H17 Bezinken
Bezinken is een bewerkingsmethode om stoffen van elkaar te scheiden d.m.v. verschil in dichtheid, dus door gebruikmaking van de zwaarte-kracht.
Te scheiden zijn:
- Vaste stof – vaste stof
- Vaste stof – vloeistof
- Vloeistof – vloeistof (niet mengbaar)
- Vaste stof – gas
Toepassingen bezinken
Bezinken is relatief goedkoop in die gevallen waarbij de te bezinken stof niet al te groot is. Tevens is het een eenvoudig en weinig storingsgevoelig proces. Het nadeel kan de tijdsduur zijn.’
Drie hoofdgroepen zijn:
- Indikken. Met als doel twee stromen te creëren. Een met een uitstroom die meer vaste stof bevat dan de voeding en een met nagenoeg geen vaste stof deeltjes.
- Klaren. Hierbij wordt het mengsel geheel ontdaan van vaste stof deeltjes. De heldere zuivere stof noemen we het effluent. Het afvoeren hiervan heet decanteren. De vaste stof wordt slib genoemd.
- Scheiden. Is d.m.v. bezinken twee niet met elkaar mengbare stoffen te scheiden.
Floteren
De opwaartse kracht van de vloeistof of gas is nu groter dan het gewicht van de deeltjes. Daardoor komen de deeltjes boven drijven. De af te scheiden deeltjes kunnen nu afgeroomd worden.
De bezinksnelheid.
Factoren die een rol spelen bij de bezinksnelheid zijn:
- De grootte van het deeltje
- De dichtheid van het deeltje
- De vorm van het deeltje
- De oppervlakte van het deeltje
Bezinkinstallaties vaste stof/vloeistof.
De eenvoudigste bezinktank bestaat uit trechtervormige bak waarin het zwaardere materiaal onderin de trechter bezinkt. Hieruit kan het op diverse manieren verwijdert worden.
Dortmundtank: bestaat uit een trechtervormig of peramidevormige “bak” Het bezinksel zakt onderin de trechter en wordt hieruit verwijdert.
Dorr-bezinktank: is een continuwerkende bezinktank en bestaat uit een trechtervormige bak met zwak hellende bodem. Schrapers verplaatsen het bezinksel naar het midden van de tank alwaar het afgevoerd kan worden. De “schone” vloeistof stroomt over de rand en wordt afgevoerd. Wordt veel toegepast bij afvalwaterzuivering.
Rechthoekige bezinktank: werkt op hetzelfde principe als de Dorr-bezinktank. De vorm is rechthoekig en de bodem is vlak. Schrapers verplaatsen het bezinksel naar een slibbak.
Bezinkinstallaties vloeistof/vloeistof.
Apparaten voor het scheiden van vloeistoffen noemt men settlers of separatoren. Door ρ verschil ontstaan twee lagen vloeistof die afzonderlijk afgevoerd kunnen worden. Dit kan continu en discontinu.
Om “zwevende” oliedruppels beter te vangen kunnen afscheiders voorzien worden van een gegolfd platenpakket.
Classificeren: is het opdelen van een gas, vaste stof of vloeistof naar deeltjesgrootte. Om vaste delen van verschillende grootte te kunnen scheiden uit en vloeistof kunnen we dan gebruik maken van een stroomgoot.
Stroomgoot: bestaat uit een serie achter elkaar geplaatste trechters, waar de te bezinken vloeistof overheen stroomt. Door de vorm-verschillen van de goot en daardoor de stroomsnelheid te variëren kunnen bezinkdeeltjes naar grootte gesorteerd worden.
Kegelafscheider: is een classificeer toestel voor het scheiden van vaste stoffen naar grootte. Water komt onderin het apparaat en stroomt langs de kegelwand omhoog. Het te scheiden mengsel komt via een kegelvormige trechter in het midden van de opgaande waterstroom. Zware delen gaan omhoog en licht delen bezinken waarna ze afgevoerd worden.
Windzifter: werkt nagenoeg op dezelfde wijze als de kegelafscheider. De waterstroom is hier echter vervangen door een luchtstroom. Hij wordt o.a. toegepast in de graanindustrie.
Centrifugeren en cycloneren.
Bij een relatief klein ρ (rho) verschil, kunnen stoffen moeilijk van elkaar gescheiden worden. Kunstmatig is de “zwaartekracht” te vergroten d.m.v. centrifugale krachten. Door het mengsel in een trommel snel rond te draaien ontstaan onderlinge grotere “zwaartekracht” verschillen. Hierdoor kan scheiding plaats vinden.
Door gebruik te maken van centrifugale krachten noemen we deze bewerking CENTRIFUGEREN. Het gebruikte toestel heet een centrifuge of separator.
Bij cycloneren wordt gebruik gemaakt van hetzelfde principe. Alleen de trommel staat stil en het te scheiden mengsel draait zelf snel rond in een kegelvormig apparaat.
De centrifugale kracht is een kracht is een kracht die ontstaat als we een deeltjes snel rond draaien. Het is een kracht naar “buiten” toe. We noemen dit ook wel de middelpuntvliedende kracht. De kracht die nodig is om het deeltje nu op zijn plaats te houden is de centripetale kracht ook wel middelpuntzoekende kracht.
Voorwaarden om te kunnen centrifugeren of cycloneren is verschil in ρ tussen de te scheiden stoffen onderling. Onderling te scheiden stoffen kunnen zijn:
- Vast – vloeibaar
- Vloeibaar – vloeibaar
- Gas – vast
Soorten centrifuges.
Centrifuges zijn in twee hoofdgroepen onder te verdelen:
- Filtreercentrifuges ofwel zeefcentrifuges. Ze hebben een doorlatende trommelwand.
- De wand is een zeef. De vloeistof wordt doorgelaten en de vaste stof niet.
- Ze hebben relatief een grote trommeldiameter.
- Het filteroppervlak is groot.
- Het toerental relatief laag.
- Toegepast voor het verwijderen van vloeistof uit een vaste stof.
- De afvoer van de vaste stof gebeurt door schrapers, of door stopzetten van de trommel met de hand.
- Dichtwandcentrifuges. Ze hebben een dicht trommel.
Trommelwanddikte.
Dichte wandcentrifuges hebben een relatief kleine diameter. Dit i.v.m. de grote krachten op de trommel die ontstaan door de hoge toeren-tallen. Filtreercentrifuges hebben een zo groot mogelijk filteroppervlak, vandaar de relatief grote diameter van de trommel. Het toerental moet daarom ook lager zijn.
Kritisch toerental.
Het zwaartepunt van de centrifugetrommel ligt nooit in het midden van de trommelas. Excentrisch gelegen zwaartepunten draaien ook mee en veroorzaken onbalans, dus trillingen tijdens het draaien. Bij bepaalde toerentallen zijn deze trillingen zo groot, dat ze schade kunnen aanrichten aan de centrifuge.
Het toerental waarbij deze trillingen het grootst zijn noemt men het kritische toerental. Hoe groter de trommel, hoe lager het kritische toerental. Bij hogere toerentallen nemen de trillingen weer af. We moeten er dan ook voor zorgen dat we snel door het kritische toerentalgebied heen gaan. Daarom worden trommels bij het stoppen veelal afgeremd.
Filtreercentrifuges algemeen.
Scheiding door centrifugale kracht kunnen we toepassen op mengsels van:
- Vloeistof met daarin een vaste stof.
- Niet mengbare vloeistoffen.
Bij het scheiden van vaste stof uit een vloeistof kan de ρ van de vaste stof zelfs lager zijn dan die van de vloeistof. De vaste stof wordt door het filter tegengehouden, terwijl de vloeistof door de trommelwand verdwijnt.
Filtreercentrifuges met verticale as.
Zwaartepunt pendelcentrifuge. Is een discontinu werkende centrifuge. De trommel is aan drie kolommen verend opgehangen, zodat op deze wijze eventuele onbalans opgevangen kan worden.
Verticale schroefcentrifuge. Is een continu werkende centrifuge. De te scheiden mengsel wordt van bovenaf binnen gebracht en via een draaiende verdeelschroef “rondgeslingerd”. Het mengsel komt dan tegen de filtertrommel. De vaste stof wordt tegengehouden terwijl de vloeistof door de koek en trommelwand afgevoerd wordt. Doordat de verdeelschroef en de trommel en klein toerentalverschil hebben schraapt de buitenkant van de schroef de koek af.
Filtreercentrifuges met horizontale as.
Centrifuges met uitsnijmes. Is een discontinu werkende centrifuge. De cyclus bestaat uit het vullen, centrifugeren, wassen, drogen en uitsnijden van de vaste stof. In bijzondere gevallen kan de centrifuge onder gasdichte omstandigheden werken. Zoals bij het centrifugeren van:
- Brandbare stoffen.
- Het vrij komen van gassen
- Het moeten werken in inerte gasomgeving.
Schuifcentrifuge. Is een continu werkende centrifuge. Via een trechter en een verdeelschijf wordt de te centrifugeren mengsel in de trommel verdeeld. Door de verdeelschijf door de trommel te bewegen schraapt hij het gecentrifugeerde materiaal uit de trommel. Hij kan ook in meertraps uitvoering voorkomen.
Dicht wandcentrifuges algemeen.
Dit type centrifuge wordt gebruikt van het scheiden van:
- Vloeistof – vloeistofmengsels.
- Vloeistof – vaste stofmengsels (slecht filtreerbaar)
Ze werken op het principe van dichtheidsverschil. Meestal zijn ze zo geconstrueerd dat de vloeistoffen over de rand van de trommel weglopen. Ze heten dan ook overloopcentrifuges.
Ook hier wordt onderscheid gemaakt tussen:
- Centrifuges met horizontale as.
- Centrifuges met verticale as.
Dichte wandcentrifuges met verticale as.
Tolcentrifuge. Een semi continu werkende centrifuge.Het vloeistof-vast mengsel stroomt door de centrifuge. Hierbij worden de vaste deltjes naar de wand geslingerd en vormen een koek. Deze dient naderhand verwijdert te worden. Zie fig.18.9.Hij wordt o.a toegepast als oliefilter op grotere motoren. (Centrifugaalfilter)
Dichtwandige filtreercentrifuge. Is een semi continu werkende centrifuge. Het binnenkomende mengsel wordt door in de trommel geplaatste filter gedwongen alvorens de centrifuge te verlaten. De vaste koek moet na verloop van tijd worden verwijdert.
Verticale schilpijpcentrifuge. Is een continu werkende centrifuge voor het scheiden van twee stoffen met een relatief groot ρ verschil. Tijdens het centrifugeren ontstaan twee vloeistoflagen. De buitenste wordt via een schilpijp afgevoerd terwijl de binnenste laag overstroomt uit de trommel.
Dichte wandcentrifuges met horizontale as.
Horizontale overloopcentrifuge met uitsnijmes. Is een discontinu werkende centrifuge. Hij centrifugeert zolang totdat er een vaste koek ontstaan is die eenderde deel van de trommel vult. De aanwezige vloeistof wordt afgetapt via een schilpijp. Waarna een snijmes de koek wegsnijdt. Tijdens normaal gebruik vloeit de gecentrifugeerde weg uit de trommel.
Schroefcentrifuge (decanteercentrifuge). Is een continu werkende centrifuge. Hij bestaat uit een roterende conische schroef in een roterende trommel. De vaste stof wordt tegen de trommelwand geslingerd en via de schroef uiteindelijk afgevoerd.
Schilpijpcentrifuge met uitsnijmes. Is een discontinu werkende centrifuge. Hij werkt op hetzelfde principe als de overloopcentrifuge met uitsnijmes. Met dien verstande dat er geen vloeistof wordt afgetapt. Na vullen blijft hij zolang draaien dat de scheiding compleet is. Daarna wordt de vloeistof afgetapt en later de vaste stof uitgesneden.
Bijzondere centrifuges.
Schotelcentrifuges. Zijn centrifuges uitgerust met schotels. Dit werkt rendementsverhogend, terwijl de scheiding ook beter verloopt. Het nadeel is het schoonmaken van de centrifuge. Er zijn ook uitvoeringen die zelfschietend ofwel lozend zijn om water en andere ongerechtig-heden te verwijderen. Ze werken dan continu. Ze worden veel gebruikt voor het reinigen van smeerolie of het zuiveren van brandstof.
Buiscentrifuges (supercentrifuge). Is een continu werkende centrifuge voor het scheiden van vloeistoffen. Hij werkt met zeer hoge toerentallen in een vacuüm omgeving.Wordt o.a. gebruikt voor het reinigen van olie en vernis.
Gascentrifuges (ultracentrifuges).
Worden o.a. gebruikt bij het verrijken van uranium en vallen buiten de leerstof.
Cyclonen.
Een cycloon is een toestel om vaste deeltjes te verwijderen uit een gas of een vloeistof. Hiervoor wordt het mengsel tangentiaal in een trechtervormig huis gevoerd. Het mengsel krijgt hierdoor een roterende beweging. De vaste deeltjes vallen langs de wand omlaag, terwijl het gas stijgt en bovenaan de trechter afgevoerd wordt. Ze worden veelal gebruikt om grote hoeveelheden lucht te reinigen. Tevens worden ze gebruikt om stoffen die door een luchtstroom getransporteerd worden van elkaar te scheiden.
