Презентация на тему "Неоднорідні системи і методи їх розділення"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Неоднорідні системи і методи їх розділення

  Неоднорідними, або дисперсними, називаються системи, утворені із двох або більшої кількості фаз із розвинутою поверхнею розділу між ними. Будь-яка неоднорідна (бінарна) система складається з дисперсної (внутрішньої) фази, розподіленої у вигляді дрібних частинок (краплинок, кристаликів, плівок, пластинок, бульбашок) у другій суцільній фазі – дисперсійному середовищі. Залежновідфізичногостануфазрозрізняють: суспензії, емульсії, піни, пили, дими й тумани. Суспензії – неоднорідні системи, які складаються з рідини (дисперсійне середовище) і зважених у ній твердих частинок (дисперсна фаза). Залежно від розмірів частинок твердої речовини суспензії умовно поділяють на чотири групи: грубі суспензії (>100мкм), тонкі (0,5 – 100мкм), муті (0,1 – 0,5мкм), колоїдні розчини (

• 
  Слайд 2
  

  Емульсії складаються з рідин, які не змішуються. Одна з них розподілена в другій у вигляді краплинок, розміри яких можуть коливатися в значних межах. Коли розміри краплинок менші ніж 0,4-0,5мкм, емульсії стабільні і не розшаровуються під дією сили тяжіння. Стійкими емульсії стають і у випадку, коли в них додають спеціальні речовини - стабілізатори. Із збільшенням концентрації емульсованої речовини в емульсіях стає можливою інверсія фаз: краплинки дисперсної фази утворюють суцільну фазу, в якій розподілені краплинки рідини, що була раніше дисперсійним середовищем. Піни– це системи, які складаються з рідини і розподілених у ній бульбашок газу. За своїми властивостями піни близькі до емульсій. Пили й дими– системи, які складаються з газу й розподілених у ньому частинок твердої речовини. Вони відрізняються розмірами зважених частинок: пили мають частинки розмірами 5-100мкм, дими – 0,3-5мкм. Пили утворюються під час подрібнення, змішування, транспортування й переробки твердих матеріалів, спалюванні зольного палива тощо; дими й тумани - у процесах конденсації парів (газів), коли вони переходять у твердий або рідкий стан. Пили, дими й тумани являють собою аеродисперсні системи, або аерозолі.

• 
  Слайд 3
  

  ОСНОВНІ МЕТОДИ РОЗДІЛЕННЯ НЕОДНОРІДНИХ СИСТЕМ: 1) осадження; 2) фільтрування; 3) центрифугування; 4) мокре розділення. Осадження відбувається під дією сил тяжіння, сил інерції (також відцентрових ) або електростатичних сил. Осадження, яке відбувається під дією сил ваги називається відстоюванням. Фільтрування – процес розділення під дією сил тиску або відцентрових сил з використанням пористих перегородок, що пропускають рідину або газ і затримують тверду фазу. Використовується для більш тонкого розділення суспензій і пилу, ніж шляхом осадження. Центрифугування – розділення суспензій і емульсій у полі відцентрових сил, що виникають під час швидкого обертання ротору. Під дією означених сил осадження супроводжується ущільненням осаду. Мокре розділення – процес вловлювання зважених у газі частинок тою чи іншою рідиною. Відбувається під дією сил тяжіння або сил інерції і використовується, головним чином, із метою очищення запилених газів .

• 
  Слайд 4
  

  Матеріальний баланс процесу розділення Розглянемо матеріальний баланс процесу розділення на прикладі суспензій, як найбільш поширеного у випадку розділення неоднорідних систем. Позначимо: Gс, Gпр, Gос – маса вихідної суспензії, проясненої рідини і твердого осаду, кг; хс, хпр, хос – вміст твердої речовини у вихідній суспензії, проясненій рідині й осаді (масові частки). Тоді рівняння матеріальних балансів будуть мати наступний вигляд: за загальною кількості речовин: за твердою фазою: Спільний розв‘язок цих рівнянь дає можливість визначити кількість проясненої рідини Gпр і кількість осаду Gос: де хпр, хос - відповідно масові частки твердої фази в проясненій рідині й осаді. Вміст зважених частинок у проясненій рідині і в осаді вибирається залежно від технологічних умов виробництва

• 
  Слайд 5
  

  Розділення рідких систем методом відстоювання Відстоюванням називається процес видалення зважених твердих частинок з об’єму або потоку рідини шляхом осадження під дією сили тяжіння. Процеси відстоювання поділяються на згущування й прояснювання. Метою згущування є збільшення концентрації твердої фази, прояснювання – видалення твердої речовини з відносно розбавлених суспензій. Швидкість стислого осадження 1- шар осаду; 2- зона згущеної суспензії; 3- зона вільного осадження; 4-прояснена (освітена) рідина

• 
  Слайд 6
  

  ab- осадження важчих частинок; bc- динамічна рівновага сили тяжіння і опору середовища; cd- повільна стадіяосадження– ущільнення осаду Швидкість ускладненого (його ще називають колективним або солідарним) осадження менша від швидкості вільного осадження, і різниця у швидкостях збільшується, з збільшеням концентрації твердої фази у суспензії. Із збільшенням концентрації зростає і в’язкість суспензії, що призводить до зменшення швидкості осадження. Загальна розрахункова залежність, що дозволяє визначити швидкість стислого осадження, аналогічна до залежності для визначення швидкості потоку у зваженому шарі де ε - питомий вільний об’єм рідкої фази в суспензії.

• 
  Слайд 7
  

  Інтерполяційне рівняння, яке використовується для всіх областей осадження, має вигляд: Після визначення Rест розраховують швидкість стислого осадження потім розраховують швидкість стислого осадження Для розділення суспензій використовуються різноманітні відстійні апарати з горизонтальним, висхідним і низхідним потоками суспензії і промивної води, що спричиняє відхилення від вертикального напряму швидкості осадження й невідповідності розрахункових і реальних значень швидкостей осадження. Вплив руху середовища та його напряму на швидкість осадження розраховується за дослідними даними.

• 
  Слайд 8
  

  Апаратура для розділення рідких неоднорідних систем Відстійники для суспензій. Найпростішими апаратами для розділення суспензій є відстійники, які також називають згущувачами. Відстійники поділяються на апарати періодичної, напівнеперервної і неперервної дії. Неперервнодіючі відстійники, у свою чергу, поділяються на одноярусні, двоярусні й багатоярусні. Відстійники періодичної дії являють собою низькі резервуари без перемішуючих пристроїв. Подавання суспензії, зливання проясненої рідини й видалення осаду в цих апаратах здійснюється періодично. Для відстоювання значної кількості рідини, наприклад для очистки стічних вод, використовують бетонні басейни великих розмірів або декілька послідовно з‘єднаних резервуарів, що працюють напівнеперервним способом: рідина поступає і видаляється неперервно, а осад вивантажується з апарату періодично

• 
  Слайд 9
  

  Відстійник з похилими перегородками: 1- штуцер для вводу вихідної суспензії; 2- корпус; 3- похилі перегородки; 4- бункери для осаду; 5- штуцер для відведення освітленої рідини Відстійник неперервної дії: 1 – корпус; 2 – кільцевий жолоб; 3 – труба для подавання суспензії; 4 – електродвигун; 5 – патрубок для виведення проясненої рідини; 6 – лопаті з гребками; 7 – мішалка; 8 –розвантажувальний пристрій для осаду

• 
  Слайд 10
  

  Головним недоліком одноярусних гребкових відстійників є значна громіздкість. Значно компактнішими є двоярусні й багатоярусні відстійники, які складаються із декількох відстійників, розміщених один над одним Багатоярусні відстійники закритого (а) і збалансованого (б) типів: 1 – розподілювач вихідної суспензії; 2 – труба-стакан для введення суспензії в яруси; 3 – колектор для збирання проясненої рідини; 4 – збірники осаду (шламу); 5 – нижнє відділення; 6 – верхнє відділення. Незначно відрізняється від розглянутого відстійник збалансованого типу (рис.12.3. б). Відмінність полягає тільки в тому, що згущений продукт з верхнього відділення через стакан поступає в шар згущеного продукту нижнього відділення і далі сумарний продукт відводиться у збірник осаду 4. У відстійниках збалансованого типу навантаження на днище сприймає тільки нижній ярус; крім цього, у цих відстійниках немає потреби у спеціальних ущільненнях в місцях проходження вала через днища ярусів.

• 
  Слайд 11
  

  Відстійники для емульсій за принципом дії поділяються на періодичної й неперервної дії. Відстійник для емульсій неперервної дії: 1, 2 – перфоровані перегородки; а – а – поверхня розділу рідин Емульсія вводиться в середню частину апарата між двома перфорованими перегородками 1 і 2, які запобігають турбулізації рідини в апараті внаслідок подачі струменя вихідної суспензії. Поперечний переріз апарата повинен бути таким, щоб забезпечувався ламінарний режим руху емульсії. За цієї умови прискорюється швидкість відстоювання і покращується якість розділення. Після розшарування легка рідина відводиться з апарата через верхній патрубок, а тяжка – через нижній. Висоти (від рівня розділу фаз) патрубків для відведення легкої й тяжкої рідин h1 і h2 залежать від густин рідин ρ1 і ρ2і відповідають співвідношенню

• 
  Слайд 12
  

  Інтенсифікація процесів відстоювання Єдиним шляхом інтенсифікації є збільшення площі осадження, що досягається розміщенням в апаратах значної кількості поличок, або використанням багатоярусних відстійників. В той самий час, прискорення процесу відстоювання можна досягнути за рахунок зміни технологічних параметрів процесу. швидкість стислого осадження зростає із збільшенням розмірів частинок та їх питомої ваги, зменшенням питомої ваги середовища і його в’язкості, із збільшенням ступеня розбавлення суспензії. Дані методи значно збільшують витрати на проведення процесу розділення. Для прискорення відстоювання часто в суспензію додають спеціальні речовини - коагулянти, які спричиняють злипання дрібних частинок під час їх стикання в процесі теплового (броунівського) руху або під час перемішування. Внаслідок коагуляції утворюються агрегати – крупніші (вторинні) частинки, які складаються із зкоагульованих дрібніших (первинних). До ефективних коагулянтів для суспензій відносяться: солі полівалентних металів (алюмінію, заліза тощо), водорозчинні органічні високомолекулярні сполуки (полімери), особливо поліелектроліти.

• 
  Слайд 13
  

  На відміну від неорганічних коагулянтів, їх іноді називають флокулянтами. В промисловості широко використовується полікремнієва кислота, поліакриламід тощо. Дія флокулянтів полягає в адсорбції їх молекул частинками, внаслідок чого вони об’єднуються в крупні і міцні агрегати (флокули), що веде до збільшення швидкості осадження. Розрахунок відстійників Схема одноярусного відстійника з гребковою мішалкою Припустимо, що за проміжок часу τ (с) суспензія розділяється на шар проясненої рідини h1 і шар згущеної суспензії h2 Якщо поверхня осадження F м2, а об’єм отриманої проясненої рідини становить h1 F м3, то об’єм проясненої рідини за одиницю часу За час τ (с) тверді частинки проходять шлях wст·τ. В той самий час, цей шлях дорівнює h1, м. Таким чином

• 
  Слайд 14
  

  Підставимоцезначення h1 у попереднєрівняння і отримаємо: м3/с З рівняння бачимо, що продуктивність відстійника пропорційна поверхні осадження і формально не залежить від його висоти. З цього рівняння знаходимо необхідну поверхню відстоювання: Враховуючи, що і, приймаючи до уваги рівняння матеріального балансу розділення надамо рівнянню інший вигляд: Після розрахунку площі осадження (площі поперечного перерізу відстійника) розраховується діаметр апарата:

• 
  Слайд 15
  

  Для того, щоб запобігти перемішуванню рідини біля вільної поверхні, висоту зони вільного осадження відстійника приймають рівній h1=0,45 - 0,75 м. Верхні граничні значення h1 вибирають для більш концентрованих суспензій.