Стесненное осаждение
Скорость
осаждения о
частиц неправильной формы меньше, чем
скорость осаждения шарообразных частиц.
Чтобы ее рассчитать, значение скорости
осаждения о
для шарообразных частиц необходимо
умножить на поправочный коэффициент
,
называемый коэффициентом формы,
.
(19)
Значения
коэффициента формы
определяют опытным путем (для частиц
округлой формы
0,77,
для угловатых частиц
0,66,
для продолговатых частиц
0,58
и для пластинчатых частиц
0,43).
Кроме того, при расчете скорости осаждения
частиц нешарообразной формы в
соответствующие уравнения для определения
скорости следует подставлять эквивалентный
диаметр.
Для расчетов может быть использована и единая интерполяционная зависимость, связывающая критерии Re и Аr для всех режимов осаждения,
.
(20)
При малых значениях Аr вторым слагаемым в знаменателе можно пренебречь, и уравнение (20) превращается в уравнение (13), соответствующее области действия закона Стокса; при больших же значениях Аr пренебречь можно уже первым слагаемым в знаменателе, и уравнение (6.23) превращается в уравнение (6.18), отвечающее турбулентной области.
Приведенный расчет скорости свободного осаждения о относится к режиму, при котором осаждающиеся частицы практически не оказывают влияния на движение друг друга. В пищевой промышленности процессы осаждения очень часто проводятся в условиях, когда оседающие частицы могут влиять на движение друг друга. При значительной концентрации твердых частиц в жидкости происходит стесненное осаждение, скорость которого меньше, чем свободного, вследствие трения и соударений между частицами.
Рассмотрим процесс отстаивания неоднородной системы, при котором наблюдается постепенное увеличение концентрации частиц в аппарате по направлению сверху вниз (рис. 3).
П
Рис.
3. Схема процесса отстаивания: 1
слой осадка; 2
зона сгущенной суспензии; 3
зона свободного осаждения; 4
осветленная жидкость
В зоне сгущенной суспензии происходит стесненное осаждение частиц, сопровождающееся трением и взаимными столкновениями. При этом более мелкие частицы тормозят движение более крупных, а частицы больших размеров увлекают за собой мелкие частицы, ускоряя их движение. В результате наблюдается тенденция к сближению скоростей осаждения частиц различных размеров; возникает коллективное, или солидарное, осаждение частиц с близкими скоростями в каждом сечении аппарата.
Уменьшение скорости частиц по мере приближения к днищу аппарата объясняется тормозящим действием жидкости, вытесняемой осаждающимися частицами и движущейся в обратном направлении.
Коагуляция частиц. Для ускорения отстаивания часто используют коагуляцию частиц дисперсной фазы. Коагуляция осуществляется путем добавления в неоднородную систему веществ, разрушающих сольватированные оболочки и уменьшающих диффузионную часть двойного электрического слоя у поверхности взвешенных частиц. В результате этого между частицами возникают силы сцепления, приводящие к образованию агрегатов частиц, обладающих большей массой. Осаждение образующихся агрегатов происходит соответственно с большей скоростью, и процесс разделения существенно ускоряется.