتریفیوژ دکانتر در بازیافت پسماند کارخانجات سنگبری و صنایع مشابه و استفاده مجدد آن در چرخه تولید اشاره نمود.