3.4 Разделение жидких и неоднородных газовых систем

Неоднородные системы – это системы состоящие как минимум из двух фаз:

1. Внутренней (дисперсной), находящейся в мелкораздробленном состоянии

2. Внешней (дисперсионной) окружающей частицы внутренней фазы.

Фазы могут быть разделены:

Неоднородные системы

жидкостные

Газовые

Пыли/ Т+Г (d«1000 мкм)

Суспензии/ Ж+Г

грубые d˃100 мкм

Дымы/ Т+Г (d«5 мкм)

тонкие d=0,5-100 мкм

мути d<0,5 мкм

Туманы/ Г+Ж

Эмульсии Ж+Ж

Пены Ж+Г

Разделение жидких неоднородных систем:

Пути идентификации процесса: 1)добавление коагулянтов и флокугулянтов, приводящих к увеличению размеров твердых частиц и повышению скорости отстаивания; 2)повышение температуры суспензии приводит к уменьшению вязкости и увеличению скорости; 3)увеличение поверхности осаждения. При работе отстойника следует учитывать скорость осаждения самых мелких частиц, находящихся в исходной суспензии; время пребывания элемента в потоке аппарата, которое должно быть больше времени осаждения; линейная скорость потока в аппарате должна быть меньше скорости осаждения, чтобы избежать поднятия осадка вихревыми потоками жидкости.

1. Осаждение –разделение жидких (газовых) неоднородных систем, путем выделения твердых частиц.

Если это происходит под действием сил тяжести –это отстаивание.

Отстаивание – это осаждение взвешенных твердых частиц под действием сил тяжести, применяется для грубого разделения.

• Свободное осаждение осуществляется при такой концентрации твердых частиц в жидкости (газовой среде), когда осаждающиеся частицы не оказывают влияния друг на друга.

• Отстаивание частиц в среде с высокой их концентрацией называют стесненным осаждением. Стесненное осаждение представляет собой сложный процесс: соударение частиц, их укрупнение, движение частиц одна за другой и т.д. Частицы при осаждении вытесняют вверх равный им объём жидкости.

Существует 3 режима:

• Ламинарный –жидкость обтекает частицу плавно без образования вихрей. Преобладают силы трения.

• Переходный режим –с ростом скорости возрастают силы инерции, которые приводят к частичному отрыву потока от поверхности тела.

• Турбулентный режим –дальнейший рост скорости увеличивает силу инерции и за частицей образуется вихревая зона.

Оборудование для отстаивания делят на:

• Аппараты периодического действия;

• Аппараты непрерывногодействия.

Способы:

1. В отстойниках –применяют при грубом разделении суспензии. Условия: продолжительность пребывания потока в аппарате должно быть больше времени осаждения частиц; скорость осаждения должна быть больше скорости жидкости, иначе будет взмульчивание потока.

2. Осаждение под действием центробежной силы. Для создания центробежной силы используется 2 приема:

• Поток жидкости вращается в аппарате (циклон);

• Поток жидкости вращается вместе с аппаратом (центрифуга).

2. Фильтрование через пористые перегородки –твердые частицы задерживаются в ФП, а жидкость полностью проходит через нее. Движущей силой процесса является разность давлений над и под фильтрующей перегородкой.

• Гибкие (ткани, волокнистые, ячеистые листы)

• Полужесткие –это кассеты в которых между сетками зажимается слой стекловолокна, стружки и т.д. Материал может быть пропитан вязкой жидкостью.

• Жесткие ФП (зернистые материалы, волокнистые материалы, металлические сетки, перфорированные листы)

• Зернистые слои (неподвижные насыпные слои, периодически перемещаемые сыпучие слои)

Влияние различных факторов на скорость фильтрации:

1. Размеры пор фильтра. Фильтр может полностью задержать осадок лишь в том случае, если размеры его пор меньше самых мелких частиц осадка. При несоблюдении этого условия проходящая сквозь фильтр жидкость, называемая фильтратом, оказывается мутной. В то же время фильтрующий материал не должен быть слишком мелкопористым: чем он плотнее, т. е. чем меньше размеры его пор, тем большее сопротивление оказывает он току жидкости, а значит тем меньше скорость фильтрования.

2. Площадь фильтрующей поверхности. Скорость фильтрования обратно пропорциональна площади фильтрующей поверхности. Однако увеличение размеров фильтра с целью экономии времени возможно лишь в определенных пределах: с большого фильтра осадок не удается собрать полностью, часть его неизбежно теряется.

Вязкость фильтруемой жидкости. Скорость фильтрования резко снижается с увеличением вязкости фильтруемой жидкости. Если большая вязкость обусловлена высокой концентрацией растворенного вещества, целесообразно перед фильтрованием разбавить раствор чистым растворителем, разумеется, если это не повредит дальнейшей работе. Вязкие жидкости рекомендуется фильтровать по возможности в горячем виде: повышение температуры на каждые 10 °С увеличивает скорость фильтрования в 1,5—2 раза.

3. Разность давлений. Основной движущей силой процесса фильтрования является разность давлений по обеим сторонам фильтра. В простейшем случае она создается гидростатическим давлением самой

разделяемой суспензии. Для интенсификации процесса в лабораторной практике чаще всего проводят фильтрование с применением вакуума.

4. Характер осадка. Большое влияние на скорость фильтрования оказывает характер осадка. Аморфные и мелкокристаллические осадки, как правило, фильтруются с трудом, поскольку, во-первых, требуют применения мелкопористых фильтрующих материалов, а во-вторых, склонны образовывать на фильтре плотный слой, создающий значительное дополнительное сопротивление току жидкости. Наблюдающееся иногда резкое замедление скорости фильтрования может быть вызвано также закупориванием пор фильтра смолистыми продуктами.

Виды осадка

1. Сжимаемый осадок; 2) Не сжимаемый осадок

Очистка газов

Разделение газовых неоднородных систем проводят в целях уменьшения загрязненности атмосферы или улавливания из газов ценных компонентов. Пыль может образовываться в результате проведения технологического процесса:

• Сушка

• Дробление

• Перегрузка

• И т.д.

Существует сухая и мокрая очистка газов, часто эти способы комбинируют. Очистка может проводится под вакуумо или под избыточным давлением.

Сухая очистка:

• Осаждение –используют для предварительной грубой очистки от крупных частиц, проводят в пыле осадительной камере.

• Осаждение в центробежном поле (циклонирование) –вращение неоднородной системы в неподвижном аппарате.

• В электрическом поле –проводят в электрофильтрах, частицы осаждаются на электродах. Для разделения пыли используют сухие фильтры , для разделения туманов мокрые. Бывают двух типов: трубчатые и пластинчатые.

• Фильтрование через пористые перегородки –твердые частицы задерживаются в ФП, а газ полностью проходит через нее. Движущей силой процесса является разность давлений над и под фильтрующей перегородкой.

• Гибкие (ткани, волокнистые, ячеистые листы)

• Полужесткие –это кассеты в которых между сетками зажимается слой стекловолокна, стружки и т.д. Материал может быть пропитан вязкой жидкостью.

• Жесткие ФП (зернистые материалы, волокнистые материалы, металлические сетки, перфорированные листы)

• Зернистые слои (неподвижные насыпные слои, периодически перемещаемые сыпучие слои)

Мокрая очистка проводится с целью улавливания тонкодисперсных фракций пыли. Не допустимо в тех случаях, когда газ нельзя увлажнить. Данный процесс проводят в скруберах. После скрубера обычно устанавливают каплеуловитель

Улавливание пыли происходит под действием :

• Сил тяжести

• Сил инерции

• Центробежных сил

Скруберы могут работать под вакуумом и под избыточным давлением.