بررسی و تحلیل عملکرد دینامیک دستگاه سانتریفیوژ پوشر دومرحله‌ای

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسنده
مهدی جعفری وردنجانی
استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
10.22034/stme.2024.481489.1080
چکیده
جداسازی و فیلتراسیون مکانیکی فازهای جامد و مایع به کمک دستگاه سانتریفیوژ پوشر، عملیاتی متداول در صنایع مختلف به شمار می‌رود. آنچه در مطالعه حاضر مدنظر است، تحلیل ساختار و عملکرد دینامیک دستگاه سانتریفیوژ پوشر دومرحله‌ای است. در این راستا تحلیل این فرآیند در قالب سه فاز تحلیل مودال، تحلیل رفتار ذرّات، و تحلیل دینامیک حالت گذرا انجام ‌شده‌است. نتایج تحلیل مودال نشان داده‌است که حاشیه ایمنی به‌دست‌آمده درزمینة وقوع تشدید برای مجموعه و زیرمجموعه سبد داخلی ناشی از نیروهای اینرسی خطی و دورانی 40% بوده است. همچنین بر اساس نتایج تحلیل دینامیک گذرا مدّت زمان پایداری رفتار ذرّات در حدود s 5.5  یا 68% مدّت زمان تغذیه ذرّات، جابجایی حداکثر در نقطه بحرانی زیرمجموعه سبد داخلی حداکثرmm  1.3 ، و تنش بحرانی واردشده بر آن در حدود MPa  70 است؛ که به معنای استحکام مکانیکی قابل‌قبول مجموعه در مقابل تنش‌ها و کرنش‌های ناشی از عملکرد دستگاه است. آنچه با توجّه به نتایج تحلیل انجام‌شده می‌توان استنباط نمود، توصیه بر حفظ حرکت دورانی حداکثر (rad/s 36.68) و عدم‌تغییر قابل توجّه نرخ تغذیه ذرّات نسبت به مقدار مشخص‌شده (kg/s 0.56) می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
سانتریفیوژ پوشر
تحلیل دینامیک
تحلیل مودال
موضوعات

عنوان مقاله English

Analytical Evaluation of 2-stage Pusher Centrifuge Dynamic Performance

نویسنده English

Mehdi Jafari Vardanjani
Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, National University of Skills (NUS), Tehran, Iran
چکیده English

Mechanical filtration of solid and liquid phases with the help of centrifuge mechanism is a common operation in industries particularly for salt dehydration. The process is mainly based on the centrifuge action between particles and fluids. Currently most of the studies have been performed on single-stage centrifuges while there it is required to know and analyze the behavior of the multi-stage pusher centrifuges in order to optimize their efficiency. The structure and dynamic performance of the two-stage pusher centrifuge device has been analyzed in the current study in three phases: modal, particle behavior, and transient state dynamics analysis. The results of the modal analysis have demonstrated that the safety margin obtained in the context of the resonance occurrence for the internal basket set and subset due to linear and rotational inertial forces has been 40%. Based on the results of the transient dynamics analysis, the stability of the particle behavior has been about 5.5 s or 68% of the particle feeding time, the maximum displacement at the critical point of the inner basket subset has been 0.51 mm, and the critical stress value has been about 27 MPa; which has been acceptable in terms of mechanical strength of the assembly versus the stresses and strains caused by the operation of the device. Thus, it is recommended based on the results to maintain the maximum rotational motion (36.68 rad/s) and no significant change in the particle feeding rate compared to the specified value (0.56 kg/s).

کلیدواژه‌ها English

Pusher centrifuge
Dynamic analysis
Modal analysis
[1]  Ergun, S. and A.A. Orning, Fluid Flow through Randomly Packed Columns and Fluidized Beds. Industrial & Engineering Chemistry, 1949. 41(6): p. 1179-1184.
[2]  Leung, W.W.F., Industrial Centrifugation Technology. 1998: McGraw-Hill Education.
[3]  Romani Fernández, X. and H. Nirschl, Multiphase CFD Simulation of a Solid Bowl Centrifuge. Chemical Engineering & Technology, 2009. 32: p. 719-725.
[4]  Stahl, S., L.-E. Spelter, and H. Nirschl, Investigations on the Separation Efficiency of Tubular Bowl Centrifuges. Chemical Engineering & Technology, 2008. 31(11): p. 1577-1583.
[5]  Ambler, C.M., The theory of scaling up laboratory data for the sedimentation type centrifuge. Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering, 1959. 1(2): p. 185-205.
[6]  Pang, C., et al., Simulating multiphase flow in a two-stage pusher centrifuge using computational fluid dynamics. Frontiers of Chemical Science and Engineering, 2012. 6(3): p. 329-338.
[7]  Bürger, R. and F. Concha, Settling velocities of particulate systems: 12. International Journal of Mineral Processing - INT J MINER PROCESS, 2001. 63: p. 115-145.
[8]  Yan, F. and B. Farouk, Numerical Simulations of Flows Inside a Partially Filled Centrifuge. Journal of Fluids Engineering, 2003. 125: p. 1033.
[9]  Anlauf, H., Recent developments in centrifuge technology. Separation and Purification Technology, 2007. 58(2): p. 242-246.
[10] Wang, Y., et al., CFD simulations of membrane filtration zone in a submerged hollow fibre membrane bioreactor using a porous media approach. Journal of Membrane Science, 2010. 363(1): p. 57-66.
[11] Ferry, J. and S. Balachandar, A fast Eulerian method for disperse two-phase flow. International Journal of Multiphase Flow, 2001. 27: p. 1199-1226.
[12] Wakeman, R.J., Modelling slurry dewatering and cake growth in filtering centrifuges. Filtration & Separation, 1994. 31(1): p. 75-81.
[13] Kutz, M., Handbook of Materials Selection. 2002: Wiley.
[14] Chapter 11 - Centrifugal Separations, in Coulson and Richardson's Chemical Engineering (Sixth Edition), R. Chhabra and M.G. Basavaraj, Editors. 2019, Butterworth-Heinemann. p. 627-656.
[15] Pusher centrifuge technology evolves. Filtration + Separation, 2021. 58(2): p. 18-20.
[16] Brouwers, J.J.H., Innovative Methods of Centrifugal Separation. Separations, 2023. 10(3): p. 181.
[17] Anlauf, H. and J.A. Sorrentino, The Influence of Particle Collective Characteristics on Cake Filtration Results. Chemical Engineering & Technology, 2004. 27(10): p. 1080-1084.
[18] Bentz, M., O. Hartmetz, and W. Stahl, Particle Destruction Effects in Pusher Centrifuges during Solids-Liquid Separation. Chemical Engineering & Technology, 2004. 27(10): p. 1075-1080.
[19] Deshmukh, S. and J. Joshi, Flow Visualization and Three-Dimensional CFD Simulation of the Annular Region of an Annular Centrifugal Extractor. Industrial & Engineering Chemistry Research - IND ENG CHEM RES, 2007. 47.
[20] Leung, W.W.F. and A.H. Shapiro, Improved design of conical accelerators for decanter and pusher centrifuges. Filtration & Separation, 1996. 33(8): p. 735-738.
[21] Records, A. and K. Sutherland, Decanter Centrifuge Handbook. 2001: Elsevier Science.
 

  • تاریخ دریافت 15 مهر 1403
  • تاریخ بازنگری 11 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 11 دی 1403
  • تاریخ اولین انتشار 11 دی 1403
  • تاریخ انتشار 31 شهریور 1403