- •Предисловие
- •Введение в технологию
- •1.1 Место технологии в современном обществе и производстве
- •Понятие технологии
- •1.3 Функции технологии и экономики в производственном процессе
- •1.4 Цель изучения технологии, связь технологии с другими науками
- •1.5 Характеристика разновидностей технологии
- •Вопросы для повторения
- •2. Закономерности формирования и развития технологических процессов и систем
- •2.1. Производительность труда – основной экономический показатель уровня развития производственного процесса
- •2.2. Затраты. Динамика затрат
- •2.3 Структура технологического процесса
- •2.4. Закономерности развития технологических процессов
- •2.5. Производственная функция Кобба, Дугласа и закономерности технологического развития
- •2.6. Закономерности формирования и развития технологических систем
- •2.7. Оптимизация технологических систем
- •Естественные процессы как основа технологических процессов
- •3.1Общие принципы классификации технологических процессов
- •3.2.Механические процессы, используемые в технологии
- •3.2.1.Транспортные процессы
- •3.2.2. Процессы формообразования и соединения твердых тел
- •3.2.3.Процессы изменения размеров твердых тел
- •3.2.4.Процессы разделения твердых тел по размеру
- •3.2.5. Процессы смешивания твердых сыпучих материалов
- •3.2.6.Процессы дозирования твердых материалов
- •3.3.Гидромеханические процессы в технологии
- •3.3.1.Процессы получения неоднородных систем
- •3.3.2.Процессы разделения неоднородных систем
- •3.3.2.1 Разделение жидких систем
- •3.3.2.2.Разделение газовых систем
- •3.3.3.Процессы транспортирования жидкостей и газов
- •3.4.Тепловые процессы
- •3.4.1.Процессы нагревания и охлаждения
- •3.4.2.Выпаривание, испарение и конденсация
- •3.4.3.Процессы искусственного охлаждения
- •3.4.4.Кристаллизация и плавление
- •3.5. Массообменные процессы в технологии
- •3.5.1.Общая характеристика массообменных процессов
- •3.5.2.Виды процессов массопередачи
- •3.6..Химические процессы, используемые в технологии
- •3.6.1.Понятие о химико-технологическом процессе
- •3.6.2.Гомогенные и гетерогенные процессы
- •3.6.3.Экзотермические и эндотермические процессы
- •3.6.4. Обратимые и необратимые процессы
- •3.6.5.Электрохимические процессы
- •3.6.6.Электролиз
- •3.6.7.Каталитические процессы
- •3.7.Биологические процессы, используемые в технологии
- •3.7.1.Брожение
- •3.7.2.Типовые процессы сельскохозяйственного производства. Фотосинтез
- •Выводы:
- •Вопросы для повторения
3.3.2.Процессы разделения неоднородных систем
В технологии широко распространены процессы, связанные с разделением жидких и газовых неоднородных систем. Разделение проводится с одной из следующих целей: 1) очистка жидкой или газовой фазы от примесей; 2) выделение ценных продуктов, диспергированных в жидкой или газовой фазе. Выбор метода разделения обусловлен, главным образом, размером частиц, разностью плотностей дисперсной и сплошной фаз, вязкостью сплошной фазы.
Применяют следующие основные методы разделения: 1) осаждение; 2) фильтрование; 3) центрифугирование; 4) мокрое разделение.
Рассмотрим процессы разделения жидких и газовых систем из-за их специфических особенностей раздельно.
3.3.2.1 Разделение жидких систем
Отстаивание – осаждение, происходящее под действием силы тяжести. Отстаивание в основном применяется для предварительного грубого разделения и проводят в аппаратах, называемых отстойниками или сгустителями.
Различают отстойники периодического, непрерывного и полунепрерывного действия. Непрерывно действующие отстойники могут быть одно-, двух- и многоярусными.
Отстаивание является самым дешевым способом разделения и он наиболее эффективен при разделении грубых суспензий. Наряду с суспензиями методом отстаивания разделяют эмульсии.
Фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость (газ), но задерживать взвешенные в среде твердые частицы.
Под действием разности давлений жидкости по обе стороны от фильтрующей перегородки, жидкость проходит через ее поры, а твердые частицы задерживаются на ней, образуя слой осадка.
От правильного выбора фильтровальной перегородки во многом зависит производительность фильтра, чистота получаемого фильтрата.
Все фильтры делятся на периодические и непрерывного действия. По способу создания разности давлений (движущей силы) по обе стороны перегородки фильтры делят на работающие под вакуумом и работающие под давлением.
Число конструкций фильтровального оборудования велико. К наиболее распространенным относятся барабанный вакуум-фильтр, ленточный вакуум-фильтр, карусельный фильтр, фильтровальные патроны.
Центрифугирование – процесс разделения эмульсий и суспензий в поле центробежных сил с использованием сплошных или проницаемых для жидкости перегородок.
Процессы центрифугирования проводят в центрифугах.
Основная часть любой центрифуги – барабан со сплошными или перфорированными стенками, вращающийся в основном неподвижном кожухе. Внутренняя поверхность ротора с перфорированными стенками часто покрывается фильтровальной тканью или тонкой металлической сеткой.
Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу-фугат.
В отстойных центрифугах со сплошными стенками производят разделения суспензий и эмульсий по принципу отстаивания, причем действие силы тяжести заменяется действием центробежной силы.
В фильтрующих центрифугах с проницаемыми стенками разделение суспензий осуществляют по принципу фильтрования, где вместо разности давлений используется действие центробежной силы.
Разделение эмульсий в отстойных центрифугах называют сепарацией, а устройства, где осуществляют этот процесс – сепараторами. Пример такого процесса – отделение сливок от молока. Процессы центрифугирования осуществляются периодически или непрерывно.
По расположению оси вращения различают вертикальные, наклонные и горизонтальные центрифуги.
Разделение жидких неоднородных систем под действием центробежных сил осуществляют и в аппаратах не имеющих вращающих частей – гидроциклонах.
Чем меньше диаметр гидроциклона, тем больше развиваемые в нем центробежные силы и тем меньше размер отделяемых частиц.
Достоинства гидроциклонов: высокая производительность, отсутствие в них движущихся частей, компактность, простота и легкость обслуживания, невысокая стоимость, широкая область применения (сгущение, осветление, классификация). Недостаток: быстрый износ
корпуса, для чего его часто изготавливают со сложной футеровкой из износостойких материалов (резины, керамики, металлических сплавов и др.), высокая влажность осадка.
Отдельным направлением в механике разделения суспензий является газо-центробежное разделение суспензии. В этом случае роль вращающегося перфорированного барабана центрифуг играет неподвижный цилиндрический фильтрующий элемент, в который во внутрь подается пленкой суспензия, а по центру в соответствующем направлении закрученный газовый поток. В этом случае давление на пленку будет оказывать центробежная сила вращающегося газового потока. Кроме того, закрученный газовый поток придает вращательно-поступательное движение и пленке, что обеспечивает равномерное распределение ее по поверхности фильтрующего элемента. За счет центробежных сил через фильтрующую поверхность на начальном участке из суспензии удаляется основная часть жидкой фазы, а в дальнейшем происходит обкатывание и обдув твердых частиц закрученным газовым потоком и окончательное удаление влаги. При этом на выходе можно получить продукт с влажностью значительно ниже, чем в фильтрующих центрифугах, что в ряде случаев позволяет исключить стадию сушки.
Способ прост, надежен, т. к. не имеет вращающихся частей. В сравнении с центрифугами стоимость, материалоемкость, затраты электроэнергии значительно (в разы) ниже.