¿Cuál es el propósito de una centrífuga en la molienda de harina? ¿Para qué sirven las centrífugas? Requisitos de seguridad para trabajar con centrífugas de laboratorio

Hay dos tipos principales de centrífugas: sedimentación y filtrado. Las centrífugas de sedimentación se utilizan para separar emulsiones y suspensiones mediante la sedimentación de partículas dispersas bajo la influencia de fuerzas centrífugas. Las centrífugas de filtro también se utilizan ampliamente en la industria química.

Clasificación de centrífugas En general, es posible para los siguientes parámetros:

• por tipo de organización de procesos (continua y periódica);
• según la ubicación del eje (inclinado, horizontal, vertical);
• según el método de descarga de lodos (con descarga centrífuga, gravedad, sinfín, manual, etc.)

Las centrífugas según el factor de separación se dividen en dos grupos y se denominan centrífugas normales (K p<300) и сверхцентрифугами (К р >3000).

Las centrífugas normales se usan más comúnmente para separar todas las suspensiones, excepto aquellas con concentraciones de sólidos muy bajas. Las supercentrífugas, a su vez, se utilizan para separar suspensiones finas y emulsiones.

El principio de funcionamiento de la centrífuga decantadora.

Si dividimos las centrífugas según su propósito, entonces podemos distinguir las centrífugas de sedimentación, filtrado y separación (separación).

• Las centrífugas de filtrado están equipadas con tambores perforados, que están cubiertos desde el interior, por regla general, con una tela u otra partición de filtrado. Este tipo de centrífuga se utiliza para separar suspensiones que tienen una fase sólida granular o cristalina, así como materiales sólidos y en piezas.
• Las centrífugas de sedimentación, que tienen un tambor sólido sin orificios, se utilizan para separar suspensiones que son difíciles de filtrar, así como para clarificar suspensiones que contienen una pequeña cantidad de sólidos.
• Las centrífugas de separación también están equipadas con un recipiente sólido. Este tipo de centrífuga se usa con mayor frecuencia para separar suspensiones y emulsiones concentradas.

Además de lo anterior, las centrífugas se dividen según el método de descarga de lodos. La descarga de los lodos se puede realizar de forma manual, con rascadores y cuchillas de vaivén y con la ayuda de la fuerza de gravedad o centrífuga.

Las centrífugas también se pueden dividir según la disposición de los soportes, sobre la base de los cuales se distinguen suspendidos y de pie, y según la ubicación del eje: vertical, horizontal e inclinado.

De acuerdo con el proceso de organización de la centrifugación, los dispositivos se dividen en continuos y periódicos.

Las centrífugas que funcionan de forma intermitente tienen tres períodos principales de funcionamiento:

1. Puesta en marcha de la centrífuga y llenado de sus tambores.
2. Rotación del tambor a velocidad constante, así como la separación de una mezcla no homogénea.
3. Frenado y descarga de tambores.

El llenado del bidón se realiza cuando el bidón vacío gira a una determinada velocidad, inferior a la de trabajo, o cuando se alcanza la velocidad de giro máxima. En algunos casos, el tambor debe cargarse antes de que arranque la centrífuga. El sedimento se elimina después de que la centrífuga se haya detenido o cuando el tambor esté girando a baja velocidad.

Muy a menudo, después de que se haya llevado a cabo el proceso principal de centrifugado, se hace necesario lavar el sedimento. Para esto, se extrae agua de lavado, lo que se lleva a cabo mediante una puesta en marcha adicional del tambor centrífugo. En algunos casos, también es necesario lavar ciertos componentes de la mezcla inicial.

En las centrífugas operativas se utiliza periódicamente un tambor macizo o con agujeros.

Principio de funcionamiento de la centrífuga de tambor

En este caso, el bidón se encierra en una carcasa que sirve de colector del filtrado o líquido de lavado, así como de valla protectora en caso de avería o destrucción del bidón. El tambor es girado por un motor eléctrico.

Debido a la fuerza centrífuga, el líquido es empujado a través del material del filtro y los orificios del tambor. El líquido se recoge en la carcasa y luego se elimina a través de la tubería.

Si es necesario obtener un sedimento que contenga una cantidad mínima de humedad, se utilizan tambores perforados. Con su ayuda, es posible lograr un contenido de humedad final del sedimento de aproximadamente 1-5% (con una fase sólida muy finamente dividida, hasta 40%). Si se utilizan tambores macizos para estos fines, quedará mucha más humedad en el sedimento (alrededor del 70% o más).

Para aumentar la eficiencia de separación, se instalan insertos anulares especiales en tambores sólidos, que reducen la velocidad del líquido cerca de las paredes. Por lo tanto, el proceso de sedimentación de partículas sólidas se mejora enormemente.

Las centrífugas discontinuas suelen fabricarse con un eje vertical. La descarga de material en dichas centrífugas puede ser inferior o superior. La descarga más baja se considera más conveniente, pero requiere mucho trabajo físico. Para facilitar la descarga, los aparatos suelen estar provistos de una pala mecánica de fácil control. Algunas centrífugas de este tipo son de descarga automática.

Si en centrífugas de pie equipadas con un eje vertical y un soporte rígido, hay una distribución desigual del material procesado, entonces se producen vibraciones inseguras y bastante fuertes del tambor. Debido a esto, las centrífugas modernas están equipadas con cojinetes elásticos, mientras que el cojinete del eje está instalado en un manguito esférico.

Las centrífugas discontinuas más utilizadas son las centrífugas suspendidas de tres columnas y las centrífugas de soporte superior.

Clasificación de centrífuga:

El principio de funcionamiento de esta centrífuga es que la suspensión se introduce a través de un tubo en el tambor interior y luego a través de las ventanas se descarga en el tambor de sedimentación. En esta etapa se produce la separación de la suspensión. El líquido clarificado ingresa a la carcasa y se descarga a través del ramal. La barrena mueve el sedimento y lo elimina a través de la boquilla.

Las centrífugas de laboratorio están diseñadas para separar muestras líquidas en fracciones mediante fuerza centrífuga. El efecto deseado se logra debido al hecho de que las sustancias se depositan a diferentes velocidades, según la masa y la densidad de las partículas incluidas en su composición. Como resultado, los componentes más pesados ​​de la solución se acumulan en el fondo del recipiente, los livianos, en la superficie.

Área de aplicación

Las centrífugas son un elemento indispensable del equipo de laboratorio:

• centros médicos y de investigación;
• clínicas veterinarias;
• industrias química, cosmética y farmacéutica;
• centros de sangre;
• empresas extractoras y procesadoras de la industria petrolera;
• organismos de certificación y supervisión;
• empresas Industria de alimentos y etc.

Dispositivo centrífugo de laboratorio

Una centrífuga de laboratorio moderna es un dispositivo electromecánico complejo, cuyos componentes principales son:

• carcasa de metal resistente a la corrosión;
• cámara interior;
• rotor;
• motor eléctrico;
• panel de control.

Además, los fabricantes equipan los equipos con sistemas auxiliares diseñados para garantizar un funcionamiento seguro y mejorar la calidad del procesamiento de muestras. Éstas incluyen:

• protección contra vibraciones excesivas causadas por desequilibrio;
• reconocimiento automático del rotor;
• bloqueador de la tapa impidiendo su apertura hasta que el motor se detenga por completo, etc.

Requisitos de seguridad para trabajar con centrífugas de laboratorio

En primer lugar, es necesario seleccionar con precisión los parámetros de funcionamiento:

• tipo de rotor y adaptador;
• modo de aceleración y velocidad máxima;
• duración de la centrifugación;
• régimen de temperatura;
• valor límite de la aceleración centrífuga, etc.

Para resolver los problemas modernos en el campo de la bioquímica, el análisis genético, etc., el fraccionamiento del biomaterial se lleva a cabo a altas velocidades. Utilizadas para estos fines, las modernas microcentrífugas de laboratorio de la marca británica Centurion Scientific se distinguen por una confiabilidad y seguridad excepcionales debido al equipo con tecnologías especiales para proteger contra errores accidentales del operador.

Sin embargo, incluso un dispositivo tan inteligente puede fallar y convertirse en una fuente potencial de problemas graves si no se siguen las condiciones y procedimientos para su funcionamiento. Para evitar cualquier complicación, se deben seguir las siguientes reglas:

• instale el equipo sobre una base sólida en una posición estrictamente horizontal;
• incluso en un laboratorio pequeño, no deben colocarse en la misma mesa varias centrífugas y otros dispositivos sensibles a las vibraciones;
• en la atmósfera de la habitación no debe haber impurezas de gases inflamables y sustancias agresivas;
• la carcasa de la centrífuga debe estar conectada a tierra para evitar descargas eléctricas al personal;
• el equipo debe estar ubicado de tal manera que quede una distancia de al menos 30 cm desde la salida del orificio de ventilación hasta el obstáculo más cercano;
• las corrientes de aire que salen de la centrífuga no deben caer directamente sobre las personas;
• todos los trabajos de instalación y extracción de tubos de muestra deben realizarse con guantes de goma para proteger la piel de la exposición a productos químicos;
• en caso de carga incompleta, se deben colocar pares de tubos de ensayo en celdas diametralmente opuestas del rotor;
• incluso cuando se utilizan tapones, el nivel superior de la muestra no debe estar a menos de 1 cm del borde del tubo;
• los contenedores abiertos se llenan con un máximo del 75% del volumen máximo permitido;
• antes de encender el motor, asegúrese de que el rotor esté firmemente fijado al eje y gire libremente, sin atascos ni fricción;
• la tapa de la cámara de trabajo se cierra herméticamente hasta que hace clic, lo que indica que el dispositivo de bloqueo está encendido;
• es posible abrir el compartimiento con el rotor solo después de que se haya detenido por completo.

Prohibido:

• establecer revoluciones que excedan el valor máximo permitido para un tipo particular de rotor, tubos de ensayo, muestras de ensayo;
• realizar cualquier manipulación con la tapa abierta y el rotor giratorio;
• cargar muestras cuya masa total sea superior al valor límite establecido para la centrífuga o el rotor;
• coloque tubos de ensayo en celdas diametralmente opuestas del rotor, cuya masa, teniendo en cuenta el contenido, difiera en más de 3,5 g;
• use tubos de ensayo no certificados, no estándar o hechos en casa;
• encienda la centrífuga sin quitar la contratuerca de transporte.

Criterios de elección

Al elegir un modelo específico de equipo, se deben considerar los siguientes puntos:

• tipo de laboratorio: en instituciones especializadas, por ejemplo, médicas, el trabajo se lleva a cabo con un determinado conjunto de muestras: sangre, orina, saliva, sudor, etc. En los centros de investigación, la gama de materiales procesados ​​es mucho más amplia y, en consecuencia, se requiere un equipo universal, con una amplia gama de ajustes de los parámetros operativos. Por lo tanto, para las instituciones médicas, se pueden recomendar las centrífugas Centurion Scientific de las series PrO-Hospital, Pro-Cyt y PrO-PRP.

• el volumen total de muestras procesadas dentro de un ciclo - como parte de una serie de equipos, los fabricantes ofrecen instalaciones de varias capacidades. Si el modelo es demasiado grande, el rotor siempre permanecerá bajo carga, lo que conduce a un consumo de energía excesivo y también aumenta el riesgo de una distribución desigual de las muestras, mayor vibración y falla prematura. Una capacidad insuficiente conducirá a un aumento del tiempo dedicado a la investigación, lo que también tiene un efecto negativo. Por lo tanto, en la serie de centrífugas Pro-Analytical, hay modelos diseñados para volúmenes máximos de 48 a 3000 ml, lo que le permite elegir la opción adecuada para casi cualquier laboratorio.

• variedades y tipos de rotores: es necesario tener en cuenta qué tipo de tubos de ensayo se utilizarán en el proceso de trabajo con muestras y el método de investigación. Para laboratorios industriales y de investigación, es mejor elegir modelos de centrífuga que admitan la máxima cantidad de variedades de rotor.

Solo la centrífuga adecuada garantizará un procesamiento de muestras eficiente a un nivel óptimo de tiempo y costos de energía.

centrífugas puede ser con una disposición vertical y horizontal del eje y el tambor, de acción intermitente (el suministro de suspensión y la descarga de sedimentos se realizan periódicamente), semicontinuo (la suspensión se suministra de forma continua y los sedimentos se descargan periódicamente) y de acción continua (el suministro de suspensión y la descarga de sedimentos se realizan periódicamente). descarga de sedimentos se realizan de forma continua).

Una centrífuga de sedimentación por lotes con descarga manual de lodos (Fig. 7.6) consta de un tambor montado sobre un eje giratorio y colocado en una carcasa. Bajo la acción de la fuerza centrífuga que se produce durante la rotación del tambor, las partículas sólidas se depositan en forma de una capa continua de sedimento en la pared del tambor, y el líquido clarificado rebosa hacia la carcasa y es extraído por la boquilla. ubicado debajo. Al final del proceso, el sedimento se descarga de la centrífuga.

El proceso en una centrífuga de sedimentación consiste en separar (decantar) la suspensión y prensar o compactar el lodo.

Las centrífugas horizontales de sedimentación continua con descarga de lodos de tornillo (NOGSh) se utilizan en la industria del almidón para obtener sedimentos de almidón concentrado y en otras industrias.

La centrífuga consta de un rotor y un dispositivo de tornillo interno encerrado en una carcasa. La suspensión se alimenta a través del tubo central al eje del tornillo hueco. A la salida de este tubo en el interior del tornillo, la suspensión se distribuye en la cavidad del rotor bajo la acción de la fuerza centrífuga.

El rotor gira en una carcasa en pasadores huecos. El sinfín gira en muñones ubicados dentro de los muñones del rotor. Bajo la acción de la fuerza centrífuga, las partículas sólidas son arrojadas a las paredes del rotor y el líquido forma un anillo interior, cuyo grosor está determinado por la posición de los orificios de drenaje en el extremo del rotor. El sedimento resultante se mueve debido al retraso de la velocidad de rotación del tornillo desde la velocidad de rotación del rotor hasta los orificios del rotor, a través de los cuales se descarga en la cámara. 6 y se retira de la centrífuga.

Al moverse a lo largo del rotor, el sedimento se compacta. Si es necesario, se puede lavar.

Centrífugas de filtro la acción periódica y continua se divide según la ubicación del eje en vertical y horizontal, según el método de descarga de sedimentos, en centrífugas con descarga de sedimentos manual, gravitacional, pulsante y centrífuga. La principal diferencia entre las centrífugas de filtro y las centrífugas de sedimentación es que tienen un tambor perforado cubierto con una tela filtrante.

En una centrífuga de filtro por lotes (Fig. 8.14), la suspensión se carga en el tambor desde arriba. Después de cargar la suspensión, el tambor se pone en rotación. La suspensión bajo la acción de la fuerza centrífuga se lanza a la pared interior del tambor. La fase líquida dispersa pasa a través del tabique del filtro y el precipitado cae sobre él. El filtrado a través de la tubería de drenaje se envía a la colección. El sedimento después del final del ciclo de filtración se descarga manualmente a través de la tapa 3.

El diseño de la centrífuga de filtro con tambor perforado es similar al diseño de una centrífuga de sedimentación automática con eliminación continua de sedimentos con cuchillo.

Según el valor del factor de separación, las centrífugas se pueden dividir en dos grupos: centrífugas normales(Kr< 3500) и supercentrífugas(Kp > 3500).

Las centrífugas normales se utilizan principalmente para separar diversas suspensiones, a excepción de las suspensiones con una concentración de sólidos muy baja, así como para eliminar la humedad de los materiales a granel. Las supercentrífugas se utilizan para separar emulsiones y suspensiones finas.

Las centrífugas normales pueden ser sedimentadas y filtradas. Las súper centrífugas son dispositivos de tipo sedimentador y se dividen en ultracentrífugas tubulares utilizado para separar suspensiones finas, y separadores de líquidos Se utiliza para separar emulsiones.

Una característica esencial del tipo de centrífugas es el método de descarga de sedimentos de ellas. La descarga se realiza de forma manual, con la ayuda de cuchillos o rascadores, tornillos y pistones de vaivén (pulsantes), así como bajo la acción de la gravedad y la fuerza centrífuga.

Según la ubicación del eje de rotación, se distinguen centrífugas verticales, inclinadas y horizontales. El eje del rotor de una centrífuga vertical se apoya en la parte inferior o se suspende desde arriba.

Dependiendo de la organización del proceso, las centrífugas se dividen en operaciones periódicas y continuas.

Centrífugas de tres columnas. Los aparatos de este tipo pertenecen a centrífugas normales de decantación o filtrado de acción periódica con descarga manual de lodos.

En una centrífuga de filtro de tres columnas con descarga superior de sedimentos (Fig. V-14), la suspensión a separar se carga en un rotor perforado 1, cuya superficie interior está cubierta con una tela filtrante o malla metálica. El rotor, por medio de un cono 2, está montado sobre un eje 3, el cual es accionado por un motor eléctrico a través de una transmisión de correa trapezoidal. La fase líquida de la suspensión atraviesa la tela (o malla) y los orificios de la pared del rotor y se recoge en el fondo del lecho 4, cubierta con una carcasa fija 5, desde donde se descarga para su posterior procesamiento. El sedimento formado en las paredes del rotor se elimina, por ejemplo, con una espátula, después de abrir la tapa de la carcasa 6.

Para mitigar el impacto de las vibraciones en la base, el marco 7 con el rotor montado en él, el accionamiento y la carcasa están suspendidos por medio de varillas verticales 8 con cabezas esféricas en tres columnas 9 ubicadas en un ángulo de 120 ° Esto proporciona cierta libertad para la vibración del rotor. La centrífuga está equipada con un freno que solo se puede activar después de que el motor se haya detenido.

Las centrífugas de tres columnas también se fabrican con descarga inferior de sedimentos, lo que es más conveniente en las condiciones de producción.

Las centrífugas bajo consideración se caracterizan por su baja altura y buena estabilidad y son ampliamente utilizadas para la centrifugación a largo plazo.

Centrífugas aéreas. Estas centrífugas también se encuentran entre las centrífugas normales de decantación o filtrado con rotor vertical y descarga manual del sedimento.

En la fig. V-15 muestra una centrífuga de lodos suspendidos de descarga inferior. La lechada de alimentación se alimenta a través del conducto 1 a un rotor de paredes sólidas 2 montado en el extremo inferior del eje 3. El extremo superior del eje tiene un cojinete cónico o de bolas (a menudo equipado con una junta de goma) y es accionado directamente por un motor eléctrico conectado a él. La fase sólida de la suspensión, dado que su densidad es mayor que la densidad de la fase líquida, se lanza bajo la acción de la fuerza centrífuga a las máquinas del rotor y se deposita sobre ellas. La fase líquida se encuentra en forma de capa anular más cerca del eje del rotor y, a medida que se separan las porciones de suspensión recién llegadas, se desborda por el borde superior del rotor hacia el espacio entre este y la carcasa fija. 4. Se retira el líquido de la centrífuga a través del racor 5. Para descargar el sedimento, se levanta la tapa cónica 6 sobre las cadenas y se empuja manualmente entre las nervaduras 7, que sirven para conectar el rotor al eje.

Las centrífugas de sedimentación suspendidas están diseñadas para separar suspensiones finas de baja concentración, lo que permite alimentar la suspensión a un rotor giratorio de forma continua hasta obtener una capa de sedimento de suficiente espesor.

Las centrífugas de filtro colgante facilitan la eliminación de sedimentos del rotor y, por lo tanto, se utilizan para ciclos de centrifugación cortos.

Las centrífugas aéreas modernas están completamente automatizadas y tienen control de software. La ventaja de estas centrífugas es la admisibilidad de alguna vibración del rotor. Además, evitan la entrada de líquidos agresivos en el soporte y accionamiento. En la actualidad, las centrífugas de cabeza con descarga manual de lodos están siendo sustituidas paulatinamente por centrífugas más avanzadas.

en colgar autodescarga centrífugas, la parte inferior del rotor tiene forma cónica, y el ángulo de inclinación de sus paredes es mayor que el ángulo de reposo del sedimento resultante. Con esta disposición del rotor, el sedimento se desliza fuera de sus paredes cuando la centrífuga se detiene.

Para evitar las vibraciones resultantes de la carga desigual del rotor en las centrífugas aéreas, se utiliza una válvula anular a través de la cual la suspensión entrante se distribuye uniformemente por todo el perímetro del rotor. Para facilitar la descarga de sedimentos de las centrífugas aéreas, a veces se utilizan raspadores para separar los sedimentos de las paredes del rotor a una velocidad de rotación reducida.

Centrífugas horizontales de álabes para la eliminación de sedimentos. Las centrífugas de este diseño son centrífugas por lotes de sedimentación o filtrado normales con control automático.

En la centrífuga de paletas horizontales (fig. V-16), las operaciones de carga en suspensión, centrifugado, lavado, secado mecánico del precipitado y su descarga se realizan de manera automática. La centrífuga está controlada por una máquina automática electrohidráulica, que permite controlar el grado de llenado del rotor por el espesor de la capa de lodo.

La suspensión ingresa al rotor perforado 1 a través de la tubería 2 y se distribuye uniformemente en él. En la superficie interior del rotor hay tamices de revestimiento, una tela filtrante y una rejilla, lo que asegura un ajuste perfecto de los tamices al rotor para evitar que se abulten, lo cual es inaceptable cuando se eliminan los sedimentos con un cuchillo. El rotor está en una carcasa de fundición 3, que consta de una parte fija inferior y una cubierta extraíble. La centrífuga se retira de la centrífuga a través de la boquilla 4. El sedimento se corta con la cuchilla 5 (que, cuando el rotor gira, sube con la ayuda del cilindro hidráulico 6), cae en el conducto inclinado guía 7 y se retira de la centrífuga a través del canal 8. La centrífuga descrita está diseñada para separar suspensiones medianas y gruesas.

C centrífugas de pistones pulsantes para descarga de lodos. Estos dispositivos son centrífugas de filtración continua con un rotor horizontal (fig. V-17), se mueve a lo largo de la superficie interna del embudo y adquiere gradualmente una velocidad casi igual a la velocidad de rotación del rotor. Luego, la suspensión se lanza a través de los orificios del embudo hacia la superficie interna del tamiz en el área frente al pistón 5. Bajo la acción de la fuerza centrífuga, la fase líquida pasa a través de las ranuras del tamiz y se retira de la carcasa de la centrífuga. a través de la boquilla 6. La fase sólida se retiene en el tamiz en forma de sedimento, que se desplaza periódicamente hacia el borde del rotor cuando el pistón se desplaza hacia la derecha aproximadamente 1/10 de la longitud del rotor. Así, por cada carrera del pistón, se retira del rotor la cantidad de sedimento correspondiente a la longitud de la carrera del pistón; mientras que el pistón hace 10-16 carreras en 1 min. El precipitado se elimina de la carcasa a través del canal 7.

El pistón está montado en una varilla 8 ubicada dentro del eje hueco 9, que está conectado al motor eléctrico e imparte movimiento de rotación al rotor. Un eje hueco con un rotor y una varilla con un pistón y un embudo cónico giran a la misma velocidad. La dirección del movimiento alternativo del pistón cambia automáticamente. En el otro extremo de la varilla, se monta un disco 10 perpendicular a su eje, en cuyas superficies opuestas, en un dispositivo especial, actúa alternativamente la presión de aceite creada por la bomba de engranajes.

En las centrífugas con lavador de sedimentos, la carcasa se divide en dos secciones, a través de una de las cuales se descarga el líquido de lavado.

La centrífuga descrita se utiliza para procesar suspensiones gruesas fácilmente separables, especialmente en los casos en que no se desea dañar las partículas del lodo durante su descarga.

Centrífugas con descarga inercial de lodos. Estas centrífugas son centrífugas de filtro continuo normales con un rotor cónico vertical.

CON la suspensión que contiene material de grano grueso, como carbón, mineral, arena, ingresa a la centrífuga desde arriba a través del embudo 1 (Fig. V-19). Bajo la acción de la fuerza centrífuga, la suspensión se lanza al rotor cónico 2 con paredes perforadas. En este caso, la fase líquida de la suspensión pasa a través de los orificios del rotor y se retira de la centrífuga a través del canal 3, mientras que las partículas sólidas, cuyo tamaño debe ser mayor que el tamaño de los orificios, quedan retenidas en el interior del rotor. . La capa de partículas sólidas formada de esta manera, cuyo ángulo de fricción es menor que el ángulo de inclinación de las paredes del rotor, se desplaza hacia su borde inferior y se retira de la centrífuga a través del canal 4. Para aumentar la duración del período durante el cual el líquido se separa de las partículas sólidas, su movimiento es inhibido por el tornillo 5, que gira más lentamente que el rotor. La diferencia necesaria entre las velocidades de rotación del rotor y del tornillo se consigue mediante un reductor de engranajes.

Las centrífugas con descarga de lodos por inercia se utilizan para separar suspensiones, materiales de grano grueso.

Centrífugas con descarga vibratoria de lodos. Las centrífugas de este diseño son centrífugas de filtro continuo normales con un rotor cónico vertical u horizontal.

La desventaja de la centrífuga descrita anteriormente con descarga de lodos por inercia es la incapacidad de controlar la velocidad de los lodos a lo largo de las paredes del rotor. Este inconveniente se elimina en las centrífugas con descarga vibratoria de lodos, cuyo principio de funcionamiento es el siguiente.

La centrífuga tiene un rotor cónico con un ángulo de inclinación de la pared menor que el ángulo de fricción del sedimento a lo largo de la pared. Por lo tanto, es imposible el movimiento de sedimentos a lo largo de las paredes desde el extremo estrecho al ancho del rotor bajo la acción de la fuerza centrífuga. En este caso, se utilizan vibraciones axiales para mover el sedimento en el rotor, que son creadas por un dispositivo mecánico, hidráulico o electromagnético. En este caso, la intensidad de la vibración determina la velocidad de movimiento de los lodos en el rotor, lo que permite, en particular, proporcionar el grado necesario de deshidratación de los lodos.

Separadores de líquidos. Estas unidades son supercentrífugas continuas con rotor vertical.

Tales supercentrífugas incluyen separadores de líquidos que tienen un rotor con un diámetro de 150-300 milímetro, girando a una velocidad de 5000-10000 rpm. Están destinados a la separación de emulsiones, así como a la clarificación de líquidos.

En el separador de líquidos tipo bandeja (fig. V-20), la mezcla a procesar en la zona de decantación se divide en varias capas, al igual que se hace en los decantadores para reducir el recorrido de la partícula durante la decantación. La emulsión se alimenta a través del tubo central 1 a la parte inferior del rotor, desde donde se distribuye a través de los orificios de las placas 2 en finas capas entre ellas. El líquido más pesado, moviéndose a lo largo de la superficie de las placas, es arrojado por la fuerza centrífuga hacia la periferia del rotor y descargado a través del orificio 3. El líquido más liviano se mueve hacia el centro del rotor y se extrae a través del canal anular 4.

Los agujeros en las bandejas están ubicados aproximadamente a lo largo de la interfaz entre los líquidos más pesados ​​y los más livianos. Para que el líquido no se quede atrás del rotor giratorio, está equipado con nervaduras 5. Para el mismo propósito, las placas tienen protuberancias que fijan simultáneamente la distancia entre ellas.

Un ejemplo de separadores de tipo placa son los separadores de leche ampliamente utilizados.

Este cilindro gris anodino es el eslabón clave en la industria nuclear rusa.

Por supuesto, no se ve muy presentable, pero vale la pena entender su propósito y mirar especificaciones, a medida que comienza a darse cuenta de por qué el estado guarda el secreto de su creación y estructura como la niña de sus ojos.

Sí, olvidé presentarlo: frente a usted hay una centrífuga de gas para separar isótopos de uranio VT-3F (n-ésima generación). El principio de funcionamiento es elemental, como el de un separador de leche, pesado, bajo la influencia de la fuerza centrífuga, se separa de la luz. Entonces, ¿cuál es el significado y la singularidad? Para empezar, respondamos otra pregunta, pero en general, ¿por qué separar el uranio? El uranio natural, que se encuentra directamente en el suelo, es un cóctel de dos isótopos: uranio-238 y uranio-235 (y 0,0054% U-234). Uranio-238, es simplemente pesado color gris metal. Puedes hacer un proyectil de artillería con él, bueno, o ... un llavero. Pero, ¿qué se puede hacer con el uranio-235? Bueno, en primer lugar, una bomba atómica y, en segundo lugar, combustible para plantas de energía nuclear. Y aquí llegamos a la pregunta clave: ¿cómo separar estos dos átomos casi idénticos entre sí? No, de verdad, ¡¿CÓMO?! Por cierto: el radio del núcleo del átomo de uranio es -1,5 x 10-8 cm Para que los átomos de uranio entren en la cadena tecnológica, este (uranio) debe convertirse en estado gaseoso. No tiene sentido hervir, basta con combinar uranio con flúor y obtener hexafluoruro de uranio HFC. La tecnología para su producción no es muy complicada y costosa, por lo que los HFC se obtienen justo donde se extrae este uranio. El UF6 es el único compuesto de uranio altamente volátil (cuando se calienta a 53 °C, el hexafluoruro (en la imagen) pasa directamente de sólido a gaseoso). Luego se bombea a contenedores especiales y se envía para su enriquecimiento.

Un poco de historia Al comienzo de la carrera nuclear, las mentes científicas más grandes, tanto de la URSS como de los EE. UU., Dominaron la idea de la separación por difusión: pasar el uranio a través de un tamiz. El pequeño isótopo 235 se deslizará, mientras que el 238 "grueso" se atascará. Y hacer un tamiz con nanoagujeros para la industria soviética en 1946 no fue la tarea más difícil. Del informe de Isaac Konstantinovich Kikoin en el Consejo Científico y Técnico del Consejo de Comisarios del Pueblo (dado en la colección de materiales desclasificados sobre el proyecto atómico de la URSS (Ed. Ryabev)): En la actualidad, hemos aprendido a hacer cuadrículas con orificios de aproximadamente 5/1000 mm, es decir . 50 veces el camino libre medio de las moléculas a presión atmosférica. Por lo tanto, la presión del gas a la que se producirá la separación de isótopos en dichas rejillas debe ser inferior a 1/50 de la presión atmosférica. En la práctica, esperamos trabajar a una presión de alrededor de 0,01 atmósferas, es decir en buenas condiciones de vacío. El cálculo muestra que para obtener un producto enriquecido a una concentración del 90% en un isótopo ligero (dicha concentración es suficiente para obtener explosivo), necesita conectar en cascada alrededor de 2000 de estos pasos. En la máquina diseñada y parcialmente fabricada por nosotros, se espera que produzca de 75 a 100 g de uranio-235 por día. La instalación constará de aproximadamente 80-100 "columnas", cada una de las cuales contendrá 20-25 escalones". A continuación se muestra un documento: el informe de Beria a Stalin sobre la preparación de la primera explosión nuclear. A continuación se muestra una pequeña referencia a los materiales nucleares acumulados a principios del verano de 1949.

Y ahora imagínese usted mismo: ¡2000 instalaciones fuertes, por unos 100 gramos! Bueno, a dónde ir, se necesitan bombas. Y comenzaron a construir fábricas, y no solo fábricas, sino ciudades enteras. Y está bien, solo en las ciudades, estas plantas de difusión requerían tanta electricidad que tenían que construir plantas de energía separadas cerca. En la foto: la primera planta de enriquecimiento por difusión gaseosa de uranio K-25 del mundo en Oak Ridge (EE.UU.). La construcción costó $ 500 millones y la longitud del edificio en forma de U es de aproximadamente media milla.

En la URSS, la primera etapa D-1 de la planta No. 813 fue diseñada para una producción total de 140 gramos de 92-93% de uranio-235 por día en 2 cascadas de 3100 etapas de separación idénticas en potencia. lo inacabado fábrica de aviones en el pueblo de Verkh-Neyvinsk, que está a 60 km de Sverdlovsk. Más tarde se convirtió en Sverdlovsk-44, y la planta 813 (en la foto) en la planta electroquímica Ural, la producción de separación más grande del mundo.

Y aunque la tecnología de separación por difusión, aunque con grandes dificultades tecnológicas, fue depurada, la idea de dominar un proceso centrífugo más económico no abandonó la agenda. Después de todo, si logra crear una centrífuga, ¡el consumo de energía se reducirá de 20 a 50 veces! ¿Cómo se monta una centrífuga? Está arreglado más que elementalmente y se parece al antiguo. lavadora funcionando en el modo "centrifugado/secado". En una carcasa sellada hay un rotor giratorio. Este rotor se alimenta con gas (UF6). Debido a la fuerza centrífuga, cientos de miles de veces mayor que el campo gravitatorio de la Tierra, el gas comienza a separarse en fracciones "pesadas" y "ligeras". Las moléculas ligeras y pesadas comienzan a agruparse en diferentes zonas del rotor, pero no en el centro y en el perímetro, sino en la parte superior e inferior. Esto ocurre debido a las corrientes de convección: la cubierta del rotor se calienta y se produce un reflujo de gas. En la parte superior e inferior del cilindro hay dos pequeños tubos: la admisión. Una mezcla empobrecida ingresa al tubo inferior y una mezcla con una concentración más alta de átomos de 235U ingresa al tubo superior. Esta mezcla pasa a la siguiente centrífuga, y así sucesivamente, hasta que la concentración de uranio 235 alcanza el valor requerido. Una cadena de centrífugas se llama cascada.

Características técnicas. Bueno, en primer lugar, la velocidad de rotación: en la generación moderna de centrífugas, alcanza las 2000 rpm (ni siquiera sé con qué comparar ... ¡10 veces más rápido que una turbina en un motor de avión)! ¡Y ha estado funcionando sin parar durante TRES DÉCADAS de años! Aquellos. ¡ahora las centrífugas que se encendieron bajo Brezhnev están girando en cascada! La URSS ya no existe, pero siguen girando y girando. No es difícil calcular que durante su ciclo de trabajo el rotor realiza 2.000.000.000.000 (dos billones) de revoluciones. ¿Y qué tipo de rodamiento puede manejarlo? ¡Sí, ninguno! No hay rodamientos. El rotor en sí es una parte superior ordinaria, en la parte inferior tiene una aguja fuerte que descansa sobre un cojinete de empuje de corindón, y el extremo superior cuelga en el vacío, sostenido por un campo electromagnético. La aguja tampoco es simple, está hecha de alambre ordinario para cuerdas de piano, está muy endurecida. de una manera engañosa(que - GT). No es difícil imaginar que con una velocidad de rotación tan frenética, la centrífuga en sí debe ser no solo duradera, sino súper resistente. El académico Iosif Fridlyander recuerda: “Tres veces podrían haber recibido un disparo. Una vez, cuando ya habíamos recibido el Premio Lenin, hubo un gran accidente, la tapa de la centrífuga salió volando. Piezas esparcidas, destruidas otras centrífugas. Ha surgido una nube radiactiva. Tuve que detener toda la línea: ¡un kilómetro de instalaciones! En Sredmash, las centrífugas fueron comandadas por el general Zverev, antes del proyecto atómico que trabajó en el departamento de Beria. El general dijo en la reunión: "La situación es crítica. La defensa del país está bajo amenaza. Si no rectificamos rápidamente la situación, el año 37 se repetirá para ustedes". E inmediatamente se cerró la reunión. Entonces se nos ocurrió completamente nueva tecnología con una estructura de tapa uniforme completamente isotrópica, pero se requerían configuraciones muy complejas. Desde entonces, estas cubiertas se han producido. No hubo más problemas. Hay 3 plantas de enriquecimiento en Rusia, muchos cientos de miles de centrifugadoras.
En la foto: pruebas de la primera generación de centrífugas.

Las carcasas de los rotores también eran de metal en un principio, hasta que fueron sustituidas por... fibra de carbono. Ligero y extremadamente resistente al desgarro, es un material ideal para un cilindro giratorio. El director general de la UEIP (2009-2012), Alexander Kurkin, recuerda: “Se volvió ridículo. Al probar y probar una nueva generación de centrífugas más "giratorias", uno de los empleados no esperó a que el rotor se detuviera por completo, lo desconectó de la cascada y decidió transferirlo al soporte en sus brazos. Pero en lugar de avanzar, por mucho que se resistiera, abrazó este cilindro y comenzó a retroceder. Entonces vimos con nuestros propios ojos que la tierra gira, y el giroscopio es una gran fuerza”. ¿Quien inventó? Oh, es un misterio lleno de misterio y envuelto en oscuridad.

Aquí tienes físicos alemanes capturados, la CIA, oficiales de SMERSH e incluso el piloto espía Powers derribado. En general, el principio de una centrífuga de gas se describió a fines del siglo XIX. Todavía al amanecer proyecto nuclear ingeniero de la Oficina de Diseño Especial de la Planta Kirov Viktor Sergeev propuso un método de separación centrífuga, pero al principio sus colegas no aprobaron su idea. Al mismo tiempo, los científicos de la Alemania derrotada lucharon por la creación de una centrífuga de separación en un NII-5 especial en Sujumi: el Dr. Max Steenbeck, que trabajó con Hitler como ingeniero jefe de Siemens, y Gernot Zippe, un ex mecánico de la Luftwaffe. , un graduado de la Universidad de Viena. En total, el grupo incluía a unos 300 físicos "exportados". recuerda gerente general Centrotech-SPb CJSC Rosatom State Corporation Aleksey Kaliteevsky: “Nuestros expertos llegaron a la conclusión de que la centrífuga alemana es absolutamente inadecuada para producción industrial.

El aparato de Steenbeck no tenía un sistema para transferir el producto parcialmente enriquecido a la siguiente etapa. Se propuso enfriar los extremos de la tapa y congelar el gas, para luego descongelarlo, recolectarlo y ponerlo en la siguiente centrífuga. Es decir, el esquema no está funcionando. Sin embargo, el proyecto tenía algunas soluciones técnicas muy interesantes e inusuales. Estas "soluciones interesantes e inusuales" se combinaron con los resultados obtenidos por científicos soviéticos, en particular con las propuestas de Viktor Sergeev. En términos relativos, nuestra centrífuga compacta es un tercio fruto del pensamiento alemán y dos tercios del pensamiento soviético”. Por cierto, cuando Sergeev llegó a Abjasia y expresó al mismo Steenbeck y Zippe sus pensamientos sobre la selección de uranio, Steenbeck y Zippe los descartaron como irrealizables. Entonces, ¿qué se le ocurrió a Sergeyev? Y la propuesta de Sergeyev fue crear dispositivos de muestreo de gas en forma de tubos de Pitot.

Pero el Dr. Steenbeck, quien, según creía, se mordía los dientes con este tema, fue categórico: “¡Disminuirán el flujo, causarán turbulencias y no habrá separación!”. Años después, trabajando en sus memorias, se arrepentirá: “¡Una idea digna de venir de nosotros! Pero no se me pasó por la cabeza…” Más tarde, cuando estaba fuera de la URSS, Steenbeck ya no se ocupaba de las centrífugas. Pero Geront Zippe, antes de partir hacia Alemania, tuvo la oportunidad de familiarizarse con el prototipo de la centrífuga de Sergeyev y el principio ingeniosamente simple de su funcionamiento. Una vez en Occidente, "el astuto Zippe", como se le suele llamar, patentó el diseño de la centrífuga con su propio nombre (patente n.º 1071597 de 1957, pendiente en 13 países). En 1957, tras mudarse a los EE. UU., Zippe construyó allí una instalación funcional, reproduciendo de memoria el prototipo de Sergeev. Y lo llamó, rindámosle homenaje, "centrifugadora rusa" (en la foto).

Por cierto, la ingeniería rusa se ha mostrado en muchos otros casos. Un ejemplo es la válvula de cierre de emergencia elemental. No hay sensores, detectores y circuitos electrónicos. Solo hay un grifo de samovar, que con su pétalo toca el marco de la cascada. Si algo sale mal y la centrífuga cambia su posición en el espacio, simplemente gira y cierra la línea de entrada. Es como en un chiste sobre un bolígrafo americano y un lápiz ruso en el espacio.

Nuestros días Esta semana, el autor de estas líneas asistió a un evento significativo: el cierre de la oficina rusa de observadores del Departamento de Energía de EE. UU. bajo el contrato HEU-LEU. Este acuerdo (uranio de alto enriquecimiento y uranio de bajo enriquecimiento) fue, y sigue siendo, el mayor acuerdo de energía nuclear entre Rusia y Estados Unidos. Según los términos del contrato, los científicos nucleares rusos procesaron 500 toneladas de nuestro uranio apto para armas (90 %) en combustible (4 %) HFC para las plantas de energía nuclear estadounidenses. Los ingresos para 1993-2009 ascendieron a 8.800 millones de dólares estadounidenses. Este fue el resultado lógico del avance tecnológico de nuestros científicos nucleares en el campo de la separación de isótopos, realizado en los años de la posguerra. En la foto: cascadas de centrifugadoras de gas en uno de los talleres de la UEIP. Hay alrededor de 100.000 de ellos aquí.

Gracias a las centrífugas, hemos recibido miles de toneladas de productos relativamente baratos, tanto militares como comerciales. La industria nuclear, una de las pocas que quedan (aviación militar, espacial), donde Rusia tiene una superioridad incuestionable. Solo con los pedidos extranjeros para los próximos diez años (de 2013 a 2022), la cartera de Rosatom, excluyendo el contrato HEU-LEU, es de 69.300 millones de dólares. En 2011 superó los 50 mil millones... En la foto, un depósito de contenedores con HFC en la UEIP.

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