Контрольные вопросы

1. Напишите выражение первого закона термодинамики в случае:

если работа совершается самой системой,

если работа совершается внешними силами над системой.

2. Напишите выражение, которое с точки зрения энтропии является критерием:

обратимости в идеальной системе,

необратимости в идеальной системе.

3. К какой величине стремится энтропия системы при стремлении температуры к абсолютному нулю?

4. Как связана энтропия системы с вероятностью осуществления данного макроскопического состояния?

5. Напишите уравнение баланса для неравновесного процесса.

6. Что такое информационная энтропия?

7. Как записывается энтропия системы в статической физике?

8. Что происходит с энтропией системы, когда система стремится к хаосу?

9. С точки зрения закона баланса энтропии процессы защиты окружающей среды являются энергетически выгодными или энергетически невыгодными и почему?

10. Как материальное производство влияет на состояние окружающей среды?

11. Как энтропия связана с процессами деградации окружающей среды: в техническом, экологическом, социальном и историческом плане?

12. Какие основные законы лежат в основе расчетов процессов и аппаратов защиты окружающей среды?

Глава 2. Классификация двухфазных систем

2.1. Методы обезвоживания

При обезвоживании и пылеулавливании приходится отделять твердые частички материала от воды и газа. Гетерогенные системы, содержащие вещества в двух различных агрегатных состояниях, называют двухфазными. При обезвоживании имеют дело с двухфазной системой, состоящей из твердых частиц материала и жидкости, а при пылеулавливании - с системой, состоящей из твердых частиц материала и газа.

Гидродинамические закономерности для этих двух систем имеют много общего. А именно, аналогичны как применяемый математический аппарат, так и вид многих полученных закономерностей. Коренное отличие этих двух систем обуславливается большей вязкостью жидкости, чем газа (примерно в 50 раз), и более сильным взаимодействием жидкости с поверхностью твердых частиц.

Поведение двухфазных систем в основном определяется концентрацией и размером твердых частиц. Чем меньше размер частиц и их концентрация, тем ближе свойства двухфазных систем к однофазным - жидкостям и газам.

В настоящие время отсутствует какое-либо единое уравнение, описывающее свойства двухфазных систем в широком диапазоне концентраций и размеров твердых частиц, однако в продуктах обогащения, подлежащих обезвоживанию и пылеулавливанию, встречается самый широкий набор размеров частиц от 10 мм до десятых и сотых долей микрона.

Концентрация твердого в исходных продуктах колеблется в более узких пределах - от 5 до 30%, чаще 10 ÷ 20%.

В настоящее время двухфазные системы принято разбивать на ряд подсистем в зависимости от размера частиц и их концентрации (рис.2.1).

Н

Рис.2.1. Классификация двухфазных систем

а рисунке также показаны основные методы обезвоживания и движущие силы процессов. Дренаж - свободное вытекание жидкости под действием собственного веса из крупнозернистого осадка по каналам большого диаметра.

При грохочении к силе тяжести воды добавляется сила вибрации и небольшая центробежная сила. Сгущение происходит под действием сил тяжести, но по сравнению с дренажом происходит не вытекание жидкости, а осаждение частиц, обладающих большим удельным весом, чем вода.

Для ускорения первоначального обезвоживания шламов и коллоидов приходится вводить в действие центробежные силы и укрупнять частицы за счет коагуляции или флокуляции, применяя для этого специальные реагенты.

Механические методы обезвоживания легче описать с помощью двух физических процессов: 1) оседания частиц в жидкости с переменной вязкостью и 2) фильтрация воды через поры. Первый метод применяют для сгущения материала до 50% твердого (Т = Ж = 1:1), исходя из закона Стокса. При этом необходимо учитывать направление и скорость потоков в сгустителях.

Процесс отделения воды из двухфазной системы, содержащей более 50% твердого, легче представить себе как фильтрацию через пористый и сжимаемый во времени осадок.