Розділ суспензій та емульсій. Матеріальний баланс

Суспензії характеризуються ваговим співвідношенням рідкої та твердої фаз (Р:Т). Це співвідношення може бути виражене через вагову долю х твердої фази в суспензії:

Позначивши через ρ_с та ρ_тв густину суспензії та твердої фази, що міститься в ній, отримаємо наступне вираження об’ємної долі твердих часток в суспензії:

Густину ρ_с визначаємо, виходячи з того, що питомий об’єм суспензії дорівнює сумі об’ємів її складових її (твердої та рідкої фаз):

, де ρ_р – густина рідкої фази.

Вологий осад, що отримали в результаті розділення, також характеризується відношенням рідкої та твердої фаз:

, де w – вагова доля рідкої фази в осаді.

Аналогічні залежності припустимі до емульсій, які складаються з двох рідких фаз Р₁ та Р₂ і відповідно характеризується відношенням

п_ем=Р₁:Р₂

Розглянемо матеріальний баланс розділення суспензій, як найбільш розповсюдженого процесу розділення рідких неоднорідних систем.

G_c – кількість суспензій, що розділяється (кг), х₁ – вагова доля твердої фази в суспензії. В результаті розділення утворюється осад в кількості G_ос, кг зі змістом твердої фази х₂ та вологістю w = 1-х₂ та рідина, кількість якої дорівнює G_р, кг.

Тоді рівняння матеріального балансу має наступний вигляд:

для всієї системи

G_с=G_ос+G_Р (1)

для твердої фази

G_с x₁=G_ос x₂ (2)

або

G_с x₁=G_ос (1- w) (3).

Сумісне вирішення рівнянь (1) та (3) визначають кількість вологого осаду та кількість рідкої фази.

Контрольні запитання

1. Що називають неоднорідною системою?

2. Яка фаза в неоднорідних системах є дисперсною, а яка дисперсійною?

3. Наведіть приклади неоднорідних систем.

4. Які існують методи розділення неоднорідних систем?

5. Що таке суспензія, емульсія, туман, піна?

6. Що виражає вагова доля твердої фази в суспензії?

7. Як розраховують об’ємну долю твердих часток в суспензії?

8. Як визначають густину суспензії?

9. Надайте матеріальний баланс розділення суспензій для всієї системи та для твердої фази.

1. 4 Відстоювання (лекція)

Мета: ознайомитися з відстоюванням та його стадіями; вивчити швидкість осадження та розрахунок відстійників.

План

1. Загальні відомості про відстоювання.

2. Схема процесу відстоювання.

3. Типи суспензії.

4. Швидкість осадження.

5. Розрахунок відстійників.

Загальні відомості

Процес осадження під дією сил тяжіння називається відстоювання.

Рис. Схема процесу відстоювання

1,2,3,4,5 – стадії відстоювання

І,ІІ,ІІІ,IV – зони системи

Відстоювання суспензій протікає в декілька стадій, які можна спостерігати, якщо перемішати розбавлену суспензію і помістити до скляного циліндру (рис.1.). Спочатку тверді частки рівномірно розподілені в рідині (рис.1), але через деякий час вони починають осаджуватись, на дно циліндру. Осаджується шар найбільш важких твердих часток (рис.2., зона IV). Над осадом утворюється шар, який називається зоною стиснутого осадження (зона ІІІ). Вище знаходиться перехідна зона, густина якої зменшується знизу догори за напрямком до зони вихідної суспензії (зона ІІ). Над зоною ІІ розташовано шар чистої або освітленої рідини (зона І). По мірі відстоювання зони І та ІІ збільшуються (рис.3 і 4) при чому одночасно відбувається ущільнення зони ІІІ. Відстоювання закінчується, коли зона ІІ зникає і завершується ущільнення згущеної суспензії, що відповідає повному розділенню її на осад і освітлену рідину (рис.5.).

Стан, при якому перехідна зона зникла, але ще не починається ущільнення згущеної суспензії (зони ІІ), носить назву критичної точки. При цьому розрізняють суспензії двох типів:

1. Суспензії, в яких швидкість осадження постійна до критичної точки і потім зменшується з ущільненням зони ІІІ.

2. Суспензії, в яких швидкість осадження зменшується з самого початку відстоювання, при чому не з’являється чіткої границі між освітленою рідиною і згущеною суспензією, тобто границі, що відповідає критичній точці.

В процесі безперервного відстоювання в апараті утворюються такі ж зони, що і при періодичному відстоюванні, але ці зони не змінюються по висоті.