Методы разделения неоднородных систем:

Осаждение - процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести (отстаивание), центробежной силы (циклонный процесс и центрифугирование), сил инерции, электростатических сил (очистка газов в электрическом поле).

Фильтрование - процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений. В случаях, когда разность давлений создается центробежными силами, процесс называют центробежным фильтрованием.

Мокрая очистка газов - процесс разделения, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание осуществляется, как правило, под действием сил инерции.

Выбор метода разделения зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фаз и вязкости последней.

Циклоны

Циклонные аппараты вследствие дешевизны и простоты устройства и эксплуатации, относительно небольшого сопротивления и высокой производительности являются наиболее распространенным типом механического пылеуловителя. Циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества перед другими аппаратами: отсутствие движущихся частей; надежная работа при температуре до 500 °С без конструктивных изменений; пыль улавливается в сухом виде; возможность улавливания абразивных пылей, для чего активные поверхности циклонов покрываются специальными материалами; возможность работы циклонов при высоких давлениях; стабильная величина гидравлического сопротивления; простота изготовления и возможность ремонта; повышение концентрации пыли не приводит к снижению фракционной эффективности аппарата. К недостаткам можно отнести высокое гидравлическое сопротивление, достигающее 1250-1500 Па, и низкую эффективность при улавливании частиц размером < 5 мкм.

Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газопылевого потока внутри корпуса аппарата. В результате действия циклона    центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока Чистый газ, продолжая вращаться, совершает поворот на 180° и выходит из циклона через расположенную по оси выхлопную трубу (рис. 2.8). Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона.

Общее описание процесса осаждения. Гравитационное осаждение

Отстаивание используется в промышленности, чтобы сгустить суспензию или классифицировать суспензии по фракциям частиц твердой фазы, а также для разделения эмульсий. Из-за малой движущей силы тяжести в процессе отстаивания можно довольно эффективно отделить только крупные частицы. Отстаивание является самым простым и дешевым процессом среди гидродинамических. Именно благодаря этому его используют для первичного разделения, чтобы удешевить окончательное разделение гетерогенной смеси более дорогими и сложными способами.

В промышленности отстаивание используется, как правило, в условиях высокой концентрации дисперсной фазы, если происходит стесненное осаждение, которое имеет скорость значительно меньше, чем скорость свободного осаждения. Вследствие трения частиц между собой, а также их столкновений друг с другом, наблюдается тенденция сближения скоростей осажденных частиц разных размеров. Поэтому возникает коллективное осаждение частиц со скоростями, близкими в каждом сечении аппарата, однако разными по высоте. При этом значительно замедляется скорость восхождения потоков жидкостей с приближением к днищу аппарата.

Данное явление связано с тем, что возникают восходящие потоки жидкости из-за вытеснения жидкости осаждающимися на дно частицами. Усложняется процесс из-за того, что крупные частицы обгоняют более мелкие. В процессе стесненного осаждения концентрация диспергированных частиц значительно изменяется по высоте самого отстойника. Это значит, что в верхней части расположены слои осветленной жидкости, чуть ниже расположена зона почти свободного осаждения, еще ниже – стесненное осаждения, и на самом дне расположен слой осадка.

Отстаивание производится в аппаратах, которые называются отстойниками. Для сгущения суспензий используются отстойники, которые называются сгустителями, а для твердых частиц – классификаторами.

Существуют отстойники непрерывного, периодического, а также полунепрерывного. В непрерывных все процессе отстаивания происходят непрерывно. В полунепрерывных отстойниках происходит подача разделяемой смеси, а также вывод очищенной сплошной фазы непрерывно, а вот удаление сгущенной дисперсной фазы, например, осадкой и шлама, периодически.

В суспензиях дисперсная фаза, как правило, имеет более высокую плотность, чем сплошная. Благодаря этому гравитационное осаждение, которое еще называют естественным отстаиванием, равно ρт-ρж. Данный процесс происходит в аппаратах периодического, непрерывного и полунепрерывного действия, которые называются отстойниками.

Скорость стесненного осаждения, которое обозначается как w_ст, и является функцией скорости свободного осаждения, а также концентрации суспензии. Скорость стесненного осаждения выражается через объемную долю жидкости, которая находится в суспензии ε:

ε = V_ж/(V_ж+V_т)

где V_ж и V_т - объем сплошной жидкой и твердой фазы, м³.