Тверской государственный технический университет |
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ |
Конспект лекций |
|
Автор-составитель к.т.н., доцент Шелгунов В.В.
|
Тверь, 2007 |
Гидромеханические процессы
Назначение: транспортировка и перемещение жидкостей и газов, а также разделение и получение жидких газовых неоднородных систем.
Неоднородные системы – смесь компонентов химически не реагирующих между собой, обычно состоят из нескольких фаз мелкораздробленной (распределённой) и основной (дисперсионной) среды.
Газовые неоднородные системы
1.
Пыли
– твёрдые частицы 5-50
- дисперсионная фаза и газ. Образуются,
как правило, при дроблении, измельчении
и транспортировке твёрдых материалов.
2. Дымы – твёрдые частицы 0,3 – 0,5 и газ. Образуются при сгорании топлива.
3. Туманы – газ + капли жидкости размером 0,3-3 мкм.
Жидкие неоднородные системы
Суспензии – системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твёрдых частиц.
Грубые
Тонкие
Коллоидные
(мути)
Эмульсии – системы из жидкости и распределённых в ней капель другой жидкости не растворяющейся в первой.
Пены – жидкость + пузырьки газа.
Перечень основных гидромеханических процессов
Осаждение частиц под действием различных сил:
- силы тяжести
Разделение
- сил инерции
-
центробежных сил
Фильтрование
Перемешивание используется в химической, нефтехимической, промышленности металлургии, промышленности стройматериалов, энергетике и т.д.
Осаждение
Назначение – разделение газовых и жидких неоднородных систем с целью:
грубой очистки газов от пыли и золы, очистки сточных вод, сгущение суспензии, разделение эмульсий, разделение суспензии по фракциям.
Различают гравитационное и инерционное осаждения.
Теоретические основы.
R
mg
При низких значениях Re < 2; S =24/Re , отсюда получаем закон Стокса
S – рассчитывается от режима осаждения.
Re – 2: ламинарный;
Re – 2-500: переходный;
Re – 500-2*105: турбулентный.
Применяется для расчёта осаждения частиц
Для разделение эмульсий используется Закон Адамара
.
Отстойники
Р
адиальный
для суспензии
Для эмульсии
лёгкая
осв Л.Ф.
эмульсия Т.Ф.
тяжёлая
шлам
Осаждение под действием центробежной силы
Процесс разделения гетерогенных систем можно интенсифицировать по сравнению с обычным отстаиванием с помощью увеличения движущей силы процесса (в частности с использованием центробежной силы)
Примеры: циклоны, осадительные (отстойные) центрифуги. Сравним соотношение сил при отстаивании и центрифугировании
,
где m – масса, кг;
-
окружная скорость, м/с;
R – траектории движения, м.
Фактор разделения:
,
где n – частота вращения, об/сек;
КР
100-500 – циклоны;
КР 3000 – центрифуги;
В
центробежных аппаратах скорость
осаждения частиц
,
так как Р
изменяется по мере движения частиц к
периферии аппарата.
Скорость осаждения представим как:
.
Время осаждения:
,
где R1, R2 – радиусы вращения потока в аппарате.
Учитывая закон Стокса для шарообразных частиц можно получить скорость осаждения:
Однако практически рассчитать осаждение нельзя, так как имеет место стеснённое осаждение.
Фильтрующие центрифуги
Вертикальная центрифуга периодического действия
Достоинства:
1. Простота; 2. Небольшие габариты; 3. Высокий коэффициент разделения и качество фильтрования.
Недостатки:
1. Периодичность; 2. Малая производительность; 3. Ручная выгрузка осадка.
с
успензия
фугат
Фильтрующая центрифуга с пульсирующим поршнем
суспензия
поршень
фугат осадок
Достоинства:
1. Высокая производительность; 2. Механическое выгружение осадка;
Недостатки:
1. Низкое качество фильтрации; 2. Сложностьконструкции; 3. Низкая надёжность.
Действующие на частицу силы:
1)
4;
2) PЦ = mg;
3)
сила сопротивления среды:
.
4)
.
РТ
0; движение частицы определяется
соотношением РЦ
, РС
и РА.
n2
wOC
wa
если dr = const
1. Ламинарное осаждение (по закону Стокса)
РЦ = РС + РА
После интегрирования:
Время пребывания в аппарате:
Предельный диаметр частиц, могущих осаждаться в аппарате:
