3.1.1. Классификация процессов разделения неоднородных систем
Все процессы разделения неоднородных систем по виду движущей силы относятся к механическим и гидромеханическим. Многообразие самих систем и способов разделения привело к созданию многочисленных аппаратов, в которых осуществляются непохожие друг на друга процессы.
Осаждение под действием силы тяжести. Применяется там, где система составлена из компонентов, плотность которых существенно отличается. Этот способ используется для разделения грубых суспензий и некоторых промышленных пылей.
Применение центробежного поля позволяет существенно увеличить движущую силу. Сила тяжести в этом случае заменяется центробежной силой, пропорциональной скорости и радиусу вращения частицы. Способ применяют для разделения тонких суспензий и мутей, содержащих мелкие частицы, а также эмульсий.
Для отделения пыли в газовых системах используют электростатическое поле, где осаждение происходит в результате взаимодействия частиц с ионизированным газом.
Фильтрование. Процесс разделения неоднородных систем за счет «просеивания» их через фильтрующую перегородку носит название фильтрование. Эти процессы используются для разделения жидких и газовых систем. В качестве движущей силы здесь может использоваться сила тяжести, например разделение суспензий в нутч-фильтре. Более эффективно использование разности давления по разные стороны фильтрующей перегородки. Фильтрование можно осуществлять и в центробежном поле.
Эффект разделения — это отношение количества компонента, выделенного из дисперсионной среды, к начальному его количеству в смеси:
Кроме огромной роли в основных технологических процессах процессы разделения неоднородных систем обеспечивают защиту окружающей среды от вредных выбросов в водные и воздушные бассейны. В связи с постоянно возрастающими требованиями к очистке сточных вод и газов роль этих процессов, решающих экологические проблемы, постоянно возрастает.
3.1.2. Осаждение
Осаждение в поле гравитации. Осаждение (отстаивание) под действием силы тяжести широко используется для разделения суспензий, эмульсий, дымов и пылей.
Ввиду значительных сил трения скорость осаждения невелика, поэтому для увеличения производительности участка строят аппараты, занимающие большие объемы и площади производственных помещений и площадок.
Циклоны. Аппараты для разделения газовых неоднородных систем, в которых используется центробежная сила, возникающая за счет вращения потока, называются циклонами (рис. 5.4). В циклонах нет вращающихся частей. Вращение потока достигается благодаря тангенциальному вводу 2 исходной смеси и цилиндрическому каналу, который образуется корпусом 1 и центральной трубой 3. Более тяжелые твердые частицы совершают в циклоне движение по спирали, постепенно приближаясь к внутренней поверхности корпуса и одновременно опускаясь вниз к выходу 4. Чистый газ из центральной части аппарата поднимается вверх по центральной трубе 3. Для получения достаточной для очистки газа центробежной силы необходимо поддерживать высокую скорость потока на входе в аппарат. Так, для аппаратов конструкции НИИОГаз эта скорость составляет 20...30 м/с. Эти циклоны выпускаются в серии с диаметром от 100 до 1000 мм и степенью очистки газов от пыли 30...85 % для частиц диаметром 5 мкм. Для частиц диаметром 10 мкм степень очистки повышается до 70...95 %, а для частиц 20 мкм — до 95...99 %. Эти данные справедливы, если содержание пыли в газе не превышает 0,2...0,4 кг/м3.
При концентрации пыли 3...6 кг/м3 рекомендуется применять циклоны диаметром 2000...3000 мм.
Кроме вышеупомянутых циклонов применяются и более простые по конструкции, но менее эффективные циклоны.
Промышленность изготавливает батарейные циклоны с диаметром элементов 100, 150 и 250 мм, которые предназначены для очистки газов содержанием пыли 0,05...0,1 кг/м3.
Батарейные циклоны менее громоздки, чем обычные циклоны той же производительности. Однако степень очистки газа в них несколько ниже.
Все циклоны отличаются простотой конструкции и требуют меньших капитальных затрат, чем отстойники или фильтры. К недостаткам циклонов следует отнести сравнительно большое гидравлическое сопротивление и невысокую эффективность при улавливании частиц менее 10 мкм.