Разделение неоднородных систем

Неоднородными называют системы, образованные двумя или большим числом фаз, которые взаимно нерастворимы друг в друге. Неоднородные системы обладают различной степенью устойчивости и могут быть, как правило, разделены под действием механических сил.

В пищевых производствах многие технологические процессы сопровождаются образованием неоднородных смесей, которые в дальнейшем необходимо разделять. Следует очищать воздух от пыли, образующейся при измельчении твердых материалов, а также моечные растворы, содержащие твердые частицы, отделять кристаллы от маточного раствора и т.п.

Классификация неоднородных систем

Наиболее общий признак любой неоднородной системы – наличие двух (или более) фаз, которые отделены друг от друга выраженной поверхностью раздела. Этим признаком неоднородные системы отличаются от растворов, которые также состоят из нескольких компонентов, образующих однородную смесь. Одну из фаз, сплошную, называют дисперсионной, а другую, мелкораздробленную и распределенную в первой – дисперсной фазой. В зависимости от вида дисперсионной среды различают неоднородные смеси, жидкие и газовые.

В таблице приведена классификация неоднородных систем по виду дисперсной и дисперсионной фаз.

В зависимости от размера дисперсных частиц – эквивалентного диаметра – классифицируются только суспензии. Понятие «эквивалентный диаметр» весьма условно, так как в смеси присутствуют частицы различных размеров и формы.

Эквивалентным диаметром (м) называют диаметр шара, объем которого V равен объему частицы,

Фаза		Неоднородная система
дисперсионная	дисперсная
Жидкость	Твердое тело	Суспензии - грубые - тонкие - мути - коллоидные растворы
Жидкость	Жидкость	Эмульсии
Жидкость	Газ	Пены
Газ	Твердое тело	Пыли
Газ	Жидкость	Туманы

Все процессы разделения неоднородных систем по виду движущей силы относятся к механическим и гидромеханическим. Многообразие самих систем и способов разделения привело к созданию многочисленных аппаратов, в которых осуществляются непохожие друг на друга процессы.

Процессы осаждения под действием силы тяжести. Применяются там, где система составлена из компонентов, плотность которых существенно различна. Эти способы используются для разделения грубых суспензий и некоторых промышленных пылей.

Применение центробежного поля позволяет существенно увеличить движущую силу. Сила тяжести в этом случае заменяется центробежной силой, пропорциональной скорости и радиусу вращения частицы. Способ применяют для разделения тонких суспензий и мутей, содержащих мелкие частицы, а также эмульсий.

Для отделения пыли в газовых системах используют электростатическое поле, где осаждение происходит в результате взаимодействия частиц с ионизированным газом.

Фильтрование. Процесс разделения неоднородных систем за счет «просеивания» их через фильтрующую перегородку носит название фильтрование. Эти процессы используются для разделения жидких и газовых систем. В качестве движущей силы здесь может использоваться сила тяжести, например разделение суспензий в нутч-фильтре. Более эффективно использование разности давления по разные стороны фильтрующей перегородки. Фильтрование можно осуществлять и в центробежном поле.

Эффект разделения – это отношение количества компонента, выделенного из дисперсионной среды, к начальному его количеству в смеси:

_р=G₀/G_н 100%

где G₀ – количество выделенного вещества (осадка), кг;

G_н – количество дисперсной фазы в начальной смеси, кг

По укоренившейся терминологии эффект разделения в различных отраслях промышленности называют по-разному. Например, при оценке качества работы циклонов его называют КПД циклона, при очистке сточных вод – эффектом очистки, при сепарировании молока – степенью обезжиривания молока и т.п.

Кроме огромной роли в основных технологических процессах процессы разделения неоднородных систем обеспечивают защиту окружающей среды от вредных выбросов в водные и воздушные бассейны. В связи с постоянно возрастающими требованиями к очистке сточных вод и газов роль этих процессов, решающих экологические проблемы, постоянно возрастает.