Методы повышения эффективности разделения неоднородных систем

Производительность аппаратов по разделению НС зависит
от скорости осаждения частицы, а скорость осаждения – от её диаметра.

Увеличение скорости осаждения может быть частично достигнуто
с уменьшением вязкости дисперсионной среды. Нагрев среды с этой целью экономически невыгоден, добавка химреактивов вызывает дополнительные трудности. Укрупнение частиц может быть достигнуто коагуляцией.

Коагуляция – процесс слипания частиц НС. Процесс реализуется при добавлении в НС коагулянтов, перемешиванием НС и другими способами.

Коагуляция особенно желательна в тех случаях, когда НС необходимо отделить от устойчивой взвеси весьма мелких или коллоидных систем.

Флокуляция. Разновидностью коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии
в НС, образуют рыхлые хлопьевидные агрегаты – флокулы.

Классификация – разделение полидисперсных твердых частиц на отдельные фракции. Разделение частиц одной фракции НС можно организовать легче и дешевле.

Магнитная обработка ЖНС – перспективный метод разделения. Вода, обработанная в магнитном поле, в течение длительного времени сохраняет измененные свойства, например, пониженную смачиваемую способность. Уменьшение сил поверхностного натяжения приводит
к улучшению процесса разделения твердой частицы.

Флотация. Разделение ЖНС можно выполнить флотацией. Флотация – процесс прилипания пузырьков воздуха к плохо смачиваемым (гидрофобным) частицам. Пузырьки (пена) с частицами удаляются
с поверхности жидкой фазы. При этом плохо смачиваемые (гидрофобные) частицы разделяются от хорошо смачиваемых (гидрофильных), которые оседают на дно аппарата.

Контрольные вопросы

1. Перечислите признаки, по которым различают НС.

2. Какие движущие силы используют при разделении ЖНС и ГНС?

3. Где движущая сила процесса больше: при осаждении твердой частицы в жидкости или в воздухе?

4. Под действием каких сил может проводиться осаждение?

5. В каких случаях используют мокрое осаждение ГНС?

6. Почему очень мелкие частицы нельзя отделить осаждением?

7. Чем отличается центробежное осаждение от гравитационного?

8. Опишите особенности инерционного осаждения.

9. Как определить скорость осаждения твердых частиц и капель жидкости, есть ли разница в гидродинамике их обтекания, если есть,
то какая?

10. В каких случаях вместо одного циклона применяют батарейные циклоны?

11. В каких случаях применяют сверхцентрифуги?

12. В каких случаях применяют осадительные центрифуги?

13. Как устроены скрубберы и какова их эффективность?

14. Перечислите основные факторы, которые следует учитывать
при выборе аппарата для разделения НС.

15. Почему рукавные фильтры непригодны для очистки влажных ГНС?

16. В каких случаях применяют электроочистку газов?

17. Особенности процесса фильтрования, основные характеристики этого процесса.

18. Как организуются технологические процессы фильтрования
при и ?

19. Как сказывается сжимаемость осадка при выборе рабочего давления при фильтровании?

20. В чем заключается технологический расчет фильтрующих центрифуг?

21. Каковы основные достоинства нутч-фильтров, работающих
при и вакууме?

22. Опишите устройство и принцип работы пресс-фильтра.

23. Приведите примеры фильтрующих центрифуг периодического действия и опишите принцип их работы.

24. Приведите примеры фильтрующих центрифуг непрерывного действия и опишите принцип их работы.

25. Опишите методы повышения эффективности разделения НС.

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

Перемешиванием называется процесс непрерывного обновления поверхностей взаимного соприкосновения материальных частиц.

В зависимости от агрегатного состояния и физических свойств фаз, участвующих в процессе перемешивания, различают:

– перемешивание в жидкой среде;

– перемешивание сыпучих тел;

– перемешивание пластических (пастообразных) тел;

– перемешивание газов (паров) и жидкостей.

Перемешивание сыпучих и пластических тел иногда называют смешением.

Цели процесса перемешивания:

– получение однородных гомогенных или гетерогенных систем – растворов, суспензий, эмульсий;

– интенсификация тепло- и массообменных процессов в гомогенных и гетерогенных системах;

– интенсификация химических реакций.

Процесс перемешивания характеризуется интенсивностью
и эффективностью, а также расходом энергии на его проведение.

Интенсивность перемешивания.Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии, подводимой к единице объема (массы) перемешиваемой среды за единицу времени. Интенсивность перемешивания обусловлена характером движения среды в аппарате. Повышение интенсивности перемешивания всегда связано с увеличением энергозатрат, а технологический эффект от перемешивания имеет определенные пределы. Поэтому интенсивность перемешивания следует определять исходя из условий достижения максимального технологического эффекта при минимальных энергозатратах.

Эффективность перемешивания – это технологический эффект процесса перемешивания, характеризующий качество проведения процесса. В зависимости от назначения перемешивания эту характеристику выражают различным образом. При использовании перемешивания для интенсификации тепло-, массообменных и химических процессов его эффективность можно выражать соотношением кинетических коэффициентов при перемешивании и без него.
При получении однородных гомогенных и гетерогенных систем эффективность характеризуется равномерностью распределения (степени однородности) фаз в этих системах. Перемешивание резко увеличивает коэффициент тепло- и массоотдачи дисперсионной среды.

Оценим степень однородности системы. Пусть степень однородности системы характеризуется некоторым параметром x (например, температура или концентрация). При достижении полностью однородной массы этот параметр во всех точках объема был бы одинаковым, равным .
В действительности пробы, взятые в разных точках объема, могут иметь различные значения . Тогда в качестве характеристики неоднородности можно принять относительное значение среднеквадратичного отношения параметра x от в пределах взятых проб.

(5.1)

Для вполне однородной массы .

В промышленности наибольшее распространение получил процесс перемешивания в жидкой среде.