Кинетика процесса отстаивания

Цель: найти скорость отстаивания, продолжительность осаждения и поверхность осаждения: woc, Eoc, F

Рассмотрим стадии процесса отстаивания:

1. Осветленная жидкость
2. Исходная суспензия
3. переходная область
4. сгущенный осадок

 

I. равномерное распределение частиц в объем исходной суспензии.

II. Начало осаждения, на дне появляются крупные частицы

III – IV. Развитие процесса осаждения

 

В зоне 2 происходит свободное осаждение частиц, т.е. частицы не соприкасаются друг с другом. В зоне 3 наблюдается увеличение концентрации частиц и происходит стесненное осаждение частиц, сопровождающиеся трением между частицами и их взаимными столкновениями. Поэтому скорость стесненно осаждение меньше скорости свободного осаждения.

Кинетику свободного осаждения см. в лекции: движение тел в жидкостях и газах. Скорость стесненного осаждения соответствует закономерностям существования взвешенного слоя.

Отстаивание является более дешевым процессом, чем другие процессы разделения неоднородных систем, например, фильтрование. Кроме того, разделение фильтрованием ускоряется при прочих равных условиях в случае предварительного сгущения фильтруемого материала.

Поэтому отстаивание часто используют в качестве первичного процесса разделения, стремясь удалить возможно больше количества твердого вещества из сплошной фазы.

Отстаивание проводят в аппаратах, называемых отстойниками или сгустителями. Различают аппараты периодического, непрерывного и полу непрерывного действия, причем непрерывно действующие отстойники, в свою очередь, делятся на одноярусные, двухъярусные и многоярусные.

 

 

При отстаивании должно соблюдается 2 основных требования:

 

1. скорость потока суспензии или газа в аппарате д.б. значительно меньше скорости осаждения.
2. время пребывания потока в аппарате д.б. больше времени осаждения частиц.

 

Расчет отстойников

1. Скорость осаждения находят в зависимости от режима течения по известным формулам. Чаще по следующей схеме dr > Ar > Re > Wос

Далее определяют скорость стесненного осаждения Wст = 0,5 Wос

 

2. Производительность отстойника.

Пусть за время T суспензия разделится на осадок и слой осветленной жидкости высотой h. При поверхности осаждения F объем осветленной жидкости, получаемой в единицу времени, Vосв выражается уравнением.

Vосв=h F/τ (м³/с) (1)

За то же время частицы, осаждающиеся со скоростью Wст, должны проходить путь h (м). Следовательно h = Wст * Т. Подставим значение h в (1), получим

Уравнение показывает, что производительность отстойника зависит от скорости и поверхности и поверхности осаждения. Поэтому отстойники имеют значительную поверхность осаждения при небольшой высоте (1,5 – 4,5 м при d до 100м.)

Необходимую поверхность находим как

 

Фильтрование

Фильтрование -процесс разделения неоднородной системы под действием перепада давления над и под фильтрующей перегородкой.

Фильтрование может обеспечить почти полную очистку жидкости или газа от взвешеннных частиц и в этом отношении имеет преимущество перед процессами осаждения.

Терминология:

Фильтрат - осветленная жидкость

Осадок -образующийся на пористой перегородке слой твердых частиц.

Фильтрующая перегородка состоит обычно из опорной решетки, дренажной сетки и фильтрующей ткани или материала (используют часто гравий песок, ткани, пористую керамику и т.д.)

Движущая сила процесса-общий перепад давления в фильтрующей перегородке и слое осадка.

РИСУНОК DР=Р₁+Р₂

Где Р_{1 И} Р₂ давление над слоем осадка и под фильтровальной перегородкой.

DР=Р₀+Р_вак.+ρ₀h₀g₀

Различают способы фильтрования.

1)с образованием слоя осадка (если размер частиц больше размера пор ф. ткани)

2)фильтры с закупориванием пор -частицы проникают в поры ф. перегородки и задерживаются там, не образуя осадка.

Фильтры могут работать.

1) Под давлением DР=Р_0.+ρ_ch_cg

DР= от 3 до10 атм

2) Под вакуумом - наиболее часто применяется

DР=0,5-0,7 атм. DР = Р_вак + ρ_ch_cg

3) Ф. наливного действия - разность давлений обусловлена гидростат. Давлением слоя суспензии постоянной высоты.

Скорость фильтрования.

Это объем фильтрата, который проходит через единицу поверхности фильтрующей перегородки в единицу времени.

м/с

Vф.- объем фильтрата, проходящий через фильтрующую перегородку за время τ, м³

F- поверхность фильтров. перегородки, м²

τ – время фильтрования, с

q=V/F удельная производительность фильтра, м³/ м²

Режимы фильтрования.

1) при постоянной разности давлений DР=const (наиболее широко прим. В промышленности)

В этом случае скорость фильтрования уменьшается в связи с увеличением сопротивления осадка возрастающей толщины w const, w уменьшается.