Осаждение. Осаждение в гравитационном поле (отстаивание). Интенсификация процесса осаждения. Осаждение в центробежном поле

Осаждение

 

Это процесс разделения суспензии, эмульсии или аэрозоли в гравитационном, центробежном и электрических полях.

Осаждение
Движущая сила (определяется действием сил)
Массовые силы		Электростатические – необходимое условие различие разрядов.
Сила тяжести	Центробежные силы
ρ тв. част. ≠ ρ среды

 

Осаждение в гравитационном поле (отстаивание)

Когда частица будет в равновесии:

  

 – скорость осаждения шарообразной одиночной частицы, м/с

Для ламинарного режима

Скорость осаждения можно определить методом последовательных приближений. С начала задаются числом Re, определяют сопротивление, скорость осаждения w_ос. , и через скорость осаждения рассчитывают модифицированный критерий Re_м.

,

где m_ср – коэффициент вязкости сплошной среды, Па∙ с;

Если частица не шарообразной формы, то вводится фактор Формы:

,

который представляет собой отношение поверхности частицы к поверхности шара , имеющего такой же объем, что и частица.

Одиночная частица – «свободное осаждение», стесненное осаждение – это когда на частицу оказывают влияние другие частицы:

W_{стесн. ос.} = 0, 5× w_{своб. ос.}

Интенсификация процесса осаждения

Скорость осаждения зависит

1. от диаметра частиц: ↑ d_ч, следовательно w_ос. ↑, (для увеличения диаметра частиц используют такие методы как коагуляция, флокуляция);

2. от физических свойств дисперсной среды: ↑ ρ _ср, следовательно ↑ w_ос. , ↑ μ _ср также приведет к ↑ w_ос. (повышение плотности и вязкости сплошной среды наблюдается при повышении температуры).

3. для повышения скорости осаждения необходимо заменить силовое поле на центробежное

, где К_р – фактор разделения, показывает во сколько

Осаждение в центробежном поле

Способы создания центробежного поля
Вращение неоднородной системы в неподвижном аппарате – циклонирование; аппараты называются циклонами.	Вращение неоднородной системы с аппаратом – центрифугирование; аппараты называются центрифугами

 

Циклоны предназначены для разделения газовых и жидких неоднородных систем.

Циклон состоит из цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2. Запыленный газ вводиться в корпус 1, через штуцер тангенциально со скоростью 20-30 м/с. Благодаря такому вводу он приобретает вращательное движение вокруг трубы, для вывода очищенного газа, расположенного по оси аппарата.

 

	Запыленный газ

 

 

	Осадок

 

 

Достоинства циклонов:

– простота конструкции и эксплуатации;

– возможность применения для активных высокотемпературных газов;

– высокая эффективность разделения.

Недостатки циклонов:

– очень большое гидравлическое сопротивление;

– истирание внутренней поверхности циклона

 

Центрифуга периодического действия с горизонтальным валом и ручной выгрузкой осадка

 

Центрифуги предназначены для разделения жидких неоднородных систем – суспензий и эмульсий. Центрифуги представляют собой сплошной барабан 2, насажанный на вращающийся вал 1. Под действием центробежной силы твердые частицы из суспензии отбрасываются к стенке барабана и отлагаются в виде осадка. Осветленная жидкость переливается в неподвижный корпус 3 и удаляется через патрубок в его нижней части.

Достоинства центрифуг:

– проведение обезвоживания без затрат тепла;

– высокая эффективность по сравнению с отстойниками.

 

Недостатки центрифуг:

– наличие подвижных и трущихся частей, что приводит к износу;

– сложность конструкции.

Особенности осаждения в центробежном поле:

1) Скорость осаждения изменяется и представляет собой изменение радиуса вращения в единицу времени. G_ц > > G_т > > G_а

 

,

w – окружная скорость, м/с;

n – частота вращения частицы, с^-1.

Увеличение радиуса приведет к увеличению центробежной силы ( ).

2) В циклонах возможно вихреобразование – повторный унос осевшей пыли. Подобное явление приводит к снижению степени очистки.

Чем выше скорость, тем выше центробежная сила, следовательно выше степень очистки.

Однако при увеличении скорости возрастает гидравлического сопротивление Δ p/ρ.

 

 

Оптимизация процесса – скорость в циклоне должна быть 10-15 м/с, Δ p/ρ = 500-740 Па

Степень очистки зависит от плотности, вязкости, диаметра частиц, радиуса.

3) Отставание вращения суспензии от вращения цетрифуги, w_cус. < w_ц.

Чтобы этого избежать в центрифугах ставятся перегородки.

 

Перемешивание

Перемешивание – это процесс многократного относительного перемешивания макроскопических объемов среды.

Цели перемешивания:

1) равномерное распределение твердых частиц в жидкости;

2) получение неоднородной смеси;

3) ускорение химических и тепломассообменных процессов.

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

1) Интенсивность перемешивания – это количество энергии, вводимое в единицу времени в единицу объема перемешивания среды . Чем выше интенсивность перемешивания, тем больше энергетические затраты.

2) Эффективность перемешивания – это параметр, характеризующий качество проведения процесса.

В зависимости от назначения перемешивания эту характеристику выражают различным образом.

Виды перемешивания:

1. Механическое перемешивание с помощью мешалки;

2. Пневматическое перемешивание (барботажное);

3. Циркуляционное перемешивание с помощью насоса;

4. Статическое перемешивание – перемешивание в потоке.

Механическое перемешивание получило наибольшее распространение в химической промышленности. Перемешивание осуществляется по средством мешалок, которые представляют собой вращающийся вал с закрепленным на нем лопастями различной формы.

Вращение мешалок вызывает движение жидкости, структура потока в которой зависимости от типа аппарата и типа мешалки. Так для пропеллерной мешалки структура потока следующая:

 

 

Достоинства мешалок:

1) Высокая эффективность;

2) Достаточно низкая потребляемая энергия.

Недостатки мешалок:

1) Сложность использования в сильно агрессивных средах;

2) Сложность изготовления уплотнительных устройств.

Пневматическое перемешивание осуществляется пропусканием газа через жидкость, с этой целью устанавливают газораспределительную решетку или используют барботер, который представляет собой расположенные по дну аппарата трубы с отверстиями, с помощью которых осуществляется барботаж газа через слой обрабатываемой жидкости.

Подобное перемешивание является малоинтенсивным процессом. Расход энергии при этом выше, чем при механическом.

 

Пневматическое перемешивание применяется в следующих случаях: когда допустим контакт газа и жидкости; при наличии маловязких жидкостей; при работе с агрессивными средами. Пневматическое перемешивание не применяется для обработки летучих жидкостей (в связи со значительными потерями перемешиваемого продукта.

Циркуляционное перемешивание – это многократное перемещение жидкости через схему: аппарат – циркуляционный насос – аппарат, т. е происходит перемешивание жидкости по замкнутому контуру:

а) смеситель с циркуляционным насосом

Недостатками такого вида перемешивания является: низкая эффективность.

Статическое перемешивание: используются различные вставки трубопровода, которые называются турбулизаторы:

 

Недостаток: большие потери энергии.

Самостоятельно:

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: