De essentie van dehydratatie en klaring is de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen in suspensies; dehydratatie is het scheiden van de vloeibare fase van de vaste fase, en klaring is het scheiden van de vaste fase van de vloeibare fase. Concentratie is het verhogen van de concentratie van de vaste fase in de suspensie, en classificatie is het verdelen van de deeltjes met verschillende deeltjesgroottes in de suspensie in twee groepen van deeltjes groter dan dkp en kleiner dan dkp op basis van een bepaalde kritische deeltjesgrootte dkp. Scheiding verwijst over het algemeen naar de scheiding van twee niet-mengbare vloeibare fasen. Als de twee vloeistof-vloeistoffasen continue fasen zijn, is de scheiding van de twee fasen alleen gerelateerd aan hun dichtheden; als de ene fase een continue fase is en de andere een gedispergeerde fase, is er sprake van de scheiding van emulsies. De tweefasenscheiding van emulsies is niet alleen gerelateerd aan het dichtheidsverschil, maar ook aan de druppelgrootte van de gedispergeerde fase, oppervlaktespanning en andere factoren, en de scheiding is moeilijk. Centrifugale scheiding is een fysisch proces en de moeilijkheidsgraad van de scheiding hangt af van de materiaaleigenschappen van het materiaal en de scheidingseigenschappen van de centrifuge.
1. Centrifugale dehydratie
Centrifugale dehydratie kan op twee manieren worden uitgevoerd: met filtercentrifuges en sedimentatiecentrifuges.
De filtercentrifuge gebruikt filtermedia, zoals filterzeven en filters, om vaste deeltjes op het filterzeef vast te houden onder invloed van de centrifugale kracht. De vloeistof wordt vervolgens door het filterzeef afgevoerd om een scheiding van vaste stof en vloeistof te bereiken. Dit type machine heeft een laag energieverbruik, wasbare filterkoeken en een hoge dehydratatiesnelheid voor vaste deeltjes. Het is geschikt voor materiaaldeeltjes met een klein verschil in dichtheid tussen vaste stof en vloeistof en een deeltjesgrootte van micrometers of groter. Het vastestofgehalte van de toevoervloeistof mag 30% tot 60% bedragen.
Als de materiaaldeeltjes, zoals kristallen, tijdens het dehydratieproces mogen breken, kan een schrapercentrifuge worden gekozen. Als de materiaaldeeltjes, zoals kristallen, niet mogen breken, kunnen centrifuges met zuigerontlading, handmatige persing en centrifugale ontladingscentrifuges worden gebruikt. Naast de waterabsorptie van het materiaal zelf, hangt het dehydratatievermogen ook af van de scheidingsfactor, de scheidingstijd, de filtermaaswijdte, de porositeit, de viscositeit van het materiaal, de oppervlaktespanning, de hydrofobiciteit van de filterkoeklaag, enz. van de centrifuge.
Voor deeltjes met een lage vastestofconcentratie, een hoge viscositeit, een fijne deeltjesgrootte of amorf mycelium zijn filtercentrifuges over het algemeen niet geschikt. Omdat de deeltjes te fijn zijn, lekken ze gemakkelijk door het filter en veroorzaken ze materiaallekkage. Een te fijn filter leidt tot een slechte hydrofobiciteit en vermindert de machineverwerkingscapaciteit en de dehydratatieprestaties van de deeltjes. Amorf mycelium en olieachtige deeltjes verstoppen het filter gemakkelijk. Voor deze materialen wordt het gebruik van een sedimentatiecentrifuge zonder filter aanbevolen.
De sedimentatiecentrifuge maakt gebruik van het dichtheidsverschil tussen de vaste en vloeibare fase. In de centrifugaaltechniek heeft de vaste fase een hoge dichtheid en slaat neer op de binnenwand van de centrifugetrommel. Het sediment wordt via de spiraaltransportband in de trommel uit de machine afgevoerd. De vloeibare fase heeft een lage dichtheid en neigt naar het midden van de trommel en stroomt uit de overloop van de machine om het doel van vloeistof-vaste scheiding en ontwatering te bereiken. Dit type machine heeft een hoge scheidingsfactor en geen filter. De vaste-vloeistofscheiding maakt gebruik van het dichtheidsverschil tussen de twee fasen. Het is met name geschikt voor amorf mycelium, olieachtig slib en fijne deeltjes met een hoge viscositeit.
Dit model vereist geen hoog vastestofgehalte in de voeding. Het vastestofgehalte van verschillende materialen kan tussen 1% en 40% (massafractie) liggen. De deeltjesgrootte is micron of groter. Dit type machine heeft echter een slecht waseffect op sediment, een hoger energieverbruik dan een filtercentrifuge en een slechter ontwateringseffect dan een filtercentrifuge.
2. Centrifugale klaring
Klaring verwijst naar het verwijderen van een kleine hoeveelheid vaste fase uit een grote hoeveelheid vloeibare fase. Het wordt veel gebruikt in de farmaceutische, voedingsmiddelen-, dranken- en andere industrieën. Omdat het vastestofgehalte van het materiaal laag is en de deeltjesgrootte klein, is het noodzakelijk om een schijfseparator of buiscentrifuge met een hogere scheidingsfactor te gebruiken. Soms kan ook een precisiefilter of membraanscheiding worden gebruikt.
3. Centrifugale concentratie
Concentratie kan het vastestofgehalte in de suspensie verhogen. Als het vastestofgehalte in de oorspronkelijke suspensie bijvoorbeeld 0,5% droge stof is (massafractie, droge stof is absolute droge stof), wordt het vastestofgehalte met 3% tot 5% droge stof verhoogd door middel van gravitaire sedimentatie, centrifugale sedimentatie of filtratie. Dit proces wordt het concentratieproces genoemd. De vloeistoffase wordt tijdens het concentratieproces sterk verminderd.
Een voorbeeld is de slibconcentratie in stedelijke rioolwaterzuiveringsinstallaties: als 100 m3 secundair slib met een vastestofgehalte van 0,5% droge stof wordt geconcentreerd tot 5% droge stof, moet 90 m³ vloeistof uit 100 m³ secundair slib worden verwijderd om een vastestofgehalte van 5% droge stof te bereiken, waardoor het daaropvolgende slibontwateringsvolume aanzienlijk wordt verminderd. Ook het model en de grootte van de geselecteerde ontwateringsmachine worden dienovereenkomstig verkleind. Veelgebruikte centrifugaalconcentratoren zijn onder andere horizontale spiraalvormige sedimentatiecentrifuges, schijfvormige slakkenscheiders en hydrocyclonen, roterende zeefconcentratoren, enz.
4. Centrifugaalclassificatie
Deeltjesclassificatie is gebaseerd op de verschillende deeltjesgroottes van de deeltjes in de suspensie en hun sedimentatiesnelheden zijn ook verschillend. De methode waarbij verschillende sedimentatiesnelheden worden gebruikt om de deeltjes in de suspensie in twee of meer deeltjesgroepen te verdelen op basis van de deeltjesgrootte, wordt natte classificatie genoemd; de methode waarbij een gasmedium wordt gebruikt voor deeltjesclassificatie wordt droge classificatie genoemd.
Natte centrifugaalclassificatie, veelgebruikte modellen zijn horizontale spiraalvormige sedimentatiecentrifuges. De spiraalvormige afvoerpoort van dit type machine heeft de vorm van een kruisvormige lange groef, zodat de uitlaatpositie van de machinetoevoerbuis axiaal naar voren en naar achteren kan worden bewogen om de sedimentatietijd van de deeltjes te wijzigen. Afhankelijk van het dichtheidsverschil tussen de vaste en vloeibare fase en de kritische deeltjesgrootte (dkp) die vereist is voor classificatie, kunnen de juiste scheidingsfactor, het snelheidsverschil en de uitlaatpositie van de toevoerleiding worden gekozen. Deeltjes groter dan dkp worden als sediment bezonken en afgevoerd via de slakafvoeropening aan het kleine uiteinde van de trommel; deeltjes kleiner dan dkp blijven in de vloeibare fase en volgen de vloeibare fase om via de overloopopening aan het grote uiteinde van de trommel te worden afgevoerd. Dit zorgt voor een continue deeltjesclassificatie. Om een goed classificatie-effect te bereiken, moet de vaste-stof-vloeistofverhouding van de suspensie geschikt zijn en moet tijdens het classificatieproces een geschikte hoeveelheid dispergeermiddel worden toegevoegd om te voorkomen dat kleine deeltjes agglomereren.
Voor deeltjesclassificatie met een zeer klein verwerkingsvolume kan een driepotige sedimentatiecentrifuge worden gekozen, maar de scheidingsfactor hiervan is laag, waardoor kleinere deeltjes niet kunnen worden geclassificeerd.
5. Centrifugale scheiding
Centrifugale scheiding verwijst naar twee- of driefasenscheiding van vloeistof-vloeistof, vloeistof-vloeistof-vast. De fasen moeten echter inhomogene systemen zijn die niet met elkaar mengbaar zijn. Het scheidingsprincipe is gebaseerd op het dichtheidsverschil tussen de fasen. Veelgebruikte methoden zijn onder andere olie-waterscheiding en olie-zeepscheiding in de verwerking van voedingsolie, en olie-water-slakscheiding bij de zuivering van stookolie en smeerolie. De gebruikte centrifuges zijn handmatige schijfslakscheiders en schijfslakzuigerslakscheidingscentrifuges. Voor olie-water-slakscheiding bij de zuivering van palmolie, koolteer en olijfolie worden meestal driefasencentrifuges met horizontale spiraalontlading gebruikt. Voor vloeistof-vloeistof- en vloeistof-vloeistof-vaste stofscheiding in de geneeskunde, voedingsmiddelenindustrie en dranken worden over het algemeen buisscheiders gebruikt vanwege de kleine verwerkingscapaciteit.
