Поскольку нахождение φф достаточно проблематично, гораздо удобнее

воспользоваться его следующими средними значениями для частиц различной

формы:

Округлые частицы............................ 0,77

Пластинчатые частицы....................... 0,73

Угловатые частицы........................... 0,66

Продолговатые частицы..................... 0,53

Иногда, при расчетах используется так называемый фактор несферичности:

Ψ = (81)

Тогда:

w΄_ос= (82)

Осаждение одиночной твёрдой частицы в двигающейся жидкости.

Если частица оседает в двигающейся жидкости, то приходится обращаться к векторной сущности её скорости оседания ( "_ос)^:

"_ос = _ос ⁺ _д.с. (83)

где: _ос - векторная величина скорости оседания частицы ( в данном слу­чае сферической и одиночной);

_д.с. - векторная величина скорости перемещения дисперсионной

среды

Осаждение сообщества одинаковых сферических твёрдых частиц в непод­вижной жидкости.

Рассмотренные случаи гравитационного разделения фаз носят название оседания в свободных условиях, т.к. оседающая частица либо одинока, либо их концентрация настолько мала, что вероятность их взаимодействия при оседании равна нулю.

Оседание частиц в среде с их высокой концентрацией, когда их взаимодей-ствие (и прежде всего соударения) становится неизбежным, называется оседанием в стеснённых условиях. Подобные условия реализуются, если φ_ср ≥ 5 % об.

При­чём, φ_ср находится как среднее арифметическое между φ_н и φ_к

В этом случае, критерий Рейнольдса можно найти по уравнению:

Re= (84)

где: ε - относительная доля дисперсионной среды в исходной смеси:

ε = (85)

где: - объём дисперсионной среды;

- объём дисперсной фазы.

Тогда, окончательное выражение для скорости осаждения сфериче­ской частицы в неподвижной жидкости в стесненных условиях при любых режимах движения будет иметь вид:

w ″′_ос= (86)

Экспериментальными исследованиями установлена следующая связь между скоростью оседания в свободных и стесненных условиях:

w ″′_ос = w _ос ∙ εⁿ (87)

где: n - эмпирический коэффициент, величину которого в практических расчетах можно принять равной 4,7.

Известны так же зависимости:

w ″′_ос = w _ос ∙ ε²∙10^{-1,82∙(1- ε)} (88)

w ″′_ос = w _ос∙ (89)

Первая справедлива при ε > 0,7; вторая при ε ≤ 0,7

Иногда, вместо критерия Архимеда используют критерий Галилея (Ga), взаимосвязь между которыми определяется уравнением:

Ga = Ar (90)

А вместо критерия Рейнольдса используют критерий Лушенко (Ly), взаи­мосвязь между которыми определяется уравнением:

Ly= (91)

Графически взаимосвязь критериев Рейнольдса, Архимеда и Лушенко проиллюстрирована номограммой на рис.6.

Рис.6. Зависимость критериев Re и Ly от критерия Аг для осаждения оди­ночной частицы в неподвижной жидкости.

1 и 6 - шарообразные частицы; 2 - округлённые; 3 - угловатые; 4 - продолговатые; 5 -5 - пластинчатые.

2. Технологический расчет отстойной аппаратуры

Технологический расчет отстойной аппаратуры заключается в определе­нии пропускной способности отстойника или его размеров.

2.1. Расчет пропускной способности.

2.1.1. Прикидочный (приближенный расчет).

Первое допущение: температура во всех точках гравитационного аппарата одинакова, т.е. конвекционные токи отсутствуют.

Второе допущение: скорость движения частиц дисперсной фазы постоянна в любой момент времени и в любой точке траектории.

Третье допущение: частицы дисперсной фазы сферичны.

Четвёртое допущение: скорость течения эмульсии в аппарате не влияет на скорость осаждения частиц дисперсной фазы.

Рис.7. Схема горизонтального отстойника.

Рассмотрим только горизонтальный или вертикальный двухфазный от­стойник (схемы которых приведены на рис.7 и 8), в котором происходит гравита­ционное разделение эмульсии типа В/Н.

Рис.8. Схема вертикального отстойника.

1. Зная ф_н и ф_к с помощью вышеприведенной табл. определяют мини­мальный размер капель дисперсной фазы (d_min), которые удаляются в данном от­стойнике.

Для этого, вычисляют Δφ как разницу φ_н и φ_к и двигаясь справа налево

по нижней строке таблицы суммируют указанные в ячейках величины φ до тех пор пока найденное слагаемое не станет равным (или минимально не превысит) Δφ. Соответствующее значение d и будет искомым (d_min).

2. По вышеприведенным формулам рассчитывают критерий Архимеда,

заменяя d_ч на (d_min).

3. В зависимости от численного значения критерия Архимеда рассчиты­вают скорость свободного осаждения одиночной частицы дисперсной фазы по вышеприведенным формулам.

4. При необходимости, скорость свободного оседания пересчитывают на стесненные условия, для чего пользуются вышеприведенными формулами - за­меняя d_ч на (d_min).

5. Рассчитывают объёмную пропускную способность отстойника по ис­ходной эмульсии (Q_э):

Q_Э = w_cp (92)

где: w_cp средняя скорость движения эмульсии в аппарате;

S_H ~ часть площади сечения аппарата, занятая нефтью.

Для горизонтального отстойника:

Если эмульсия подаётся под водяную подушку:

w_ср=w_ос(w^″′_ос)· (93)

Если эмульсия подаётся выше водяной подушки:

W_cp = W_oc (w^″′_ос) · (94)

S_н= (95)

где:

(96)

(97)

Для вертикального отстойника:

w_cp = w_ос(w^″′_ос) (98)

S_H = (99)