Brzina taloženja

Brzina sedimentacije odnosi se na brzinu kojom se čestice u suspenziji ili suspenziji talože pod utjecajem gravitacije ili centrifugalnih sila. Kada su čestice suspendirane u tekućem mediju, one pokazuju tendenciju taloženja zbog gravitacije ili centrifugalnih sila koje se primjenjuju u strojevima poput centrifuga. Brzina kojom se to događa, poznata kao brzina taloženja, varira ovisno o nekoliko čimbenika, uključujući veličinu čestice, gustoću, oblik i viskoznost tekućine.

Čimbenici koji utječu na brzinu taloženja

Veličina i oblik čestica

Veće i gušće čestice općenito se brže talože zbog povećanih gravitacijskih sila koje djeluju na njih. Oblik čestica također igra ulogu. Sferne čestice imaju tendenciju taloženja brže od čestica nepravilnog oblika. To je zato što se sferne čestice suočavaju s manjim otporom otpora u usporedbi s nesferičnim, što omogućuje brže kretanje kroz tekućinu.

Viskoznost tekućine

Tekućine veće viskoznosti stvaraju veći otpor kretanju čestica, smanjujući brzinu taloženja. U industrijskim procesima odabir prave viskoznosti ključan je za optimizaciju procesa odvajanja i postizanje željene brzine taloženja.

temperatura

Temperatura tekućine može utjecati i na viskoznost tekućine i na ponašanje čestica pri taloženju. Više temperature općenito smanjuju viskoznost, što zauzvrat može povećati brzinu taloženja.

Centrifugalna sila

U centrifugiranju se primjenjuje snažna vanjska sila za povećanje brzine taloženja. Brzina centrifuge, gravitacijsko polje (G-sila) i radijus rotacije utječu na brzinu taloženja čestica u centrifugalnom separatoru. Manipuliranjem ovih parametara, stope sedimentacije mogu se značajno povećati, čineći centrifugiranje moćnom metodom za brzo odvajanje.

Brzina sedimentacije u procesima separacije

Sedimentacija je jedna od najstarijih i jednostavnih tehnika odvajanja. Oslanja se na razliku u gustoći čvrstih čestica i tekuće faze. Ova razlika uzrokuje da se čestice pomiču prema dolje i talože se na dnu posude, dok tekuća faza ostaje iznad. Brzina kojom se to događa izravno utječe na učinkovitost i vrijeme potrebno za odvajanje.

U industrijskoj separaciji, povećanje brzine sedimentacije omogućuje bržu obradu i učinkovitije odvajanje. U procesima kao što je pročišćavanje otpadnih voda, gdje je potrebno ukloniti velike količine mulja, velika brzina taloženja osigurava učinkovito odvajanje kontaminanata iz vode u kratkom vremenu.

Centrifugiranje je uobičajeni proces koji se koristi u industrijama poput proizvodnje hrane i farmaceutskih proizvoda, gdje primjena rotacijskih sila velike brzine dramatično povećava brzinu taloženja. Korištenje centrifugalnih separatora može ubrzati procese odvajanja koji bi inače trajali mnogo dulje u normalnim gravitacijskim uvjetima.

Sile koje djeluju na česticu u taloženju

Nekoliko sila djeluje na čestice tijekom sedimentacije, određujući njihovu brzinu taloženja:

Gravitacijska sila (težina): Sila koja vuče česticu prema dolje zbog Zemljine gravitacije, proporcionalna njezinoj masi.

Sila uzgona: Sila prema gore kojom djeluje tekućina koja se suprotstavlja gravitaciji. Prema Arhimedovom principu, ta je sila jednaka težini istisnute tekućine.

Sila otpora (otpor): otpor koji doživljava čestica dok se kreće kroz tekućinu. Ta sila ovisi o veličini čestice, obliku i viskoznosti tekućine. Stokesov zakon se obično koristi za opisivanje sile otpora za male čestice.

Ravnoteža između tih sila određuje brzinu taloženja. Kada se gravitacijska sila izjednači sa silom uzgona i silom otpora, čestica postiže svoju krajnju brzinu, odnosno brzinu taloženja.

Proračun brzine taloženja

Brzina sedimentacije ili krajnja brzina može se izračunati korištenjem Stokesovog zakona za male sferne čestice u viskoznoj tekućini:

Gdje:
v je brzina sedimentacije (u m/s),
r je polumjer čestice (u metrima),
ρparticle je gustoća čestice (u kg/m³),
ρfluidi je gustoća tekućine (u kg/m³),
η je dinamička viskoznost tekućine (u Pas),
g je ubrzanje gravitacije (9,81 m/s²).

Ova jednadžba je primjenjiva na male, sferne čestice koje se kreću malim brzinama (niski Reynoldsovi brojevi). Za nesferične čestice ili veće brzine potrebni su složeniji modeli.

Izvor
Rausch, W. (2016). Tehnologije odvajanja čestica u kemijskoj i farmaceutskoj industriji. Springer International Publishing.
Flottweg SE. (n.d.). Brzina sedimentacije – pregled i izračun. Preuzeto s Flottweg Separation Technology Wiki
Lowenberg, A. (2009). Osnove centrifugiranja: 2. dio – Taloženje. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
Kuno, H. (2001). Uvod u teoriju gibanja čestica u fluidima. MIT Press.