Was ist ein Zentrifugalkonzentrator?
Ein Zentrifugalkonzentrator ist ein Gerät, das die Zentrifugalkraft auf eine Probe in Lösung unter reduziertem Druck ausübt, um das Lösungsmittel zu verdampfen und die Probe zu konzentrieren.
Er besteht im Allgemeinen aus einer Zentrifugalkammer, einer Kühlkammer und einer Dekompressionseinheit.
Anwendungen von Zentrifugalkonzentratoren
Zentrifugalkonzentratoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie den Siedepunkt des Lösungsmittels in der Probe während der Konzentration herabsetzen und eine Zentrifugalkraft auf die Probe ausüben, um ein Herausschleudern des Lösungsmittels, Schaumbildung usw. zu verhindern. Dies bedeutet, dass der durch Erhitzen oder Sieden verursachte Probenverlust verringert werden kann, was sie für die Konzentration von Proben für die Mikroanalyse geeignet macht, bei der sehr kleine Probenmengen verwendet werden.
Sie werden zur Konzentrierung von DNA, RNA und Peptiden sowie zur Vorbereitung anderer Anwendungen verwendet, die eine Konzentration und Trocknung erfordern. Sie werden auch in vielen Bereichen für die Konzentration von Lösungsmittel- und Wassermischungen, Rückstandsanalysen, toxikologische Untersuchungen und Forensik, kombinatorische Chemie, Lebensmittelanalyse und Umweltanalyse eingesetzt.
Funktionsweise der Zentrifugalkonzentratoren
Zentrifugalkonzentratoren, die für die Mikroanalyse und andere Anwendungen eingesetzt werden, zeichnen sich dadurch aus, dass sie die drei Aggregatzustände zur Konzentration von Proben nutzen. Konkret wird das Lösungsmittel in der Probe unter vermindertem Druck bei einer niedrigeren Temperatur als unter atmosphärischen Bedingungen verdampft, verdampft und aufgefangen, und die Probe wird konzentriert, indem die Menge des Lösungsmittels in der Probe verringert wird. Die Mindestausstattung eines Zentrifugalkonzentrators besteht daher aus einer Zentrifugalkammer, einer Kühlkammer und einer Druckreduziervorrichtung wie einer Vakuumpumpe.
Bei Zentrifugalkonzentratoren wird der Druck in der Zentrifugalkammer durch eine Dekompressionsvorrichtung gesenkt, während die flüssige Probe in die Zentrifugalkammer gegeben wird. Durch den verminderten Druck wird der Siedepunkt der Substanz und damit auch der Siedepunkt des in der Probe enthaltenen Lösungsmittels in der Zentrifugalkammer gesenkt. Die Verdampfung des Lösungsmittels ist daher bei niedrigeren Temperaturen als unter atmosphärischen Bedingungen möglich.
Das verdampfte Lösungsmittel gelangt in die Kühlkammer, wo es gekühlt und aufgefangen wird. An diesem Punkt wird die Probe erwärmt, was die Verdampfung des Lösungsmittels fördert und das Gefrieren des Lösungsmittels verhindert, das bei der Druckentlastung auftritt. Der Druck an der Probenoberfläche in der Zentrifugenkammer ist derselbe wie in der druckentlasteten Zentrifugenkammer. Die Zentrifugalkraft, die im Zentrifugalkonzentratoren auf die Probe einwirkt, erzeugt einen Druckgradienten innerhalb der Probe, wobei der Druck umso höher ist, je tiefer die Probe liegt.
Wenn der Druck in der Zentrifugenkammer gut kontrolliert wird, hat daher nur die Oberfläche der Probe einen Siedepunkt bei reduziertem Druck und nur die Oberfläche siedet, ohne dass das Innere der Probe siedet, wodurch ein eutektisches Sieden, bei dem das Innere siedet, verhindert wird.
Weitere Informationen zu Zentrifugalkonzentratoren
1. Schlammkonzentration durch Zentrifugalkonzentratoren
Zentrifugalkonzentratoren werden hauptsächlich in Bereichen wie der Mikroanalyse eingesetzt, in den letzten Jahren aber auch bei der Klärschlammbehandlung. Bei den Klärschlämmen setzt sich der Schlamm aus dem ersten Absetzbecken leicht ab und kann durch Schwerkraftabsetzung leicht eingedickt werden.
Der Schlamm im Nachklärbecken (insbesondere der Überschussschlamm) setzt sich jedoch nicht so leicht ab, so dass es schwierig ist, den Schlamm durch Schwerkraftabsetzen zu konzentrieren. Daher werden Zentrifugalkonzentratoren als eine Art mechanisches Schlammeindickungsverfahren (mechanisches Eindickungsverfahren) eingesetzt. Zu den mechanischen Eindickungsmethoden gehören auch atmosphärische Druckschwimmeindicker und Bandfiltrationseindicker.
2. Aufbau und Funktionsweise von Zentrifugalkonzentratoren für die Schlammeindickung
Zentrifugalkonzentratoren für die Schlammeindickung dicken den Überschussschlamm durch Zentrifugalkraft ein. Zu diesem Zeitpunkt wird keine Druckentlastung durchgeführt. Zentrifugalkonzentratoren für die Schlammeindickung sind so aufgebaut, dass der äußere Zylinder und der innere Zylinder mit Schnecke um das Schlammzuführungsrohr rotieren, wobei eine konstante Rotationsdifferenz zwischen ihnen aufrechterhalten wird.
Dieser Rotationsunterschied wird beispielsweise auf drei bis acht Umdrehungen eingestellt, wobei sich der innere Zylinder mit der Schnecke etwas langsamer dreht. Der Schlamm wird zunächst durch das Schlammzuführungsrohr des Zentrifugalkonzentrators in den äußeren Zylinder geleitet. Bevor der Schlamm dem Zentrifugalkonzentratoren zugeführt wird, werden in der Regel Flockungshilfsmittel oder andere Mittel zugegeben.
Der Außenzylinder dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, und der Schlamm wird der Zentrifugalkraft ausgesetzt, was aufgrund des Unterschieds im spezifischen Gewicht von Wasser und Feststoffen zur Sedimentation und Abtrennung führt, wodurch sich der eingedickte Schlamm im Außenzylinder ansammelt. An diesem Punkt besteht ein Rotationsunterschied zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder, wobei sich der innere Zylinder etwas langsamer dreht, so dass der abgelagerte konzentrierte Schlamm abgekratzt und durch eine am inneren Zylinder angebrachte Schnecke herausgeschoben und ausgetragen wird.
Solche Zentrifugalkonzentratoren können beispielsweise zur Eindickung von Schlämmen mit einer Konzentration von 1 % oder weniger auf 4-6 % eingesetzt werden.
