1.1 Отстойники

Отстаивание проводят в аппаратах, называемых отстойниками. Отстойники для сгущения суспензий называют сгустителями, а для классификации твердых частиц на фракции - классификаторами.

Различают отстойники непрерывного, полунепрерывного и пе­риодического действия.

Периодически действующие отстойники для суспензии обычно представляют собой бассейны без перемешивающих устройств. Отстойник заполняют суспензией, а через определенное время, необходимое для осаждения твердых частиц, слой осветленной жидкости сливают через штуцера, расположенные выше уровня осадка. После этого осадок, представляющий собой текучую жид­кую массу-шлам, выгружают вручную через верх аппарата или удаляют через нижний штуцер с помощью спускового крана.

Широко распространены отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой. Они представляют собой цилиндри­ческий резервуар с коническим днищем. В резервуаре установ­лена мешалка, снабженная гребками, которые непрерывно пере­мещают осадок к центральному разгрузочному отверстию и одно­временно слегка взбалтывают осадок, способствуя его обезвожива­нию. Частота вращения мешалки незначительна (0,00025-0,0083 с^-1), поэтому процесс осаждения не нарушается. Суспензия непрерывно поступает по трубе в середине резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и удаляется через штуцер. Осадок (шлам), представляющий собой сгущенную суспен­зию, удаляется через штуцер в коническом днище с помощью диафрагмового насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя через редуктор.

Отстойники с гребковой мешалкой обеспечивают однородность осадка, позволяют обезводить его до концентрации твердой фазы 35-55%; работа таких отстойников полностью автоматизирована. К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость.

Диаметр нормализованных аппаратов от 1,8 до 30 м; в отдель­ных случаях применяют отстойники диаметром до 100 м. Для уменьшения площади, занимаемой отстойниками, применяют мно­гоярусные аппараты, представляющие собой несколько отстойни­ков, поставленных друг на друга и имеющих общий вал для гребковых мешалок. Многоярусность существенно усложняет кон­струкцию аппарата.

2. Осаждение под действием центробежных сил

Проводя процесс разделения гетерогенных систем под действием центробежных сил, можно существенно интенсифицировать его по сравнению с отстаиванием благодаря увеличению движущей силы.

Для создания поля центробежных сил обычно используют один из двух способов: либо обеспечивают вращательное движение потока в неподвижном аппарате, либо поток направляют во вра­щающийся аппарат, где он начинает вращаться вместе с аппаратом. В первом случае процесс проводят в циклонах, во втором-в отстойных (осадительных) центрифугах.

Для оценки эффективности осаждения под действием центро­бежной силы сравним его с , осаждением под действием силы тяжести.

Центробежная сила, действующая на частицу, составляет

(2.1)

где m- масса частицы; r- радиус ее вращения; w_r-окружная скорость вращения частицы вместе с потоком на радиусе r.

Сила тяжести

G_T = mg. (2.2)

Разделив (2.1) на (2.2), получим

(2.3)

Таким образом, центробежная сила, действующая на частицу, может быть больше силы тяжести во столько раз, во сколько ускорение центробежной силы w_г²/r больше ускорения свободного падения g. Отношение этих ускорений называют фактором разде­ления и обозначают К_р:

(2.4)

Значение К для циклонов имеет порядок сотен, а для центри­фуг-около 3000; таким образом, движущая сила процесса осажде­ния в циклонах и центрифугах на 2-3 порядка больше, чем в от­стойниках. Благодаря этому производительность циклонов и цент­рифуг выше производительности отстойников, и в них можно эффективно отделять мелкие частицы: в центрифугах размером порядка 1 мкм, в циклонах - порядка 10 мкм.