Процессы и аппараты упаковочного производства

РАЗДЕЛЕНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ

Неоднородными, или гетерогенными, называют системы, состоя­щие по меньшей мере из двух фаз. При этом одна из фаз является Сплошной, А другая - Дисперсной, Распределенной в первой в раз­дробленном состоянии: в виде капель, пузырей, мелких твердых частиц и т. д. Сплошную фазу часто называют Дисперсионной средой.

В зависимости от физического состояния фаз различают сле­дующие бинарные гетерогенные системы: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Суспензия - система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров частиц суспензии условно подразделяют на грубые (с частицами размером более 100 мкм), тонкие (содержащие частицы размером 0,1-100 мкм) И коллоидные растворы (с частицами менее 0,1 мкм).

Эмульсия - Система, Состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой.

Пена - Система, состоящая из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа.

Пыль - Система, Состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размером более 5 мкм. В процессах химической технологии пыль образуется преимущественно при дроблении, смешивании и транспортировании твердых материалов.

Дым - система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размером менее 5 мкм; образуется при горении.

Туман - Система, Состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размером менее 5 мкм.

Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы и носят общее название - Аэрозоли.

Неоднородные системы характеризуются концентрацией дисперсной фазы и размерами образующих ее частиц. Для эмульсий и пен при определенных концентрациях дисперсной фазы возможен ее переход в сплошную; при этом фаза, бывшая сплошной, стано­вится дисперсной. Этот переход называют Инверсией фаз.

В большинстве случаев дисперсные системы содержат частицы, различающиеся по размеру. Такие системы называют Полидисперсными. Они характеризуются фракционным, или дисперсным, составом, т. е. долей частиц определенного размера от общего содержания дисперсной фазы. Иногда встречаются системы, в которых все частицы близки по размерам. Их называют Монодисперсными.

Большинство дисперсных систем неустойчиво, т. е. имеет тенденцию к укрупнению частиц. Укрупнение капель или пузырей путем их слияния называют Коалесценцией, А укрупнение твердых частиц вследствие их слипания - коагуляцией.

Процессы, связанные с разделением неоднородных систем, играют большую роль в химической технологии при подготовке сырья и очистке готовых продуктов, при очистке сточных вод и отходящих газов, а также при выделении из них ценных компонентов.

Применяют следующие основные методы разделения: осаждение, фильтрование и мокрую очистку газов.

Осаждение Представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести (отстаивание), центробежной силы (циклонный процесс и центрифугирование), сил инерции, электростатических сил (очистка газов в электрическом поле).

Фильтрование - это процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений. В случаях, когда разность давлений создается центробежными силами, процесс называют Центробежным фильтрованием.

Мокрая очистка газов - Процесс разделения, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание осуществляется, как правило, под действием сил инерции.

Выбор метода разделения зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фаз и вязкости последней.

Составим Материальный баланс процессов разделения. Пусть разделению подвергается система, состоящая из сплошной и дисперсной фаз.

Введем следующие обозначения: Gсм, Gоч, Gос - массовый расход соответственно исходной смеси, очищенной сплошной фазы и осадка (сгущенной дисперсной фазы), кг/с; Xсм, Xоч, Xос - концентрация дисперсной фазы соответственно в исходной смеси, в очищенной сплошной фазе и в осадке, масс. доли.

При отсутствии потерь вещества в процессе разделения можно записать следующие уравнения материального баланса:

по всему веществу

Gсм = Gоч+ Gос (10.1)

По диспергированному веществу

Gсм Xсм = GОч Xоч + Gос Xос; (10.2)

Если известны расход исходной смеси и все концентрации, то решением уравнений (10.1) и (10.2) можно найти расходы Gоч И Gос.

GОч = GСм(XОс -XСм)/(XОс - XОч);

(10.3)

GОс = LINK Word. Document.8 "C:\Documents and Settings\Леха\Рабочий стол\Гл.10.Разделение неоднородных систем. doc" OLE_LINK28 a r * MERGEFORMAT Ошибка! Ошибка связи. (XСм - XОч LINK Word. Document.8 "C:\Documents and Settings\Леха\Рабочий стол\Гл.10.Разделение неоднородных систем. doc" OLE_LINK30 a r * MERGEFORMAT Ошибка! Ошибка связи.

Полученные уравнения в записанной форме применимы к осаждению и фильтрованию. Материальный баланс процесса мокрого разделения рассмотрен ниже.

В ряде случаев при расчетах используют объемные расходы V(м3/с) и концентрации, выраженные в объемных долях, А (м3/м3). Для пересчета величины из одной размерности в другую вводят условное понятие плотности гетерогенной смеси ρсм:

ρсм = АТρт + (1- АТ)ρ = 1/[ХТ/ρт + (1 - ХТ)/ρ], (10.4)

Где rт - плотностъ дисперсной фазы; r - плотностъ сплошной фазы; АТ и ХТ - ­концентрация дисперсной фазы, выраженная соответственно в объемных и массовых долях.

Эффективность метода разделения Можно оценивать по степени очистки η (в %) газа или жидкости следующим образом:

h= (С1 – С2) 100 /С1, (10.5)

Где С1, С2 - концентрации частиц в газе или жидкости соответственно до и после разделения.