Классификация неоднородных систем

Неоднородные системы состоят, по меньшей мере, из двух фаз: внутренней или дисперсной фазы, находящейся в тонко раздробленном состоянии, и внешней фазы или дисперсионной среды, окружающей частицы внутренней дисперсной фазы.

В процессах осаждения и фильтрования обрабатываются следующие неоднородные системы:

1. АЭРОЗОЛИ( системы, в которых дисперсионной средой служит газ, а дисперсной – твердые или жидкие частицы):

- Пыль – система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц, размером 5-50 мкм (1мкм=10^-3мм), она образуется преимущественно при дроблении и транспорте твердых материалов.

- Дым – система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 0,3-5 мкм, получающихся при конденсации и отвердевании.

- Туман - система, состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размерами 0,3-3 мкм, образовавшихся в результате конденсации.

2. СУСПЕНЗИЯ – система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров взвешенных частиц различают суспензии: грубые с частицами размером >100 мкм; тонкие, твердые частицы которых имею размеры 100-0,1 мкм, и коллоидные растворы, содержащие твердые частицы размерами 0,1 мкм и меньше.

3. ЭМУЛЬСИЯ –система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой. Величина частиц дисперсной фазы колеблется в довольно широких пределах.

3, ПЕНА - система, состоящая из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа.

Неоднородные системы характеризуются весовым или объемным соотношением дисперсной и дисперсионной фаз и размерами частиц дисперсной фазы. Принято использовать характеристику, называемую фракционный или дисперсный состав (процент содержания частиц различного размера).

Осаждение

Осаждение – разделение жидких или газовых неоднородных систем путем выделения из жидкой или газовой фазы твердых или жидких взвешенных частиц; такое выделение может осуществляться под действием сил тяжести (отстаивание), центробежной силы (циклонный процесс или отстойное центрифугирование), а также под действием сил электрического поля (электроочистка).

ОТСТАИВАНИЕ

Отстаивание (О) применяют для разделения пылей, суспензий и эмульсий. Из-за небольшой скорости осаждения взвешенных частиц О применяют для частичного разделения неоднородных систем (НС): пылей, суспензий и эмульсий. Преимущества процесса – простое аппаратурное оформление и малые энергетические затраты.

Движущая сила процесса – сила тяжести.

Сущность О заключается в том, что НС пропускается через камеру (рис. 4.4), на дно которой под действием сил тяжести осаждаются взвешенные частицы. При отстаивании

		Рис. 4.4. К определению производительности отстойника

должны соблюдаться два основных требования: 1)время пребывания элементов потока в аппарате должно быть равно или больше времени осаждения частиц; линейная скорость потока в аппарате должна быть значительно меньше, чем скорость осаждения.

Несоблюдение первого приводит к тому, что частицы не успевают осесть, а второго – к тому, что возникающие вихревые токи поднимают осаждающиеся частицы.

Установим связь между производительностью отстойной камеры и ее размерами. Обозначим (рис. 4.4):

V_сек– производительность камеры м³/сек;

w₀ – скорость осаждения частицы в м/сек;

t₀ – время осаждения частицы в сек;

w – линейная скорость потока в аппарате в м/сек;

a, b, h – размеры камеры в м.

Рабочий объем аппарата может быть определен по уравнению:

V_р = a × b × h = V_сек× t₀ (4.1)

Но t_{0 =} h/w₀ , тогда

V_сек = a × b ×w₀ (4.2)

Произведение a × b = F есть площадь осаждения и, следовательно, производительность отстойного аппарата равна произведению площади осаждения на скорость осаждения. Скорость осаждения, необходимая для расчета определяется закономерностями гидрокинетики через критериальное уравнение, связывающее критерии Рейнольдса и Архимеда.

Аппараты, предназначенные для проведения процессов отстаивания, обычно называются отстойниками.

Отстойники для пьлей.Все отстойники для пылей являются непрерывно действующими или полунепрерывно действующими аппаратами. Газовий поток проходит через аппарат непрерывно, а осевшая пыль выгружается из него или непрерывно, или периодически.

Простейшим отстойником является отстойннй газоход — расширенная часть

-Рис. 4.5. Отстойный газоход: 1 — перегородка; 2 — сбор- ник пыли.

газопровода (рис. 4.5.). Отстойннй газоход снабжается перегородками 1 и сборниками пыли 2. Благодаря наличию перегородок газовый поток завихряется и возникающие при атом центробежные силы способствуют осаждению частиц пыли. Из сборников пыль выгружается периодически.

Отстойники для суспензий.Отстойники для суспензий работают как полупепрернвно действующие или непрернвно действующие аппараты.

На рис. 4.6. показан непрернвно действующий отстойник с гребками. В производствешшх условиях такой отстойник является наиболее рентабельным. Суспензия поступает в верхнюю часть аппарата, осветленная жидкость выводится через кольцевой желоб 2, осадок собирается в нижней части аппарата. Гребок 1, совершающий

0,02—0,5 оборота в 1 мин, разрыхляет осадок и перемещает его по дну к разгрузочному штуцеру в центре отстойника.

Рис. 4.6. Непрернвно действующий отстойник с гребком: І — гребок; 2 — кольцевой желоб; 3— привод

Удаляемнй из отстойников осадок содержит много жидкости. Эта жидкость в большинстве случаев является ценным продуктом, позтому ее необходимо извлекать из осадка. Извлечение жидкости из осадка в процессе непрерывного отстаивания достигается в установке для про-тивоточной промывки

Отстойники для амульсийразличают периодического и непрернвного действия.

Непрерывно действующий отстойник для эмульсий представляет собой цилиндрическую емкость, снабженную вводным и выводньм патрубками. Змульсия вводится в среднюю часть аппарата между двумя перфорированньши перегородами. После расслаивания легкая жидкость удаляется из аппарата через верхний отводннй патрубок, а тяжелая — через нижний.

В заключение отметим, что конструктор отстойной аппаратуры имеет незначительные возможности для интенсификации процесса. Единственннм путем интенсификации является увеличение площади осаждения, что достигается размещением в аппарате большого числа полок.