탈수 및 정화의 본질은 현탁액의 고액 분리입니다.탈수는 고상에서 액상을 제거하는 것이고 정화는 액상에서 고상을 제거하는 것입니다.농축은 현탁액에서 고상의 농도를 높이는 것이고, 분류는 현탁액에서 서로 다른 입자 크기의 입자를 특정 임계 입자 크기 dkp를 기준으로 dkp보다 크고 dkp보다 작은 두 그룹으로 나누는 것입니다.분리는 일반적으로 두 개의 섞이지 않는 액상의 분리를 의미합니다.액체-액체 두 상이 연속상인 경우 두 상의 분리는 밀도에만 관련이 있습니다.한 상이 연속상이고 다른 상이 분산상인 경우 에멀젼의 분리를 구성합니다.에멀젼의 두 상 분리는 밀도 차이뿐만 아니라 분산상의 소적 크기, 표면 장력 및 기타 요인과 관련이 있으며 분리가 어렵습니다. 원심분리는 물리적인 공정이며, 분리의 난이도는 재료의 물성과 원심분리기의 분리 특성에 따라 달라집니다.
1. 원심탈수
원심탈수는 여과 원심분리기와 침전 원심분리기 두 가지 유형으로 수행할 수 있습니다.
여과 원심분리기는 필터 스크린 및 침전 스크린과 같은 여과 매체를 사용하여 원심력으로 고체 입자를 필터 스크린에 고정하고, 액체는 필터 스크린을 통해 배출되어 고액 분리를 달성합니다. 이 유형의 기계는 에너지 소비가 적고, 세척 가능한 필터 케이크, 높은 고형 입자 탈수율을 제공합니다. 고액 밀도 차이가 작고 입자 크기가 미크론 이상인 재료 입자에 적합하며, 공급 액체 고형분 함량은 30%~60%가 허용됩니다.
탈수 과정에서 결정과 같은 재료 입자가 깨지는 경우, 스크레이퍼 언로딩 원심분리기를 선택할 수 있습니다. 결정과 같은 물질 입자가 파괴되지 않는 경우, 피스톤 방식 원심분리기, 수동 푸싱 방식 원심분리기, 원심분리기 탈수 방식을 선택할 수 있습니다. 물질 자체의 수분 흡수율 외에도, 탈수 성능은 원심분리기의 분리 계수, 분리 시간, 필터 메시 구경, 기공률, 물질의 점도, 표면 장력, 필터 케이크 층의 소수성 등과 관련이 있습니다.
고형분 농도가 낮거나, 점도가 높거나, 입자 크기가 미세하거나, 무정형 균사체를 가진 입자의 경우, 필터 원심분리기는 일반적으로 적합하지 않습니다. 입자가 너무 미세하면 필터를 통과하기 쉽고 물질 누출을 유발할 수 있습니다. 필터가 너무 미세하면 소수성이 떨어져 기계 처리 용량과 입자 탈수 성능이 저하됩니다. 무정형 균사체와 유성 입자는 필터를 쉽게 막히게 합니다. 이러한 물질의 경우, 필터가 없는 침전 원심분리기를 사용하는 것이 좋습니다.
침전 원심분리기는 고상과 액상 간의 밀도 차이를 이용합니다. 원심분리기에서 고상은 높은 밀도를 가지며 원심분리기 드럼 내벽에 침전됩니다. 침전물은 드럼 내부의 나선형 컨베이어를 통해 기계 밖으로 배출됩니다. 액상은 밀도가 낮아 드럼 중앙으로 모여 기계의 오버플로우 포트를 통해 배출되어 액-고체 분리 및 탈수 목적을 달성합니다. 이 유형의 기계는 분리 계수가 높고 필터가 없습니다. 고상-액체 분리는 두 상 간의 밀도 차이를 이용합니다. 특히 비정질 균사체, 유성 슬러지 및 점도가 높은 미립자에 적합합니다.
이 모델은 공급원료에 높은 고형분 함량이 필요하지 않습니다. 다양한 물질의 고형분 함량은 1%에서 40%(질량 분율) 사이일 수 있습니다. 입자 크기는 미크론 이상입니다. 그러나 이러한 유형의 기계는 침전물 세척 효과가 낮고, 여과 원심분리기보다 에너지 소비량이 높으며, 탈수 효과가 떨어집니다.
2. 원심분리
정화는 다량의 액상에서 소량의 고형물을 제거하는 것을 의미합니다. 제약, 식품, 음료 및 기타 산업에서 널리 사용됩니다. 물질의 고형물 함량이 낮고 입자 크기가 작기 때문에 분리를 위해 분리 계수가 높은 디스크 분리기 또는 관형 원심분리기를 사용해야 합니다. 경우에 따라 정밀 필터 또는 멤브레인 분리를 사용할 수도 있습니다.
3. 원심 농축
농축은 현탁액의 고형분 함량을 증가시킬 수 있습니다. 예를 들어, 원래 현탁액의 고형분 함량이 0.5% ds(질량 분율, ds는 건조 고형분, 절대 건조 고형분을 의미)인 경우, 중력 침전, 원심 침전 또는 여과를 통해 고형분 함량을 3%~5% ds까지 증가시킵니다. 이 과정을 농축 과정이라고 하며, 농축 과정에서 액상은 크게 감소합니다.
예를 들어, 도시 하수 처리장의 슬러지 농축을 예로 들어 보겠습니다. 고형분 함량이 0.5% ds인 2차 슬러지 100m³를 5% ds로 농축할 경우, 고형분 함량 5% ds를 달성하기 위해 2차 슬러지 100m³에서 90m³의 액체를 제거해야 합니다. 따라서 후속 슬러지 탈수량이 크게 감소하고, 선택된 탈수기의 모델과 크기도 그에 따라 감소합니다. 일반적으로 사용되는 원심 농축기로는 수평 나선형 언로딩 침전 원심분리기, 디스크 노즐 슬래그 분리기 및 하이드로사이클론, 회전 스크린 농축기 등이 있습니다.
4. 원심 분류
입자 분류는 현탁액 내 입자의 입자 크기와 침전 속도의 차이에 따라 이루어집니다. 다양한 침전 속도를 사용하여 현탁액 내 입자를 입자 크기에 따라 두 개 이상의 입자 그룹으로 나누는 방법을 습식 분류라고 하며, 기체 매질을 사용하여 입자를 분류하는 방법을 건식 분류라고 합니다.
습식 원심 분류에서 일반적으로 사용되는 모델에는 수평 나선형 언로딩 침전 원심분리기가 있으며, 이 유형의 기계는 나선형 배출구가 십자형 긴 홈 형태로 되어 있어 기계 공급관의 배출 위치를 축 방향으로 앞뒤로 이동하여 입자 침전 시간을 변경할 수 있습니다. 고상과 액상 간의 밀도 차이와 분급에 필요한 임계 입자 크기(dkp)에 따라 적절한 분리 계수, 차속, 공급관의 출구 위치를 선택하여 dkp보다 큰 입자는 침전물로 침전되어 드럼 하단의 슬래그 배출구에서 배출되고, dkp보다 작은 입자는 액상에 남아 액상을 따라 드럼 상단의 오버플로우 배출구에서 배출되어 연속적인 입자 분급을 달성할 수 있습니다. 우수한 분급 효과를 얻으려면 현탁액의 고액 비가 적절해야 하며, 분급 과정에서 작은 입자의 응집을 방지하기 위해 적절한 양의 분산제를 첨가해야 합니다.
처리량이 매우 작은 입자 분급의 경우, 3각 침강 원심분리기를 선택할 수 있지만, 분리 계수가 낮아 작은 입자는 분급할 수 없습니다.
5. 원심 분리
원심 분리는 액체-액체, 액체-액체-고체의 2상 또는 3상 분리를 의미합니다. 단, 각 상은 서로 섞이지 않는 불균일계여야 합니다. 분리 원리는 상 간의 밀도 차이를 이용하는 것입니다. 일반적인 분리 방법으로는 식품 가공 시 유수 분리 및 유비누 분리, 연료유 및 윤활유 정제 시 유수 슬래그 분리가 있습니다. 사용되는 원심 분리기는 디스크형 수동 슬래그 분리기와 디스크형 피스톤 슬래그 분리 원심 분리기입니다. 팜유, 콜타르, 올리브유 정제 시 유수 슬래그 분리에는 수평 나선형 언로딩 3상 원심 분리기가 주로 사용됩니다. 의약품, 식품, 음료 분야의 액액 분리 및 액액고체 분리에는 처리 용량이 작기 때문에 일반적으로 관형 분리기가 사용됩니다.