Отстаивание

Разделение неоднородных систем

Массообменные процессы.

Процессом массообмена называется диффузионный переход одного или нескольких компонентов бинарных или многокомпонентных смесей из одной фазы в другую: из газовой в жидкую или твердую, из жидкой в твердую или другую жидкую и т.д. Различают односторонний или двухсторонний Варианты массобмена.

В общем случае процессы масообмена происходят в три стадии:

1. Диффузия вещества в объеме одной фазы по направлению к межфазной поверхности;
2. Диффузия через межфазную поверхность;
3. Диффузия в объеме второй фазы.

Массообмен характеризуется количеством вещества М, переходящего из одной фазы в другую за время τ, пропорционально движущей силе Δ и площади межфазной поверхности:

М = к · Δ · F · τ

к – коэффициент массопередачи, характеризует количество вещества переходящего из одной фазы в другую через 1 м² за 1 сек при Δ = 1. Δ - имеет иные разности концентрация между фазами.

К процессам массообмена в химической технологии относят: сушку, абсорбцию, адсорбцию, ректификацию и экстракцию.

Неоднородными называются системы, компоненты которых находятся в различных агрегатных состояниях, причем один из них состоит из мелких частиц. Эти частицы образуют дисперсную фазу, а среда в которой они содержатся – дисперсионная среда.

Система жидкий–твердый называют суспензией,

Система жидкий–жидкий называют эмульсией,

Система газовый–твердый называют газовзвесью.

Разделение неоднородных систем на их компоненты, практикуется во многих химических производствах, осуществляется методами, основанными либо на разности плотностей фаз – отстаивание, либо на задержании твердой фазы пористой перегородкой – фильтрование. Разделение газовзвесей производится также и в электрическом поле.

Разделение жидких систем

Для процессов отстаивания в промышленности применяют различные виды отстойников: периодического и непериодического действия. Движущей силой отстаивания является разность плотностей ρ_т–ρ_ж

В процессе отстаивания на частицу действует две силы: тяжести (P) и сопротивления среды (S).

d – диаметр частицы, ρ_т , ρ_ж – плотности твердых и жидких веществ. Сила сопротивления среды определяется законом Стокса:

η – вязкость среды, V₀ – скорость отстаивания.

При гравитационном отстаивании, при равновесии этих сил Р=S происходит осаждение твердой фазы со скоростью V₀

=>

Периодический отстойник представляет собой вер­тикальный сосуд с конусным дном. Разрушением суспензии по истечении определенного отрезка вре­мени разделяется на осветленную жидкость (верх­ний слой) и осадок (нижний слой). После удаления осветленной жидкости (насосом) выгружают осадок и процесс повторяется.

Отстойник непрерывного действия представляет собой цилиндрический сосуд диаметром около 120 м с корпусным дном, по оси которого расположен медленно вращающийся вал, несущей лопатки. Суспензия непрерывно поступает в центральную часть аппарата, сгущенный осадок с помощью лопаток удаляется через штуцер, а осветленный слой через боковой желоб.

Максимальная скорость осаждения V₀ достигается при свободном осаждении, когда концентрации твёрдой фазы < 5%. При большой концентрации скорость падает из-за взаимодействия частиц. Скорость стесненного осаждения

V = V₀ (1-с)ⁿ

c – объемная концентрация.