1.2 Общие вопросы разделения
Разделение может преследовать различные цели: очистку газовой или жидкой фазы от взвешенных в ней загрязняющих частиц или выделение ценных продуктов.
Выбор оптимального метода и оборудования для разделения НС определяется выбором признака, по которому дисперсионная среда и дисперсная фаза существенно отличаются по своим свойствам и по которому будет вестись их разделение. Такими признаками могут явиться плотность, прочность, магнитные и электромагнитные свойства и т.д.
Признак «различие плотности составляющих НС» используется в двух основных методах разделения: осаждение в консервативных силовых полях и сепарирование в газообразных и жидких средах. В консервативных силовых полях (поле силы тяжести, поле центробежных сил, поле инерционных сил) частицы дисперсной фазы приобретают ускорение, которое по второму закону Ньютона пропорционально действующей силе и обратно пропорционально массе частиц. В результате частицы начинают двигаться в дисперсионной среде в направлении вектора действующей силы. Их скорости, в конце концов, стабилизируются на уровне, соответствующем балансу вынуждающей силы и сил сопротивления среды. С данной скоростью все «тяжелые» и более плотные, чем дисперсионная среда, частицы оседают на твердые поверхности оборудования, отделяясь, таким образом, от окружающей среды.
Признак «задерживание частиц дисперсной фазы на твердых перегородках» используется в процессах фильтрования суспензий.
Протекание процессов разделения неоднородных систем во времени называют кинетикой этих процессов. Закономерности этого протекания или кинетические закономерности описывают всё их существо.
1.3 Материальный баланс процесса разделения
Считая, что неоднородная система, подвергаемая разделению (Gcм), разделяется на продукты, содержащие в основном дисперсионную среду (Gоч) и дисперсную фазу (Goc), получим баланс масс в виде:
Gсм = Gоч + Gос. (1.1)
Если концентрация дисперсной фазы в этих продуктах соответственно равна Ссм, Соч и Сос, баланс масс в дисперсной фазе запишется в виде:
GсмСсм = GочСоч + GосСос . (1.2)
Эффективность разделения Э = GосСос. (1.3)
Приближение параметра Э к единице свидетельствует о все более эффективном протекании процесса разделения.
Эффективность метода разделения также можно определить и по степени очистки η (%) газа или жидкости следующим образом:
, (1.4)
где Ссм – концентрация дисперсной фазы до разделения;
Соч – концентрация дисперсной фазы после разделения.
Как правило, предельно высокая эффективность не достигается. Например, в фильтрате обычно присутствуют частицы высокой дисперсности (малого диаметра), не задерживающиеся фильтрующими перегородками, осадок в осадительных устройствах оказывается влажным, а декантант содержит частицы, не успевшие осесть.
Показатель эффективности разделения используется для оценки совершенства оборудования и технологий разделения.
1.4 Классификация процессов разделения
Признаки, используемые для разделения НС, имеют общее свойство. Все они являются следствием наличия четких границ между дисперсной фазой и дисперсионной средой.
Если частицы дисперсной фазы являются твердыми, а дисперсионная среда жидкая или газообразная, их разделение осуществляется в процессах фильтрования, осаждения, а также при воздействии массовых сил электрического и магнитного происхождения.
Процессы фильтрования, применяемые для разделения НС, используют свойство твердых частиц дисперсной фазы вести себя как самостоятельные изолированные образования, способные задерживаться фильтрующими перегородками.
Процессы осаждения используют архимедовы силы, действующие на частицы, имеющие границы. Частицы могут быть любого фазового состава и находиться в жидкой или газообразной дисперсионных средах. Архимедовы силы возникают в поле действия любых потенциальных сил: тяжести, инерции, электрических или магнитных. В поле сил тяжести и инерции архимедовы силы могут быть направлены в сторону действия потенциальных сил или против их в зависимости от знака разности плотностей частицы и окружающей среды.
Классификация процессов разделения неоднородных систем представлена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Классификация процессов разделения НС