Защо е необходима центрофуга при мелене на брашно? За какво се използват центрофугите? Изисквания за безопасност при работа с лабораторни центрофуги

Има два основни вида центрофуги: утаителни и филтриращи. Утаителните центрофуги се използват за разделяне на емулсии и суспензии чрез утаяване на диспергирани частици под въздействието на центробежни сили. Филтърните центрофуги също се използват широко в химическата промишленост.

Класификация на центрофугитеКато цяло е възможно според следните параметри:

• по вид организация на процеса (непрекъснати и периодични);
• по разположение на вала (наклонен, хоризонтален, вертикален);
• според метода на разтоварване на утайката (с центробежно разтоварване, гравитационно, шнеково, ръчно и др.)

Въз основа на фактора на разделяне центрофугите се разделят на две групи и се наричат ​​нормални центрофуги (K p<300) и сверхцентрифугами (К р >3000).

Нормалните центрофуги се използват най-често за разделяне на всички суспензии, с изключение на тези с много ниски концентрации на твърди вещества. Суперцентрофугите от своя страна се използват за разделяне на фини суспензии и емулсии.

Принцип на действие на декантерна центрофуга

Ако разделим центрофугите според предназначението им, можем да различим утаителни, филтриращи и сепариращи центрофуги.

• Филтърните центрофуги са оборудвани с перфорирани барабани, покрити отвътре, обикновено с плат или друга филтърна мембрана. Този тип центрофуга се използва за разделяне на суспензии, които имат гранулирана или кристална твърда фаза, както и твърди и парчета материали.
• Утаителните центрофуги, които имат плътен барабан без отвори, се използват за отделяне на суспензии, които трудно се филтрират, както и за избистряне на суспензии, съдържащи малко количество твърда фаза.
• Разделителните центрофуги също са оборудвани с плътен барабан. Този тип центрофуга най-често се използва за разделяне на концентрирани суспензии и емулсии.

В допълнение към горното, центрофугите се разделят според метода на разтоварване на утайката. Разтоварването на утайката може да се извърши ръчно, с помощта на скрепери и ножове, които се движат напред-назад, както и с помощта на гравитация или центробежна сила.

Центрофугите могат да се разделят и според структурата на опорите, които се делят на висящи и стоящи, а според разположението на оста - вертикални, хоризонтални и наклонени.

Въз основа на процеса на организиране на центрофугиране устройствата се разделят на непрекъснати и периодични.

Периодично работещите центрофуги имат три основни периода на работа:

1. Стартиране на центрофугата и пълнене на нейните барабани.
2. Въртене на барабана с постоянна скорост, както и разделяне на разнородна смес.
3. Барабанно спиране и разтоварване.

Барабанът се пълни, когато ненапълненият барабан се върти с определена скорост, която е по-малка от работната скорост, или когато се достигне пълната скорост на въртене. В някои случаи барабанът трябва да се зареди преди стартиране на центрофугата. Отстраняването на утайката става след спиране на центрофугата или когато барабанът се върти с ниска скорост.

Доста често, след извършване на основния процес на центрофугиране, се налага измиване на утайката. За да направите това, водата за измиване се изстисква, което се извършва чрез допълнително стартиране на центрофужния барабан. В някои случаи също е необходимо да се измият определени компоненти от оригиналната смес.

При центрофуги, които работят периодично, се използва плътен барабан или такъв с отвори.

Принцип на работа на барабанна центрофуга

В този случай барабанът е затворен в корпус, който служи като колектор на филтрат или миеща течност, както и като защитна ограда в случай на повреда или разрушаване на барабана. Въртенето на барабана се осъществява от електродвигател.

Центробежната сила прокарва течността през филтърния материал и отворите в барабана. Течността се събира в корпуса и след това се отвежда през тръбопровод.

Ако е необходимо да се получи утайка, съдържаща минимално количество влага, тогава се използват перфорирани барабани. С тяхна помощ е възможно да се постигне крайна влажност на утайката от около 1-5% (при силно натрошена твърда фаза - до 40%). Ако за тези цели се използват твърди варели, в утайката ще остане много повече влага (около 70% или повече).

За да се увеличи ефективността на разделяне, в твърдите барабани са монтирани специални пръстеновидни вложки, които намаляват скоростта на движение на течността, разположена близо до стените. По този начин значително се подобрява процесът на утаяване на твърдите частици.

Периодичните центрофуги обикновено се произвеждат с вертикален вал. Изхвърлянето на материала в такива центрофуги може да бъде отдолу или отгоре. Разтоварването отдолу се счита за по-удобно, но изисква много физически труд. За да се улесни разтоварването, устройствата често са оборудвани с лесно контролирана механична лопата. Някои центрофуги от този тип са самоизпразващи се.

Ако в стоящи центрофуги, оборудвани с вертикален вал и твърда опора, се получи неравномерно разпределение на обработения материал, тогава възникват опасни и доста силни вибрации на барабана. Поради това съвременните центрофуги са оборудвани с еластични опори, докато лагерът на вала е монтиран в сферична втулка.

Най-често срещаните партидни центрофуги са центрофуги с три колони и центрофуги, монтирани отгоре.

Класификация на центрофугата:

Принципът на работа на тази центрофуга е, че суспензията се подава през тръба във вътрешния барабан и след това се изхвърля през прозорците в утаителния барабан. На този етап суспензията се отделя. Избистрената течност влиза в корпуса и се изпуска през тръбата. Шнекът премества утайката и я изхвърля през дюзата.

Лабораторните центрофуги са предназначени за разделяне на течни проби на фракции чрез прилагане на центробежна сила. Необходимият ефект се постига благодарение на факта, че веществата се отлагат с различни скорости, в зависимост от масата и плътността на частиците, включени в състава им. В резултат на това най-тежките компоненти на разтвора се натрупват на дъното на контейнера, а леките - на повърхността.

Област на приложение

Центрофугите са задължителен елемент от лабораторното оборудване:

• медицински и изследователски центрове;
• ветеринарни клиники;
• химическо, козметично и фармацевтично производство;
• кръвни центрове;
• минни и преработвателни предприятия в нефтената промишленост;
• сертифициращи и надзорни органи;
• предприятия Хранително-вкусовата промишлености т.н.

Устройство за лабораторна центрофуга

Модерната лабораторна центрофуга е сложно електромеханично устройство, основните компоненти на което са:

• метален, устойчив на корозия корпус;
• вътрешна камера;
• ротор;
• електрически мотор;
• контролен панел.

Освен това производителите оборудват оборудването със системи за поддръжка, предназначени да осигурят безопасна работа и да подобрят качеството на обработка на пробите. Те включват:

• защита срещу прекомерни вибрации, причинени от дисбаланс;
• автоматично разпознаване на ротора;
• заключване на капака, което не позволява отварянето му до пълно спиране на двигателя и др.

Изисквания за безопасност при работа с лабораторни центрофуги

На първо място, трябва точно да изберете работните параметри:

• тип ротор и адаптер;
• режим на ускорение и максимална скорост;
• продължителност на центрофугирането;
• температурен режим;
• гранична стойност на центробежното ускорение и др.

За решаване на съвременни проблеми в областта на биохимичния, генетичния анализ и др., фракционирането на биоматериала се извършва при високи скорости. Модерните лабораторни микроцентрофуги на британската марка Centurion Scientific, използвани за тези цели, се отличават с изключителна надеждност и безопасност, поради това, че са оборудвани със специални технологии за защита срещу случайни грешки на оператора.

Въпреки това дори такова интелигентно устройство може да се повреди и да се превърне в потенциален източник на сериозни проблеми, ако не се спазват условията и процедурите за неговата работа. За да избегнете усложнения, трябва да спазвате следните правила:

• монтирайте оборудването на здрава основа в строго хоризонтално положение;
• дори в малка лаборатория не трябва да държите няколко центрофуги и други чувствителни към вибрации инструменти на една и съща маса;
• атмосферата на помещението не трябва да съдържа никакви примеси на запалими газове и агресивни вещества;
• Тялото на центрофугата трябва да бъде заземено, за да се предотврати токов удар на персонала;
• оборудването трябва да бъде разположено по такъв начин, че да има разстояние най-малко 30 см от изхода на вентилационния отвор до най-близкото препятствие;
• въздушните потоци, излизащи от центрофугата, не трябва да падат директно върху хората;
• всички работи по инсталирането и отстраняването на епруветките за проби трябва да се извършват с гумени ръкавици, за да се предпази кожата от излагане на химикали;
• когато натоварването е непълно, двойки епруветки трябва да се поставят в диаметрално противоположни роторни клетки;
• дори когато се използват запушалки, горното ниво на пробата не трябва да е по-близо от 1 см от ръба на епруветката;
• отворените контейнери се пълнят до максимум 75% от максимално допустимия обем;
• преди да включите двигателя, уверете се, че роторът е здраво закрепен към оста и се върти свободно, без задръстване или триене;
• капакът на работната камера се затваря плътно до щракване, което показва, че заключващото устройство е включено;
• Отделението с ротора може да се отвори само след пълното му спиране.

Забранен:

• зададени скорости, които надвишават максимално допустимата стойност за определен тип ротор, епруветки или тестови проби;
• извършвайте всякакви манипулации с отворен капак и въртящ се ротор;
• заредете проби, чиято обща маса е по-висока от граничната стойност, определена за центрофугата или ротора;
• поставете епруветки в диаметрално противоположни клетки на ротора, чиято маса, като се вземе предвид съдържанието, се различава с повече от 3,5 g;
• използвайте несертифицирани, нестандартни или самоделни епруветки;
• включете центрофугата, без да отстранявате фиксиращата транспортна гайка.

Критерии за избор

При избора на конкретен модел оборудване трябва да се имат предвид следните точки:

• вид лаборатория - в специализирани институции, например медицински, се работи с определен набор от проби: кръв, урина, слюнка, пот и др. В изследователските центрове гамата от обработвани материали е много по-широка и съответно е необходимо универсално оборудване с широк диапазон от настройки на работните параметри. По този начин за медицинските институции можем да препоръчаме центрофуги Centurion Scientific от серията PrO-Hospital, PrO-Cyt и PrO-PRP.

• общият обем проби, обработени в рамките на един цикъл - като част от серия оборудване, производителите предлагат инсталации с различен капацитет. Ако изберете модел, който е твърде голям, роторът постоянно ще остане недостатъчно натоварен, което води до прекомерна консумация на енергия и също така увеличава риска от неравномерно разпределение на пробите, повишена вибрацияи преждевременен отказ. Недостатъчният капацитет ще доведе до увеличаване на времето, изразходвано за изследвания, което също има отрицателен ефект. Така в серията центрофуги PrO-Analytical има модели, предназначени за максимални обеми от 48 до 3000 ml, което ви позволява да изберете подходящата опция за почти всяка лаборатория.

• разновидности и видове ротори - необходимо е да се вземе предвид какъв тип тръби ще се използват в процеса на работа с проби и метода на изследване. За индустриални и научноизследователски лаборатории е по-добре да изберете модели центрофуги, които поддържат максимален брой типове ротори.

Само правилно избрана центрофуга ще осигури ефективна обработка на пробите при оптимално ниво на разходи за време и енергия.

Центрофугиможе да бъде с вертикално и хоризонтално разположение на вала и барабана, периодично действие (подаването на суспензията и разтоварването на утайката се извършват периодично), полу-непрекъснато (суспензията се подава непрекъснато и утайката се разтоварва периодично) и непрекъснато действие (подаване на суспензия и разтоварването на седимента се извършва непрекъснато).

Центрофуга за партидно утаяване с ръчно изхвърляне на утайката (фиг. 7.6) се състои от барабан, монтиран върху въртящ се вал и поставен в корпус. Под въздействието на центробежната сила, която възниква при въртене на барабана, твърдите частици се отлагат под формата на непрекъснат слой утайка върху стената на барабана, а избистрената течност се излива в корпуса и се отстранява през тръбата, разположена отдолу. В края на процеса утайката се изхвърля от центрофугата.

Процесът в утаителната центрофуга се състои в отделяне (утаяване) на суспензията и изстискване или уплътняване на утайката.

Хоризонталните центрофуги с непрекъснато утаяване със шнеково изхвърляне на утайки (NOGSH) се използват в производството на нишесте за получаване на концентрирана утайка от нишесте и в други индустрии.

Центрофугата се състои от ротор и вътрешно винтово устройство, затворено в корпус. Суспензията се подава през централна тръба в кухия шнеков вал. На изхода от тази тръба вътре в винта суспензията под въздействието на центробежна сила се разпределя в кухината на ротора.

Роторът се върти в корпус в кухи шейни. Шнекът се върти в шийките, разположени вътре в шийките на ротора. Под въздействието на центробежната сила твърдите частици се изхвърлят към стените на ротора, а течността образува вътрешен пръстен, чиято дебелина се определя от положението на дренажните отвори в края на ротора. Получената утайка се движи поради изоставането на скоростта на въртене на винта от скоростта на въртене на ротора към отворите в ротора, през които се изхвърля в камерата 6 и се изважда от центрофугата.

Докато се движи покрай ротора, утайката се уплътнява. При необходимост може да се пере.

Филтърни центрофугипериодичните и непрекъснатите операции се разделят според местоположението на шахтата на вертикални и хоризонтални, според метода на разтоварване на утайките - на центрофуги с ръчно, гравитационно, пулсиращо и центробежно разтоварване на утайките. Основната разлика между филтърните центрофуги и утаителните центрофуги е, че имат перфориран барабан, покрит с филтърна тъкан.

В периодична филтърна центрофуга (фиг. 8.14) суспензията се зарежда в барабана отгоре. След зареждане на окачването барабанът се завърта. Суспензията се изхвърля към вътрешната стена на барабана под действието на центробежна сила. Течната дисперсионна фаза преминава през филтърната преграда, а утайката пада върху нея. Филтратът се насочва през дренажната тръба в събирателния резервоар. Утайката след края на цикъла на филтриране се изхвърля ръчно през капака 3.

Конструкцията на филтърна центрофуга с перфориран барабан е подобна на конструкцията на автоматична центрофуга за утаяване с непрекъснато отстраняване на утайката с нож.

Въз основа на фактора на разделяне, центрофугите могат да бъдат разделени на две групи: нормални центрофуги(К р< 3500) и суперцентрофуги(K p > 3500).

Нормалните центрофуги се използват главно за разделяне на различни суспензии, с изключение на суспензии с много ниска концентрация на твърди вещества, както и за отстраняване на влагата от парчета материали. Суперцентрофугите се използват за разделяне на емулсии и фини суспензии.

Нормалните центрофуги могат да бъдат утаителни и филтриращи. Суперцентрофугите са устройства от утаителен тип и се делят на тръбни суперцентрофуги, използвани за разделяне на фини суспензии, и сепаратори за течности, използвани за разделяне на емулсии.

Съществена характеристика на типа центрофуга е методът за разтоварване на утайката от нея. Разтоварването се извършва ръчно, с помощта на ножове или скрепери, винтове и бутала, движещи се напред-назад (пулсиращи), както и под въздействието на гравитация и центробежна сила.

Въз основа на местоположението на оста на въртене се разграничават вертикални, наклонени и хоризонтални центрофуги. Роторният вал на вертикална центрофуга се поддържа отдолу или е окачен отгоре.

В зависимост от организацията на процеса центрофугите се делят на периодични и непрекъснати.

Триколонни центрофуги.Устройствата от този тип принадлежат към нормални утаителни или филтриращи центрофуги с периодична работа с ръчно изхвърляне на утайката.

В триколонна филтърна центрофуга с горно изхвърляне на утайката (фиг. V-14) суспензията, която трябва да се отдели, се зарежда в перфориран ротор 1, чиято вътрешна повърхност е покрита с филтърна тъкан или метална мрежа. Роторът, използвайки конус 2, е монтиран на вал 3, който се задвижва от електродвигател чрез задвижване с клиновиден ремък. Течната фаза на суспензията преминава през тъканта (или мрежата) и отворите в стената на ротора и се събира в дъното на рамката 4, покрита с неподвижен корпус 5, откъдето се отстранява за по-нататъшна обработка. Утайката, образувана по стените на ротора, се отстранява, например, с помощта на шпатула, след отваряне на капака на корпуса 6.

За да се смекчи въздействието на вибрациите върху основата, рамката 7 с ротора, задвижването и корпуса, монтирани върху нея, е окачена с помощта на вертикални пръти 8 със сферични глави на три колони 9, разположени под ъгъл от 120°.Това осигурява известна свобода, когато роторът вибрира. Центрофугата е оборудвана със спирачка, която може да се активира само след спиране на електродвигателя.

Триколонните центрофуги също се правят с дънно изхвърляне на утайка, което е по-удобно в производствените условия.

Разглежданите центрофуги се характеризират с малка височина и добра стабилност и са получили широко разпространение за продължително центрофугиране.

Висящи центрофуги. Тези центрофуги също се класифицират като центрофуги с нормално утаяване или партидни филтриращи центрофуги с вертикален ротор и ръчно устройство за изхвърляне на утайката.

На фиг. V-15 показва горна центрофуга за утаяване с долно изхвърляне на утайка. Първоначалното окачване се подава през тръбопровод 1 в ротор 2 с плътни стени, монтиран на долния край на вала 3. Горният край на вала има коничен или сачмен лагер (често оборудван с гумено уплътнение) и се задвижва от електрически мотор, директно свързан с него. Твърдата фаза на суспензията, тъй като нейната плътност е по-голяма от плътността на течната фаза, се изхвърля под действието на центробежна сила към роторните машини и се отлага върху тях. Течната фаза е разположена под формата на пръстеновиден слой по-близо до оста на ротора и при отделянето на новопостъпилите части от суспензията се излива върху горния ръб на ротора в пространството между него и неподвижния корпус 4. Течността се отстранява от центрофугата през фитинг 5. За да се разтовари утайката, коничният капак 6 се повдига на верига и се натиска ръчно между ребрата 7, които служат за свързване на ротора към вала.

Горните утаителни центрофуги са предназначени за разделяне на фини суспензии с ниска концентрация, което позволява суспензията да се подава непрекъснато във въртящ се ротор, докато се получи слой от утайка с достатъчна дебелина.

Висящите филтърни центрофуги улесняват отстраняването на утайката от ротора и затова се използват за кратки процеси на центрофугиране.

Съвременните висящи центрофуги са напълно автоматизирани и програмно управлявани. Предимството на тези центрофуги е, че някои вибрации на ротора са приемливи. В допълнение, те предотвратяват контакта на агресивни течности с опората и задвижването. Понастоящем горните центрофуги с ръчно разтоварване на утайката постепенно се заменят с центрофуги с по-модерни конструкции.

В спряно саморазтоварващ сеПри центрофугите долната част на ротора има конична форма, а ъгълът на наклона на стените му е по-голям от ъгъла на покой на получената утайка. При тази конструкция на ротора утайката се плъзга от стените му, когато центрофугата спре.

За предотвратяване на вибрации в резултат на неравномерно натоварване на ротора в окачените центрофуги се използва пръстеновиден вентил, чрез който постъпващата суспензия се разпределя равномерно по целия периметър на ротора. За да се улесни разтоварването на утайка от окачени центрофуги, понякога се използват скрепери за изрязване на утайка от стените на ротора при намалена скорост на въртене.

Хоризонтални центрофуги с ножово устройство за отстраняване на утайка. Центрофугите от този дизайн са центрофуги с нормално утаяване или периодични филтри с автоматизирано управление.

В хоризонтална филтърна центрофуга с ножово устройство (фиг. V-16) операциите по зареждане на суспензията, центрофугиране, промиване, механично изсушаване на утайката и нейното разтоварване се извършват автоматично. Центрофугата се управлява от електрохидравличен автомат, който позволява степента на запълване на ротора да се контролира от дебелината на утайката.

Суспензията влиза в перфорирания ротор 1 през тръба 2 и се разпределя равномерно в него. На вътрешната повърхност на ротора има облицовъчни сита, филтърна тъкан и решетка, която осигурява плътно прилягане на ситата към ротора, за да се предотврати издуването им, което е неприемливо при отстраняване на утайката с нож. Роторът е разположен в лят корпус 3, състоящ се от долна неподвижна част и подвижен капак. Центрофугата се отстранява от центрофугата през фитинг 4. Утайката се отрязва от ножа 5 (който, когато роторът се върти, се повдига от хидравличен цилиндър 6), попада в направляващ наклонен улей 7 и се отстранява от центрофугата през канала 8. Описаната центрофуга е предназначена за разделяне на средни и едри суспензии.

° С центрофуги с пулсиращо бутало за разтоварване на утайка.Тези устройства принадлежат към центрофуги с непрекъснат филтър с хоризонтален ротор (фиг. V-17).Суспензията през тръба 1 навлиза в тясната част на коничната фуния 2, въртяща се със същата скорост като перфорирания ротор 3, покрит отвътре с метално шлицово сито 4. Суспензията се движи по вътрешната повърхност на фунията и постепенно придобива скорост, почти равна на скоростта на въртене на ротора. След това суспензията се изхвърля през отворите на фунията върху вътрешната повърхност на ситото в зоната пред буталото 5. Под въздействието на центробежната сила течната фаза преминава през прорезите на ситото и се отстранява от центрофугата. корпус чрез фитинг 6. Твърдата фаза се задържа върху ситото под формата на утайка, която периодично се придвижва към ръба на ротора, докато буталото се движи надясно приблизително 1/10 от дължината на ротора. По този начин, за всеки ход на буталото, количество утайка, съответстващо на дължината на хода на буталото, се отстранява от ротора; в този случай буталото прави 10-16 хода за 1 мин. Утайката се отстранява от корпуса през канал 7.

Буталото е монтирано на прът 8, разположен вътре в кух вал 9, който е свързан към електродвигател и придава въртеливо движение на ротора. Кухият вал с ротора и прътът с буталото и коничната фуния се въртят с еднаква скорост. Посоката на възвратно-постъпателното движение на буталото се променя автоматично. В другия край на пръта е монтиран перпендикулярно на оста му диск 10, върху противоположните повърхности на който в специално устройство се прилага последователно налягането на маслото, създадено от зъбната помпа.

При центрофуги с устройство за промиване на утайката корпусът е разделен на две секции, през едната от които се изпуска промивната течност.

Описаната центрофуга се използва за обработка на груби, лесно отделящи се суспензии, особено в случаите, когато увреждането на частиците на утайката по време на разтоварването е нежелателно.

Центрофуги с инерционно изхвърляне на утайката.Тези центрофуги са нормални непрекъснати филтърни центрофуги с вертикален коничен ротор.

СЪС суспензия, съдържаща едър материал, като въглища, руда, пясък, влиза в центрофугата отгоре през фуния 1 (фиг. V-19). Под действието на центробежна сила суспензията се изхвърля към коничен ротор 2 с перфорирани стени. В този случай течната фаза на суспензията преминава през отворите на ротора и се отстранява от центрофугата през канал 3, а твърдите частици, чийто размер трябва да бъде по-голям от размера на отворите, се задържат вътре в ротора . Така образуваният слой от твърди частици, чийто ъгъл на триене е по-малък от ъгъла на наклона на стените на ротора, се придвижва към долния му ръб и се отстранява от центрофугата през канал 4. За да се увеличи продължителността на периода по време на която течността се отделя от твърдите частици, тяхното движение се забавя от винта 5, въртящ се по-бавно от ротора. Необходимата разлика в скоростта на въртене на ротора и шнека се постига с помощта на редуктор.

За разделяне на суспензии и едрозърнести материали се използват центрофуги с инерционно изхвърляне на утайки.

Центрофуги с вибрационно изхвърляне на утайки.Центрофугите от този дизайн са нормални филтърни центрофуги с непрекъснато действие с вертикален или хоризонтален коничен ротор.

Недостатъкът на описаната по-горе центрофуга с инерционно изхвърляне на утайката е невъзможността да се контролира скоростта на движение на утайката по стените на ротора. Този недостатък се елиминира в центрофуги с вибрационно изхвърляне на утайки, чийто принцип на работа е както следва.

Центрофугата има коничен ротор с ъгъл на наклон на стената, по-малък от ъгъла на триене на утайката по стената. Следователно движението на утайката по стените от тесния към широкия край на ротора под въздействието на центробежната сила е невъзможно. В този случай аксиалните вибрации, които се създават от механично, хидравлично или електромагнитно устройство, се използват за преместване на утайката в ротора. В този случай интензивността на вибрациите определя скоростта на движение на утайката в ротора, което позволява по-специално да се осигури необходимата степен на обезводняване на утайката.

Сепаратори за течности. Тези устройства са суперцентрофуги с непрекъснато утаяване с вертикален ротор.

Такива суперцентрофуги включват течни сепаратори с ротор с диаметър 150-300 мм, въртящи се със скорост 5000-10000 об/мин. Предназначени са за разделяне на емулсии, както и за избистряне на течности.

В дисков сепаратор за течности (фиг. V-20) сместа, която се обработва в зоната на утаяване, се разделя на няколко слоя, както се прави в резервоарите за утаяване, за да се намали пътя, изминат от частиците по време на утаяването. През централната тръба 1 емулсията се подава към долната част на ротора, откъдето през отвори в плочите 2 се разпределя на тънки слоеве между тях. По-тежката течност, движеща се по повърхността на плочите, се изхвърля от центробежна сила към периферията на ротора и се отстранява през отвор 3. По-леката течност се придвижва към центъра на ротора и се отстранява през пръстеновидния канал 4.

Отворите в плочите са разположени приблизително по границата между по-тежките и по-леките течности. За да може течността да се справи с въртящия се ротор, той е оборудван с ребра 5. За същата цел плочите имат издатини, които едновременно фиксират разстоянието между тях.

Пример за дискови сепаратори са широко разпространените сепаратори за мляко.

Този невзрачен сив цилиндър е ключовото звено в руската ядрена индустрия.

Разбира се, не изглежда много представително, но си струва да разберете предназначението му и да го разгледате спецификации, като започнеш да осъзнаваш защо тайната на неговото създаване и устройство се пази от държавата като зеницата на окото си.

Да, забравих да ви представя: ето газова центрофуга за разделяне на уранови изотопи VT-3F (n-то поколение). Принципът на действие е елементарен, като сепаратор за мляко, тежкото се отделя от лекото чрез въздействието на центробежна сила. И така, каква е значимостта и уникалността? Първо, нека отговорим на друг въпрос - въобще защо се отделя уранът? Естественият уран, който лежи точно в земята, е коктейл от два изотопа: уран-238 и уран-235 (и 0,0054% U-234). Уран-238 е просто тежък, сивометал. Можете да го използвате, за да направите артилерийски снаряд или... ключодържател. Но какво може да се направи от уран-235? Е, първо, атомна бомба, и второ, гориво за атомни електроцентрали. И тук стигаме до ключовия въпрос – как да разделим тези два, почти еднакви атома, един от друг? Не, наистина, КАК?! Между другото: Радиусът на ядрото на атома на уран е -1,5 10-8 см. За да бъдат задвижвани атомите на урана в технологичната верига, той (уранът) трябва да бъде преведен в газообразно състояние. Няма смисъл от кипене, достатъчно е да комбинирате уран с флуор и да получите HFC уранов хексафлуорид. Технологията за производството му не е много сложна и скъпа и затова HFC се получават директно от мястото, където се добива този уран. UF6 е единственото силно летливо съединение на уран (при нагряване до 53°C, хексафлуоридът (на снимката) директно преминава от твърдо в газообразно състояние). След това се изпомпва в специални контейнери и се изпраща за обогатяване.

Малко история В самото начало на ядрената надпревара най-големите научни умове както на СССР, така и на САЩ усвоиха идеята за дифузионно разделяне - преминаване на уран през сито. Малкият 235-ти изотоп ще се промъкне, а „дебелият“ 238-ми изотоп ще заседне. Освен това правенето на сито с нанодупки за съветската индустрия през 1946 г. не беше най-трудната задача. От доклада на Исак Константинович Кикоин на научно-техническия съвет към Съвета на народните комисари (даден в колекцията от разсекретени материали за атомния проект на СССР (Ред. Рябев)): В момента се научихме да правим мрежи с дупки от около 5/1000 mm, т.е. 50 пъти по-голям от свободния път на молекулите при атмосферно налягане. Следователно налягането на газа, при което ще настъпи разделянето на изотопи върху такива решетки, трябва да бъде по-малко от 1/50 от атмосферното налягане. На практика приемаме да работи при налягане около 0,01 атмосфери, т.е. при добри условия на вакуум. Изчисленията показват, че за получаване на продукт, обогатен до концентрация от 90% с лек изотоп (тази концентрация е достатъчна за получаване експлозивен), трябва да свържете около 2000 такива етапа в каскада. В машината, която проектираме и частично произвеждаме, се очаква да произвежда 75-100 g уран-235 на ден. Инсталацията ще се състои от приблизително 80-100 „колони“, всяка от които ще има инсталирани 20-25 етапа. По-долу има документ - доклад на Берия до Сталин за подготовката на първата експлозия на атомна бомба. По-долу е дадена кратка информация за ядрените материали, произведени до началото на лятото на 1949 г.

А сега си представете сами - 2000 тежки инсталации, само за 100 грама! Е, какво да го правим, трябват ни бомби. И започнаха да строят фабрики, и не само фабрики, а цели градове. И добре, само градовете, тези дифузионни централи изискваха толкова много електричество, че трябваше да построят отделни електроцентрали наблизо. На снимката: първият в света газодифузионен завод за обогатяване на уран К-25 в Оук Ридж (САЩ). Строителството струва $500 млн. Дължината на U-образната сграда е около половин миля.

В СССР първият етап Д-1 на завод № 813 е проектиран за обща производителност 140 грама 92-93% уран-235 на ден при 2 каскади от 3100 степени на разделяне, еднакви по мощност. За производство е отделена недовършена сграда самолетен заводв село Верх-Нейвинск, което е на 60 км от Свердловск. По-късно се превръща в Свердловск-44, а завод 813 (на снимката) в Уралски електрохимичен завод - най-големият завод за разделяне в света.

И въпреки че технологията за дифузионно разделяне, макар и с големи технологични трудности, беше отстранена, идеята за разработване на по-икономичен процес на центрофуга не излезе от дневния ред. В крайна сметка, ако успеем да създадем центрофуга, тогава консумацията на енергия ще бъде намалена от 20 до 50 пъти! Как работи центрофугата? Структурата му е повече от елементарна и подобна на старата пералняработещи в режим “центрофуга/сушене”. Въртящият се ротор е разположен в запечатан корпус. Към този ротор се подава газ (UF6). Благодарение на центробежната сила, стотици хиляди пъти по-голяма от гравитационното поле на Земята, газът започва да се разделя на "тежки" и "леки" фракции. Леките и тежките молекули започват да се групират в различни зони на ротора, но не в центъра и по периметъра, а отгоре и отдолу. Това се дължи на конвекционни токове - капакът на ротора се нагрява и възниква противоток на газ. Има две малки всмукателни тръби, монтирани в горната и долната част на цилиндъра. Бедна смес влиза в долната тръба, а смес с по-висока концентрация на 235U атоми влиза в горната тръба. Тази смес отива в следващата центрофуга и така нататък, докато концентрацията на уран 235 достигне желаната стойност. Верига от центрофуги се нарича каскада.

Технически характеристики. Е, първо, скоростта на въртене - в съвременното поколение центрофуги достига 2000 об / мин (дори не знам с какво да го сравня... 10 пъти по-бързо от турбина в двигател на самолет)! И работи без прекъсване вече ТРИ ДЕСЕТИЛЕТИЯ! Тези. Сега центрофуги, включени при Брежнев, се въртят на каскади! СССР вече го няма, но те все се въртят и въртят. Не е трудно да се изчисли, че по време на работния си цикъл роторът прави 2 000 000 000 000 (два трилиона) оборота. И кой лагер ще издържи това? Да, никакви! Там няма лагери. Самият ротор е обикновен връх, отдолу има здрава игла, опряна върху корундов лагер, а горният край виси във вакуум, задържан от електромагнитно поле. Иглата също не е проста, направена е от обикновена тел за струни за пиано, много е закалена по хитър начин(което е GT). Не е трудно да си представим, че при такава бясна скорост на въртене самата центрофуга трябва да бъде не просто издръжлива, а изключително издръжлива. Академик Джоузеф Фриляндър си спомня: „Можеха да ни застрелят три пъти. Веднъж, когато вече бяхме получили Ленинската награда, имаше голяма авария, капакът на центрофугата излетя. Парчетата се разпръснаха и унищожиха други центрофуги. Издигна се радиоактивен облак. Трябваше да спрем цялата линия - километър инсталации! В Средмаш генерал Зверев командваше центрофугите; преди атомния проект той работеше в отдела на Берия. Генералът на срещата каза: "Ситуацията е критична. Отбраната на страната е под заплаха. Ако бързо не коригираме ситуацията, 1937 година ще се повтори за вас." И веднага закри заседанието. Тогава напълно измислихме нова технологияс напълно изотропна равномерна покривна структура, но бяха необходими много сложни инсталации. Оттогава се произвеждат тези видове капаци. Нямаше повече проблеми. В Русия има 3 обогатителни завода, много стотици хиляди центрофуги.
На снимката: тестове на първо поколение центрофуги

Корпусите на роторите първоначално също са направени от метал, докато не бъдат заменени от... въглеродни влакна. Лек и силно опън, той е идеален материал за въртящ се цилиндър. Александър Куркин, генерален директор на UEIP (2009-2012), си спомня: „Стигна се до абсурд. Когато тестваха и проверяваха ново, по-находчиво поколение центрофуги, един от служителите не изчака роторът да спре напълно, изключи го от каскадата и реши да го пренесе на ръка до стенда. Но вместо да продължи напред, колкото и да се съпротивляваше, той прегърна този цилиндър и започна да се движи назад. Така че видяхме със собствените си очи, че земята се върти, а жироскопът е голяма сила. Кой го е измислил? О, това е мистерия, обвита в мистерия и обвита в напрежение.

Тук ще намерите пленени немски физици, служители на ЦРУ, СМЕРШ и дори сваления пилот шпионин Пауърс. Като цяло принципът на газовата центрофуга е описан в края на 19 век. Още на разсъмване Атомен проектинженер на Специалното конструкторско бюро Кировски заводВиктор Сергеев предложи центробежен метод за разделяне, но първоначално колегите му не одобриха идеята му. Успоредно с това учени от победена Германия се бориха да създадат центрофуга за разделяне в специален изследователски институт-5 в Сухуми: д-р Макс Стийнбек, който е работил като водещ инженер на Сименс при Хитлер, и бивш механик на Луфтвафе, завършил Виенския университет, Гернот Зипе. Общо групата включваше около 300 „изнесени“ физици. помни изпълнителен директор ZAO Centrotech-SPb State Corporation Rosatom Алексей Kaliteevsky: „Нашите експерти стигнаха до заключението, че немската центрофуга е абсолютно неподходяща за промишлено производство.

Апаратът на Стийнбек не е имал система за прехвърляне на частично обогатения продукт към следващия етап. Беше предложено да се охладят краищата на капака и да се замрази газът, след което да се размрази, да се събере и да се постави в следващата центрофуга. Тоест схемата е неработеща. Проектът обаче имаше няколко много интересни и необичайни технически решения. Тези „интересни и необичайни решения“ бяха комбинирани с резултатите, получени от съветски учени, по-специално с предложенията на Виктор Сергеев. Относително казано, нашата компактна центрофуга е една трета плод на немската мисъл и две трети на съветската. Между другото, когато Сергеев дойде в Абхазия и изрази мислите си за избора на уран на същия Стийнбек и Зипе, Стийнбек и Зипе ги отхвърлиха като нереализируеми. И така, какво измисли Сергеев? И предложението на Сергеев беше да се създадат газови селектори под формата на тръби на Пито.

Но д-р Стийнбек, който, както смяташе, си беше изял зъбите по тази тема, беше категоричен: „Ще забавят потока, ще предизвикат турбуленция и няма да има разделяне!“ Години по-късно, докато работи върху мемоарите си, той ще съжалява: „Идея, достойна да дойде от нас! Но никога не ми е хрумвало...” По-късно, веднъж извън СССР, Стийнбек вече не работи с центрофуги. Но преди да замине за Германия, Геронт Зипе има възможността да се запознае с прототипа на центрофугата на Сергеев и гениално простия принцип на нейното действие. Веднъж на Запад „хитрият Зипе“, както често го наричат, патентова дизайна на центрофугата под свое име (патент № 1071597 от 1957 г., деклариран в 13 страни). През 1957 г., след като се премества в САЩ, Zippe изгражда там работеща инсталация, възпроизвеждайки прототипа на Сергеев по памет. И го нарече, да отдадем почит, „руска центрофуга“ (на снимката).

Между другото, руското инженерство се е показало и в много други случаи. Пример е обикновен авариен спирателен вентил. Няма сензори, детектори или електронни схеми. Има само кран за самовар, който докосва рамката на каскадата с венчелистчето си. Ако нещо се обърка и центрофугата промени позицията си в пространството, тя просто се завърта и затваря входната линия. Това е като във вица за американска химикалка и руски молив в космоса.

Нашите дни Тази седмица авторът на тези редове присъства на важно събитие - закриването на руския офис на наблюдателите на Министерството на енергетиката на САЩ по договора HEU-LEU. Тази сделка (високо обогатен уран - ниско обогатен уран) беше и остава най-голямото споразумение в областта на ядрената енергетика между Русия и Америка. Според условията на договора руските ядрени учени преработиха 500 тона наш оръжеен уран (90%) в гориво (4%) HFC за американски атомни електроцентрали. Приходите за 1993-2009 г. възлизат на 8,8 милиарда щатски долара. Това беше логичният резултат от технологичния пробив на нашите ядрени учени в областта на изотопното разделяне, направен в следвоенните години. На снимката: каскади от газови центрофуги в един от цеховете на UEIP. Тук има около 100 000 от тях.

Благодарение на центрофугите получихме хиляди тонове сравнително евтин, както военен, така и търговски продукт. Ядрената индустрия е една от малкото останали (военна авиация, космос), където Русия държи безспорен първенство. Само за чуждестранни поръчки за десет години напред (от 2013 до 2022 г.) портфолиото на Росатом, с изключение на договора HEU-LEU, възлиза на 69,3 милиарда долара. През 2011 г. той надхвърли 50 милиарда... На снимката е склад за контейнери с HFC в UEIP.

У дома » Инвестиции » Защо е необходима центрофуга при мелене на брашно? За какво се използват центрофугите? Изисквания за безопасност при работа с лабораторни центрофуги