Отстойники
Теоретические основы.
Перечень основных гидромеханических процессов
Жидкие неоднородные системы
Газовые неоднородные системы
1. Пыли – твёрдые частицы 5-50 - дисперсионная фаза и газ. Образуются, как правило, при дроблении, измельчении и транспортировке твёрдых материалов.
2. Дымы – твёрдые частицы 0,3 – 0,5 и газ. Образуются при сгорании топлива.
3. Туманы – газ + капли жидкости размером 0,3-3 мкм.
Суспензии – системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твёрдых частиц.
Грубые
Тонкие
Коллоидные (мути)
Эмульсии – системы из жидкости и распределённых в ней капель другой жидкости не растворяющейся в первой.
Пены – жидкость + пузырьки газа.
Осаждение частиц под действием различных сил:
- силы тяжести
Разделение - сил инерции
- центробежных сил
Фильтрование - разделение жидких или газовых неоднородных систем с помщью фильтрующих перегородок.
Перемешивание используется в химической, нефтехимической, промышленности металлургии, промышленности стройматериалов, энергетике и т.д.
|
|
Осаждение
Назначение – разделение газовых и жидких неоднородных систем с целью:
грубой очистки газов от пыли и золы, очистки сточных вод, сгущение суспензии, разделение эмульсий, разделение суспензии по фракциям.
Различают гравитационное и инерционное осаждения.
R
mg
При низких значениях Re < 2; S =24/Re, отсюда получаем закон Стокса
S – рассчитывается от режима осаждения.
Re – 2: ламинарный; Re – 2-500: переходный; Re – 500-2*105: турбулентный.
Применяется для расчёта осаждения частиц
Для разделение эмульсий используется Закон Адамара
.
Радиальный для суспензии Для эмульсии
лёгкая
осв Л.Ф.
эмульсия Т.Ф.
тяжёлая
шлам
Процесс разделения гетерогенных систем можно интенсифицировать по сравнению с обычным отстаиванием с помощью увеличения движущей силы процесса (в частности с использованием центробежной силы)
Примеры: циклоны, осадительные (отстойные) центрифуги. Сравним соотношение сил при отстаивании и центрифугировании
,
где m – масса, кг;
- окружная скорость, м/с;
R – траектории движения, м.
Фактор разделения:
,
где n – частота вращения, об/сек;
КР 100-500 – циклоны;
КР 3000 – центрифуги;
В центробежных аппаратах скорость осаждения частиц, так как Р изменяется по мере движения частиц к периферии аппарата.
Скорость осаждения представим как:
.
Время осаждения:
,
где R1, R2 – радиусы вращения потока в аппарате.
Учитывая закон Стокса для шарообразных частиц можно получить скорость осаждения:
Однако практически рассчитать осаждение нельзя, так как имеет место стеснённое осаждение.
|
|
Фильтрующие центрифуги
Вертикальная центрифуга периодического действия
Достоинства:
1. Простота; 2. Небольшие габариты; 3. Высокий коэффициент разделения и качество фильтрования.
Недостатки:
1. Периодичность; 2. Малая производительность; 3. Ручная выгрузка осадка.
суспензия
фугат
Фильтрующая центрифуга с пульсирующим поршнем
суспензия
поршень
фугат осадок
Достоинства:
1. Высокая производительность; 2. Механическое выгружение осадка;
Недостатки:
1. Низкое качество фильтрации; 2. Сложностьконструкции; 3. Низкая надёжность.
Действующие на частицу силы:
1) 4;
2) PЦ = mg;
3) сила сопротивления среды:.
4).
РТ 0; движение частицы определяется соотношением РЦ, РС и РА.
n2
wOC
wa
если dr = const
1. Ламинарное осаждение (по закону Стокса)
РЦ = РС + РА
После интегрирования:
Время пребывания в аппарате:
Предельный диаметр частиц, могущих осаждаться в аппарате:
Центрифуги для разделения эмульсий
1. Тарельчатый сепаратор
эмульсия
лёгкая фаза
тяжёлая фаза
Достоинства:
1. Высокая производительность; 2. Высокое качество разделения;
Недостатки:
1. Сложность конструкции; 2.Ограниченная область применения.
2. Трубчатая центрифуга непрерывного действия
Привод
фугат
суспензия
.
Фильтрование
Применяют для тонкого разделения жидких газовых неоднородных систем с целью глубокой очистки газов и увеличения выхода продукта. При фильтровании твёрдые частицы либо задерживаются на фильтрованной перегородке, образуя осадок, или проникают в ФП, задерживаясь в порах
Движущая сила – перепад давления до и после фильтра -, которое создаётся либо с помощью компрессора (фильтрование под действием перепада давлений), либо с помощью центробежных сил (центробежное фильтрование).