34. Гравитационное осаждение.

Отстаивание (гравитационное осаждение) – разделение суспензий, эмульсий и газов взвеси в поле сил гравитации.

Движущая сила гравитационного осаждения – разность плотностей фаз, т.е. дисперсных частиц и дисперсионной среды.

Суспензия проходит через аппарат со скоростью W. Под действием сил тяжести твердые частицы оседают со скоростью W0 и образуют на дне отстойника осадок (слой твердых частиц с некоторым количеством жидкости). В процессе отстаивания должны выполняться 2 условия:

1) скорость движения суспензий должна уступать скорости осаждения, в противном случае будет происходить взмучивание,т.е. осевшие дисперсные частицы будут вновь взвешиваться;

2) время пребывания неоднородной системы в аппарате должна быть меньше времени стесненного осаждения наименьшей дисперсной частицы, которое необходимо осадить. В противном случае, эта частица попадет в осветленную жидкость.

Скорость осаждения в аппарате падает сверху вниз по двум причинам:

1) оседающие частицы тормозятся жидкостью, вытесняемой со дна отстойника оседающими частицами;

2) оседающие частицы тормозятся взаимно за счет трения и соударения (в зоне стесненного осаждения).

Скорость стесненного осаждения намного меньше, чем скорость осаждения.

Скорость свободного осаждения можно найти по соотношению:

Универсальная формула Тодеса:

Скорость стесненного осаждения находят по преобразованной формуле Тодеса:

Формула Тодеса пригодна для всех 3х режимов осаждения (ламинарного, переходного турбулентного).

С максимальной скоростью оседают частицы сферичной формы (шарообразны). Для частиц другой формы применяют коэффициент сферичности.

Скорость гравитационного осаждения пропорциональна размеру и плотности дисперсной частицы и обратно пропорциональна плотности и вязкости дисперсионной среды (это следует из анализа формул Re и Ar). При отсутствии эмульсий капельки дисперсной фазы оседают или всплывают (в зависимости от разности плотностей), образующих второй слой, который затем удаляют из аппарата.

35. Конструкция отстойников.

Аппараты для отстаивания называются отстойники или гравитационные осадители, или сгустители. Размеры гравитационного осадителя обратно пропорциональны размерам и плотности дисперсных частиц.

Отстойники бывают непрерывного, полунепрерывного и периодического действия.

Рассмотрим непрерывный отстойник с гребковой мешалкой для разделения суспензий:

1. цилиндроконический корпус;

2. медленно-вращающийся вал (несколько оборотов в мин);

3. лопасть;

4. гребок;

5. кольцевой желоб;

6. труба для суспензий.

Суспензия поступает в аппарат по трубе 6. твердые частицы оседают под действием силы гравитации. Осадок со дна отстойника выгружается с помощью гребков и выводится через нижний щтуцер. Осветвленная жидкость удаляется из аппарата через желоб 5.

Плюсы аппарта: непрерывность, большая производительность, равномерная плотность и хорошее обезвоживание осадка (благодаря гребкам).

Минусы аппарата: медленное отстаивание, громоздкость (диаметр до 120 м).

такие аппараты используют при очистке сточных вод.

Используют также непрерывные отстойники с коническими перегородками и наклонными перегородками для разделения суспензий.

Рассмотрим горизонтальный непрерывный отстойник для разделения эмульсий:

1. цилиндричекий корпус;

2. перфлорированная отбойная перегородка;

3. устройство для разрыва сифон(предотвращает полное опорожнение аппарата).

Этот аппарат называется флорентийский сосуд.

Поперечное сечение отстойника выбирают с расчетом обеспечения ламинарного течения жидкости в нем. Отбойная перфлорированная отбойная перегородка способствует подавлению турбулентности потока.

Плюсы аппарата: непрерывность, простота.

Минусы аппарата: невысокая производительность, громоздкость, недостаточная степень разделения.

Для разделения газовых взвесей (для обеспыливания газов) применяют пылиосадительную камеру полунепрерывного действия:

1. горизонтальная полка;

2. дверца;

3. отражательная перегородка.

При прохождении газа через камеру пыль оседает на полках 1 (расстояние между полками 10-20 см). Пыль удаляется с полок периодически через дверки 2 с помощью скребков. Перегородка 3 способствует дополнительному осаждению пыли за счет сил инерции. Пылиосадительные камеры громоздки, низкоэффективны, малопроизводительны, поэтому постепенно вытесняется циклонами. Кроме того, для очистки газов используют каменные газоходы и жалюзийные пылиуловители.

Плюсы аппарата: простота и дешевизна, небольшие энергозатраты.

Минусы аппарата: медленное отстаивание, громоздкость, низкая степень разделения.

Обычно сгустители применяют для предварительного сгущения суспензий, т.е. отстаивание является более эффективным способом разделения неоднородных систем (фильтрование, циклонному процессу, центрифугированию).