Процессы и аппараты упаковочного производства

ОСАЖДЕНИЕ

Как было отмечено выше, к основным видам осаждения относят осаждение под действием сил тяжести - отстаивание; осаждение под действием центробежных сил - циклонный процесс и осадительное (отстойное) центрифугирование; очистку газов в электрическом поле.

3.1.1. Отстаивание

Отстаивание применяют в промышленности для сгущения суспензий или классификации суспензий по фракциям частиц твердой фазы, для грубой очистки газов от пылей и для разделения эмульсий. Ввиду малой движущей силы (сила тяжести) в процессе отстаивания, возможно с достаточной эффективностью отделять только крупные частицы. Однако отстаивание - это наиболее простой и дешевый процесс среди гидродинамических, поэтому его часто используют для первичного разделения, что удешевляет последующее оконча­тельное разделение гетерогенной смеси более сложными способами.

В гл. 6 были рассмотрены законы движения твердых тел в жид­костях (включая капельные и упругие) и получены формулы для расчета скорости свободного осаждения частиц под действием силы тяжести. Эти же формулы могут применяться при расчете скорости осаждения мелких капель в газе. При осаждении капель жидкости в жидкой среде благодаря внутренней циркуляции в капле скорость движения капли может быть на 50% выше, чем скорость твердой сферической частицы эквивалентного диаметра. При загрязнении капель примесями или в присутствии поверхностно-активных ве­ществ тенденция к циркуляции сильно снижается; скорость осажде­ния таких капель, называемых «жесткими», следует рассчитать по уравнениям, полученным для твердых частиц. В случае чистых капель скорость осаждения возрастает с увеличением размера капли только до определенного (критического) значения их эквивалентно­го диаметра Dкр (размер капель D Выражается как диаметр сферы, объем которой равновелик объему капли). Капли с D > dкр в про­цессе осаждения периодически меняют свою форму и называются поэтому Осциллирующими. Скорость осаждения осциллирующих капель с увеличением их размера немного уменьшается.

Скорость свободного осаждения мелких капель можно рассчи­тать по уравнению Адамара

, (10.6)

Где ρд и ρс – плотность жидкостей, образующих соответственно дисперсную и сплошную фазу; μд и μс – вязкость жидкостей, образующих соответственно дисперсную и сплошную фазу.

Уравнение Адамара применимо, когда критерий Рейнольдса для капли Reo < 1 (Reo = WODρС/μс).

Если μд >> μс, уравнение (10.6) вырождается в уравнение (6.59), определяющее скорость свободного осаждения твердых частиц в ламинарном режиме.

Расчет скоростей осаждения крупных капель проводят по эмпирическим формулам.

Все расчетные формулы, приведенные выше [уравнение (10.6); гл. 6], относились к Свободному осаждению, Когда концентрация дисперсной фазы очень мала и ее частицы при движении не соприкасаются друг с другом.

В промышленности отстаивание применяют чаще всего в усло­виях высокой концентрации дисперсной фазы, когда происходит Стесненное осаждение, Скорость которого может быть значительно меньше скорости свободного осаждения. При этом вследствие трения между частицами и их взаимных столкновений наблюдается тенденция к сближению скоростей осаждения частиц различных размеров, возникает коллективное, или солидарное (стесненное), осаждение частиц со скоростями, близкими в каждом сечении аппарата, но различными по его высоте: с приближением к днищу аппарата скорость осаждения все более замедляется. Это связано с возникновением восходящих потоков жидкости из-за вытеснения ее осаждающимися на дно частицами. При этом процесс осложня­ется тем, что крупные частицы обгоняют мелкие. В условиях стесненного осаждения концентрация диспергированных частиц сильно изменяется по высоте отстойника: в верхней части распола­гается слой осветленной жидкости, ниже его - зона практически свободного осаждения, затем зона стесненного осаждения и, наконец, на дне находится слой осадка.

Скорость стесненного осаждения WСт Является функцией ско­рости свободного осаждения и концентрации суспензии, которая в расчетных формулах выражается через объемную долю жидкости в суспензии ε:

LINK Word. Document.8 "C:\Documents and Settings\Леха\Рабочий стол\Гл.10.Разделение неоднородных систем. doc" OLE_LINK16 a r * MERGEFORMAT Ошибка! Ошибка связи. = VЖ/(VЖ + VТ), (10.7)

где VЖ и VТ - объем соответственно сплошной (жидкой) и дисперсной (твердой) фазы.

Для расчетов могут быть использованы следующие уравнения:

При LINK Word. Document.8 "C:\Documents and Settings\Леха\Рабочий стол\Гл.10.Разделение неоднородных систем. doc" OLE_LINK16 a r * MERGEFORMAT Ошибка! Ошибка связи. > 0,7 WСт = Wo LINK Word. Document.8 "C:\Documents and Settings\Леха\Рабочий стол\Гл.10.Разделение неоднородных систем. doc" OLE_LINK16 a r * MERGEFORMAT Ошибка! Ошибка связи. 2∙10-1,82(1-ε); (10.8)

При LINK Word. Document.8 "D:\Мои документы\Ilyasov S. G\Процессы и аппараты упак пр-ва. doc" OLE_LINK18 a r * MERGEFORMAT ε > 0,7 LINK Word. Document.8 "C:\Documents and Settings\Леха\Рабочий стол\Гл.10.Разделение неоднородных систем. doc" OLE_LINK32 a r * MERGEFORMAT Ошибка! Ошибка связи. Wo× 0,123 LINK Word. Document.8 "D:\Мои документы\Ilyasov S. G\Процессы и аппараты упак пр-ва. doc" OLE_LINK35 a r * MERGEFORMAT ε 3/(1 - LINK Word. Document.8 "D:\Мои документы\Ilyasov S. G\Процессы и аппараты упак пр-ва. doc" OLE_LINK35 a r * MERGEFORMAT ε ). (10.8а)

Скорость стесненного осаждения можно рассчитать также, ис­ходя из следующей зависимости для критерия Рейнольдса:

Reо, ст = ArE4,75 /(18 + 0,6 (10.9)

На основе уравнений (10.8), (10.8а) и (10.9) можно рассчитать скорость стесненного осаждения одинаковых по размеру шарообразных частиц. При осаждении частиц иной формы полученное значение WСт Следует умножить на поправочный коэффициент фор­мы φ (φ < 1), значения которого определяют опытным путем. Кро­ме того, при расчетах скоростей осаждения нешарообразных частиц в качестве их диаметра следует использовать диаметр эквивалентного шара.

Расчет скоростей осаждения для суспензий, содержащих частицы различного диаметра, не может быть выполнен с достаточной точностью. В этих случаях необходима постановка экспериментов.