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.

Скорость свободного осаждения мелких капель можно рассчи­тать по уравнению Адамара

(1.1)

где р_д и р_с - плотность жидкостей, образующих соответственно дисперсную и спло­шную фазу; μ_д и μ_с- вязкость жидкостей, образующих соответственно дисперсную и сплошную фазу.

Формула, приведенная выше относится 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 w_ст является функцией ско­рости свободного осаждения и концентрации суспензии, которая в расчетных формулах выражается через объемную долю жидкости в суспензии ε:

ε =V_Ж/(V_Ж + V_т), (1.2)

где V_ж и V_т—объем соответственно сплошной (жидкой) и дисперсной (твердой) фазы.

Для расчетов могут быть использованы следующие уравнения:

при е>0,7 w_ст=w₀ε²·10^-1,82(1-ε); (1.3)

при е ≤ 0,7 w_ст = w₀ · 0,123 ε ³/(1 - ε). (1.4)

На основе уравнений (1.3), (1.4) можно рассчитать скорость стесненного осаждения одинаковых по размеру шарооб­разных частиц. При осаждении частиц иной формы полученное значение w_ст 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.