Материальный баланс процесса разделения

Пусть разделению подлежит система, состоящая из вещества "а" (внеш­ней фазы) и взвешенных в ней частиц "b" (дисперсной фазы).

Введем обозначения:

G_см, G_ocв, G_oc - масса исходной смеси, осветленной жидкости и получаемо­го осадка, кг;

Х_см, Х_осв, Х_ос - содержание вещества "в" в исходной смеси, осветленной жидкости и осадке.

При отсутствии потерь вещества в процессе разделения уравнения материального баланса имеют вид:

по общей массе веществG_см=G_осв+ G_ос,

По веществу «b»G_см⋅х_см = G_осв⋅х_осв + G_ос⋅х_ос .

Совместное решение этих уравнений позволяет определить массу ос­ветленной жидкости G_ocв и осадка G_oc:

Под эффектом разделения будем понимать отношение массы данного компонента, выделенного из дисперсной фазы, к начальному его содержанию в смеси. Эффект разделения (Э_р) характеризует степень технического совершенства данного аппарата:

2.Осаждение в гравитационном поле (отстаивание)

Процесс состоит в разделении суспензий на осветлённую жидкость и оса­док. В идеале осветлённая жидкость не должна содержать твёрдых частиц. Влажный осадок состоит из твердых частиц в просветах между которыми на­ходится то или иное количество жидкости.

В основе процесса осаждения лежит явление отстаивание. Это явление реализуется в поле каких-либо массовых сил: такие силы, действующие на еди­ницу объёма частиц и жидкости, должны быть не одинаковы - в этом и заклю­чается условие разделения неоднородных систем методом осаждения. Условие разделения выполняется когда, плотности твёрдого материала ρ_ти жидкости ρ_жразличны, т.е. р_т≠р_ж или обычно р_т>р_ж.

Скорость осаждения в гравитационном поле невелика. Поэтому процесс отстаивания малоэффективен и не обеспечивает выделения из разделяемой сис­темы частиц с высокой степенью дисперсности.

Отстойники периодического действия представляют собой вертикальный сосуд круглого или прямоугольного сечения с конусным дном.

Рис.5.1.Схема процесса отстаивания:

1 – слой осадка(шлама); 2 – зона сгущенной суспензии; 3 – зона свободного осаждения; 4 – осветленная жидкость.

Загруженная суспензия через некоторое время разделяется на осветлённую жидкость (верхний слой ) и осадок с высокой концентрацией твёрдой фазы (нижний слой ). Осветлённая жидкость удаляется насосом, а через нижний кран выгружают осадок, чему способствует конусное дно, и аппарат загружают снова.

Рис.5.2. Схема отстойника для эмульсий

Рис. 5.3. Схема отстойника с гребковыми мешалками

1- корпус; 2-кольцевой желоб; 3-рельсы; 4-труба для подачи суспензии; 5-электродвигатель; 6-труба; 7-разгрузочное отверстие; 8-мешалка с гребками

Производительность отстойников зависит от скорости и поверхности осаждения:

Поверхность осаждения в м²:

Значение скорости осаждения частицы определяется:

ξ-коэффициент сопротивления среды.

• Коэффициент гидравлического сопротивления среды –

• Зависит от режима движения дисперсных частиц:

4.Фильтрование.

Фильтрование - это процесс разделения с помощью пористой перего­родки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них твердые частицы. Он осуществляется под действием сил давления или цен­тробежных и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей.

Несмотря на общность принципов разделения жидких и газовых неодно­родных систем некоторые методы их разделения, а также применяемое обору­дование в ряде случаев имеют специфические особенности.

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий и газовзвесей при помощи пористых или фильтровальных перегородок, задерживающих твёрдые частицы (дисперсную фазу), но пропускающих сплошную фазу (жидкость, газ). Осевший на перегородке слой твёрдых частиц с некоторым содержанием жидкости между ними называют осадком, а прошедшую через неё жидкость фильтратом. Большим достоинством процесса фильтрования в сравнении с осаждением является возможность полного удаления из суспензий и газовзвесей содержащихся в них твёрдых частиц.

В простейшем виде аппарат для фильтрования, называемый фильтром представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, в котором имеется ложное (перфорированное) днище. На ложное днище уложена фильтровальная перегородка. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений в обеих частях фильтра, под действием которой жидкость проходит через поры фильтровальной перегородки, а твёрдые частицы задерживаются на ней, образуя слой осадка.

Разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки создают с помощью вакуума под перегородкой или избыточного давления над ней.

Рис. 5.4.Процесс фильтрования: 1- корпус фильтра, 2 - фильтрующая перегородка; I - суспензия, II-осадок -, III - фильтрат.

Разделение жидких и газовых неоднород­ных смесей можно осуществлять с помощью процесса фильтрования, заключающе­гося в пропускании загрязнённого потока через перегородку, проницаемую для сплошной сре­ды, но не пропускающую твёрдые частицы. В результате неоднородная смесь разделяется на осветлённую жидкость, называемую фильтра­том, и влажный осадок твёрдого материала.

Процесс фильтрования, осуществляется под действием разности давлений ∆р = p₁ - р₂, где р₁и р₂ - давления над и под фильтрующей перего­родкой.