Процессы и аппараты упаковочного производства

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ

Если процесс выделения дисперсных частиц из дисперсионной среды происходит очень медленно или желательно предварительное (до­статочно грубое) осветление неоднородной системы, применяют ряд методов, таких как коагуляция *, флокуляция ** и дефлокуляция, флотация***, классификация и др.

*От лат. Coagulatio - Свертывание.

**От лат. Flocculi - хлопья.

***От англ. Flotation - всплывшие.

Коагуляция В жидких дисперсных системах (суспензиях, эмуль­сиях и др.) заключается в слипании частиц в коллоидных системах при их столкновениях в процессе теплового (броуновского) движе­ния, перемешивания, при добавлении в систему коагулирующих веществ (коагулянтов) и другими способами.

В химической технологии коагуляцию часто осуществляют до­бавлением в разделяемую неоднородную систему Коагулянтов - Веществ, разрушающих сольватированные оболочки и уменьшаю­щих диффузионную часть двойного электрического слоя у поверх­ности взвешенных частиц. Вследствие этого между частицами во­зникают силы сцепления, что приводит к образованию агрегатов частиц и, следовательно, к ускорению их осаждения. Обычно коагу­ляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц. В образовавшихся агрегатах первичные частицы соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция является самопроизвольным процессом, который, в соответствии с законами термодинамики, является следствием стремления системы перейти в состояние с более низкой свободной энергией. Минимальную концентрацию введенного вещества, вызывающего коагуляцию, называют Порогом коагуляции. В качестве коагулянтов обычно используют соли поливалентных металлов (алюминия, железа и т. д.), под действием которых образуются крупные скопления слип­шихся частиц, выпадающие в виде хлопьев в осадок (коагулянт).

Коагуляция играет важную роль во многих технологических процессах. Так, при нагревании биополимеров (белков, нуклеино­вых кислот), изменении рН наблюдается их коагуляция. Характерными примерами применения коагуляции являются очистка природных и сточных вод от высокодисперсных механических примесей, борьба с загрязнениями воздушного пространства аэро­золями, выделение каучука из латексов, получение сливочного масла и других пищевых продуктов.

Процесс, обратный коагуляции, - процесс распада агрегатов на первичные частицы - называют Пептизацией. Этот процесс осу­ществляется добавлением в дисперсионную среду пептизаторов - веществ, способствующих дезагрегированию на первичные частицы. Пептизаторами могут быть электролиты и поверхностно-активные вещества, вызывающие лиофилизацию поверхности частиц дис­персной фазы (хлорное железо, гуминовые кислоты и др.).

Пептизацию используют для получения жидких дисперсных систем из порошков и паст в химической и пищевой технологии. Иногда пептизация вредна, например при водоочистке, осветлении вин и др.

Разновидностью коагуляции является Флокуляция, При которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкой или газовой средах, образуют рыхлые хлопьевидные агрегаты - Флокулы. В качестве эффективных добавок - флокулянтов - Приме­няют растворимые полимеры, как правило, полиэлектролиты.

Действие полимерных флокулянтов обычно объясняют адсорб­цией нитевидных макромолекул одновременно на различных части­цах. Образующиеся при этом агрегаты в виде хлопьев могут быть достаточно легко удалены отстаиванием или фильтрованием. Флокулянты (поликремниевая кислота, полиакриламид и др.) широко используют при подготовке воды для технических и бытовых нужд, обогащении полезных ископаемых, в процессах выделения ценных веществ из сточных вод и их обезвреживания. При водоочистке полимерные флокулянты применяют при низкой концентрации 0,1-5 мг/л.

Для разрушения агрегатов в жидких системах вводят добавки, которые наводят заряды на частицах, препятствующих их сближению. Иногда нужный эффект достигается при простом изменении рН среды. Такой способ изменения устойчивости (например, су­спензии) называют Дефлокуляцией.

Флотацией Называют процесс прилипания пузырьков газа (обычно воздуха) к плохо смачиваемым гидрофобным частицам (обычно воды). Образующаяся система - пена с частицами - удаляется с по­верхности жидкой фазы. Флотацию можно использовать не только для удаления частиц дисперсной фазы, но и для разделения частиц вследствие различия их смачиваемости дисперсионной средой. При этом гидрофобные частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз (обычно воздуха и воды) и отделяются от гидрофобных частиц, которые оседают на дно. Лучшие результаты получают, если размер частиц составляет 0,1-0,04 мм.

Известно несколько видов флотации (масляная, пенная, электро­флотация и др.). Широкое распространение получила Пенная Флота­ция, при которой обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, в результате чего образует­ся пенный слой, устойчивость которого регулируется добавлением пенообразователей.

Классификация Может проводиться в аппаратах переменного сечения (соответственно с изменением - снижением скорости движения дисперсной системы) для отделения малых количеств мелких частиц от основного продукта, состоящего из крупных частиц. Классификация эффективно осуществляется с помощью гидроцик­лонов и центрифуг под действием центробежной силы разделения.

Перспективен метод разделения суспензий, основанный на Маг­нитной обработке Системы. Известно, что обработанная в магнит­ном поле вода в течение достаточно длительного времени сохраняет измененные свойства, в частности пониженную смачивающую спо­собность, что позволяет существенно интенсифицировать процесс разделения суспензий.