Для интенсификации разделения пыл ей, суспензий и эмульсий процесс осаждения проводят под действием центробежной силы.
Поле центробежных сил создают при помощи двух технических приемов: 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 действуй центробежная сила, под действием которой частица движется от центра к стенке аппарата со скоростью, равной скорости осаждения. Центробежная сила
(5)
Окружная скорость вращения wr=ωr=2πnr/60, где ω – угловая скорость вращения, рад/с; n – частота вращения, мин-1.
Сравним эффективность разделения под действием силы тяжести и центробежной силы. В гравитационных отстойниках на частицу действует сила тяжести
(6)
Из сопоставления уравнений (5) и (6) получим
(7)
Таким образом, центробежная сила больше силы тяжести в Кц раз. Величина Kц=w2r/(gr) называется фактором разделения, который является важной характеристикой центрифуги, определяющей ее разделяющую способность.
Скорость осаждения в поле центробежных сил рассчитывают по соотношениям, путем подстановки в них вместо критерия Аr модифицированного критерия Аrм, равного КцАr.
При ламинарном движении скорость центробежного осаждения частицы
(8)
Продолжительность осаждения τ найдём из выражения
(9)
Подставив vц из уравнения (8) в уравнение (9) и проведя интегрирование, получим выражение для определения продолжительности осаждения частиц под действием центробежной силы при ламинарном движении
(10)
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 частоты вращения частиц жидкости от частоты 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: η=Qд /Q, где Qд — действительная производительность; Qт — расчетная производительность.
Коэффициент эффективности для каждой конкретной конструкции центрифуг определяют опытным путем