4. Разделение неоднородных систем

   1. Характеристика неоднородных систем и методов их разделения

Неоднородными или гетерогенными называют системы, состоящие из двух или нескольких фаз. При этом мелкие частицы одной фазы распределены в объеме другой фазы. Первая из них носит название дисперсной фазы, а вторая –дисперсионной (сплошной) среды.

Образование неоднородных систем сопутствует многим технологическим процессам, поэтому разделение их является одной из основных стадий производств. Разделение гетерогенных смесей проводят с целью очистки газовой или жидкой фазы от загрязняющих частиц либо для выделения ценных продуктов, взвешенных в газовой либо жидкой среде.

Неоднородные системы различают по числу фаз, их агрегатному состоянию и размерам дисперсных частиц, которые характеризуют эквивалентным диаметром. По агрегатному состоянию сплошной фазы их делят на жидкие и газовые. К жидким неоднородным смесям относят суспензии, эмульсии и пены, к газовым – пыль, дым, туман.

Суспензия– система, состоящая из жидкости и распределенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров взвешенных частиц различают суспензии:грубые(размер частиц более 100 мкм),тонкие(размер частиц порядка 100÷0,1 мкм) иколлоидные растворы(илимути) с размером частиц 0,1мкм и меньше.

Эмульсия – система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости (жидкости взаимно нерастворимы). Размер частиц дисперсной фазы в эмульсиях колеблется в широких пределах. При больших размерах капель эмульсия под действием силы тяжести легко расслаивается, однако при малых размерах (менее 0,5 мкм) становится устойчивой и не расслаивается в течение длительного времени.

Пена – система, состоящая из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа. По своим свойствам эта система близка к эмульсиям.

Для эмульсий и пен характерна возможность перехода дисперсной фазы в дисперсионную среду и наоборот. Этот переход, возможный при определенном количественном соотношении фаз, носит название инверсии фаз или простоинверсии.

Пыль – система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размером 5–50 мкм. Образуется пыль, в основном, при измельчении и транспортировке твердых материалов.

Дым – система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размером 0,5–5 мкм.

Туман – система, состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размером 0,3–3 мкм.

Образуются дымы и туманы в процессах конденсации паров при переходе их в жидкое или твердое состояние. Системы эти носят еще название аэрозолей.

Неоднородные системы характеризуются массовым или объемным соотношением дисперсной и дисперсионной фаз, размерами частиц дисперсной фазы и их полидисперсностью. Полидисперсность характеризует процентное содержание частиц соответствующего размера в системе (монодисперсные системы содержат частицы одинакового размера).

Методы разделения неоднородных системклассифицируются в зависимости от размеров дисперсных частиц, разности плотностей сплошной и дисперсной фаз, а также вязкости сплошной фазы. Применяют следующие основные методы разделения: осаждение, фильтрование, центрифугирование, мокрое разделение, электроочистку.

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые либо жидкие частицы дисперсной фазы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежной или электростатической силы. Осаждение под действием силы тяжести называютотстаиванием.

Фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные в среде твердые частицы. Фильтрование осуществляют под действием сил давления и применяют для более тонкого, чем при осаждении, разделения суспензий и пылей (реже – эмульсий).

Центрифугирование – процесс разделения суспензий и эмульсий под действием центробежной силы.

Мокрое разделение – процесс улавливания взвешенных в газе частиц с помощью жидкости.

Электроочистка – очистка газов под воздействием электрических сил.