Введение

Проведение процессов химической технологии обычно связано с перемещением жидкостей, газов или паров в трубопроводах и аппаратах, образованием или разделением гетерогенных систем (перемешивание, диспергирование, отстаивание, фильтрование и др.). Поскольку скорость всех этих процессов определяется законами гидромеханики, то их принято называть гидромеханическими процессами.

По принципу целенаправленности гидромеханические (гидродинамические или гидравлические) процессы делятся на процессы, протекающие:

1) с образованием неоднородных систем (перемешивание, диспергирование, псевдоожижение, пенообразование);

2) разделением неоднородных систем (осаждение, классификация, фильтрование, мокрая очистка и др.);

3) перемещением потоков в трубопроводах или аппаратах. В этом случае перемещение может быть как однофазное (гомогенная система), так и двухфазное (гетерогенная система).

Подобное деление гидромеханических процессов связано с различием видов и способов движения жидкостей, газов, твердых частиц и их смесей.

В зависимости от закономерностей, характеризующих условия движения потоков, гидромеханические процессы делятся на три группы:

1) процессы, составляющие внутреннюю задачу гидродинамики – движение потоков в трубах и аппаратах;

2) процессы, относящиеся к внешней задаче гидродинамики – движение частиц в газообразной или жидкой среде (процессы осаждения, диспергирования, перемешивание твёрдых частиц с жидкостью);

3) процессы, составляющие смешанную задачу гидродинамики – движение жидкостей и газов через слой кусковых или зернистых материалов (фильтрование, псевдоожижение).

Данное пособие посвящено изучению процессов разделения неоднородных систем. Очистка неоднородных газовых и жидких систем от взвешенных в них твердых, жидких или газовых частиц на предприятиях химической, а также пищевой промышленности осуществляется при помощи силы тяжести, центробежных и электростатических сил, а также путем промывки и фильтрации газов и жидкостей. Кроме того, в последнее время выделяют пыль под действием ультразвука, вызывающего ин­тенсивную вибрацию мельчайших частиц пыли, которые при этом сце­пляются друг с другом и укрупняются.

1. Общие представления о разделении неоднородных систем

1.1 Классификация неоднородных систем

Неоднородные системы (НС) – смеси, состоящие, по крайней мере, из двух компонентов, находящихся в различных фазовых состояниях и разделенных четкими границами. Примерами неоднородных систем могут явиться суспензии, эмульсии, пены, туманы, пыли и другие. В них можно выделить две фазы вещества: дисперсионная среда и находящиеся в ней раздробленные частицы различных размеров и форм, называемые дисперсной фазой. Частицы дисперсной фазы должны иметь четкие границы, отделяющие их от дисперсной среды. Неоднородные системы называют также гетерогенными или дисперсными.

Дисперсионная среда может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. В этих же агрегатных состояниях может находиться и дисперсная фаза. Поэтому можно использовать классификацию систем по этим признакам, изображенным на рисунке 1.1.

Следует отметить, что в курсе ПАХТ такие неоднородные системы, как Т-Ж, Т-Г, Т-Т не рассматриваются (см. рисунок 1.1).

При изменении концентрации дисперсной фазы неоднородная система может менять свое название. Зачастую это сопровождается так называемой инверсией фазы. При инверсии дисперсионная среда становится дисперсной фазой, и наоборот. Например, если в пене увеличить содержание жидкости, она переходит в перенасыщенную газированную жидкость.

Другой классификацией неоднородных систем может явиться классификация по размеру частиц дисперсной фазы. Согласно этой классификации неоднородные системы разделяются на грубодисперсные (d_ч = 1…10^-2см) и коллоидные системы (d_ч = 10^-5…10^-7см). Для суспензий в этой классификации выделяют следующие состояния: грубое (d_ч ≥ 100мкм), тонкое (d_ч = 100…0,5мкм), муть (d_ч = 0,5…0,1мкм) и коллоидный раствор (d_ч ≤ 0,1мкм).

С уменьшением диаметра частиц дисперсной фазы увеличивается отношение поверхности частиц к их объему. Это существенно изменяет свойства НС. Так, если для грубодисперсных систем основное влияние на их свойство оказывают объемные силы, то для коллоидных растворов основными являются уже поверхностные силы.

Эмульсия

Пена

Суспензия

Туман

Не существует

Пыль, дым

Пластическая масса

Капиллярно - пористый продукт (гель)

Твердые неоднород- ные продукты

Рисунок 1 – Классификация неоднородных систем