12.5. Разделение жидких гетерогенных систем
Основными следует считать отстаивание, фильтрование, центрифугирование. Выбор способа и условий разделения связан со свойствами исходных дисперсных систем - взвесей, эмульсий и пен. При этом определяющими являются: удельная поверхность частиц или капелек и связанная с ней дисперсность, вязкость, плотность дисперсионных сред, величина поверхностного натяжения. При обработке взвесей, которые в зависимости от размера частиц делят на гру-бодисперсные (более 1,0 мм), средне- (0,1 - 1,0 мм), тонко- (0,01-0,1 мм) и очень тонкодисперсные (менее 0,01 мм), важны свойства образующего осадка: полидисперсность и форма частиц, пористость, возможность агрегации.
12.5.1. Отстаивание
Отстаивание жидких гетерогенных систем - разделение под действием сил тяжести. Процесс прост в исполнении, не требует сложной аппаратуры и больших энергетических затрат.
Движущей силой процесса является разность плотностей твердой фазы и дисперсионной среды. Частицы с большим диаметром осаждаются быстрее. Разделение этим способом зависит от характера движения твердых частиц в ламинарном или турбулентном режиме.
Увеличение вязкости и нешарообразная форма частиц понижают скорость отстаивания. В суспензиях с большой концентрацией твердой фазы следует учитывать физико-химические взаимодействия между частицами фазы друг с другом и с дисперсионной средой, которые могут приводить к укрупнению частиц или к образованию у них одноименных зарядов, что вызывает в первом случае ускорение процесса, а во втором - может сформировать трудноразделяемые и седиментацнонно устойчивые системы.
Отстаивание проводят в отстойниках или седимеп-таторах периодического, полунепрерывного (рис. 12.3) или непрерывного действия.
Отстойники периодического действия - это емкости, имеющие краны для слива осветленной жидкости на разной высоте. После отстаивания открывают краны, начиная с верхнего, и сливают прозрачную жидкость. Отстаивание можно производить и в обычных емкостях без крана, в этом случае используется сифон или отсасывание с помощью шланга, соединенного с монтежю.
Рис. 12.3. Устройство отстойников периодического и полунепрерывного действия
В отстойниках полунепрерывного действия непрерывно подается взвесь и сливается осветленная жидкость, а осадок удаляется периодически. За счет увеличения диаметра раструба скорость движения жидкости в нем уменьшается и частицы по инерции оседают на дне. Жидкость в виде ламинарного потока со скоростью меньшей, чем скорость оседания частиц поднимается вверх, не увлекая их за собой.
В отстойниках непрерывного действия взвесь подается в центральную часть аппарата непрерывно, осадок с помощью скребка выводится через штуцер в нижней части отстойника. Осветленная жидкость через кольцеобразный желоб, расположенный в верхней части аппарата, постоянно сливается. Производительность отстойников рассчитывается по следующей формуле.
V=F • WS,
где V - производительность отстойника,м3/с; WS - скорость отстаивания,м/с; F - площадь отстаивания,м2.
Повышение производительности в основном достигается за счет увеличения площади отстаивания.
Недостатками процесса являются малая производительность и длительность. Полнота разделения не достигается и осадок обычно содержит до 40-70% жидкости.