2. Значення гідромеханічних процесів поділу дисперсних систем для охорони довкілля
Вода широко використовується в різних галузях промисловості. Підприємства багатьох галузей харчової промисловості мають недосконалі очисні споруди і тим самим інтенсивно забруднюють водні джерела.
Для очистки забруднених вод широко використовують різні методи для виділення органічних сполук.
У стічних водах поряд з тонкодисперсною фракцією з розміром частинок більше 5 –10мкм. Для їх виділення застосовують такий метод очистки, як відстоювання. В основу його закладено процеси осідання великих твердих частинок в рідині.
Застосовують також і інші методи.
Під охороною водних ресурсів розуміють комплекс заходів, які спрямовані на збереження, відновлення, раціональне використання і забезпечення санітарної чистоти вод.
Від забруднення повітря страждає населення промислових районів. Воно одержує на 15% менше променів і на 19% більше опадів. Підраховано: щорічно в атмосферу викидається близько 1млрд. тонн аерозолів. Частки пилу та сажі поступово осідають в легенях людей і спричиняють такі захворювання як бронхіт, астма, пневмонія, рак, серцево – судинні та ін.
За тим, щоб концентрація шкідливих речовин в атмосфері не перевищувала допустимих норм, необхідний суворий контроль. Для цього на всіх підприємствах треба встановити газо- та пилоочисні установки, впроваджувати безвідходні технологічні процеси. Потрібно пам’ятати, що охорона навколишнього середовища є загальною проблемою всього світового співтовариства і розв’язувати її необхідно в широкому масштабі спільними зусиллями.
Здатність атмосфери до самоочищення обмежена, а величина та швидкість промислових, транспортних та побутових викидів значно перевищують природні можливості їх утилізації. Тому необхідно застосовувати методи примусового руйнування аерозолів, в основі яких лежать процеси відділення дисперсних частинок від дисперсійного середовища.
Виділення високодисперсійної фракції забруднення грунтується на процесі агрегативної стійкості стічних вод при додаванні до них коагулянтів або флокулянтів. Коагуляція приводить до зниження стійкості системи завдяки утворенню коагулятів. Але стійкість утворених коагулятів достатньо висока, і на практиці в осад агрегати переводять механічними способами: під дією гравітаційного або відцентрового поля.
Контрольні запитання:
1. Характеристика дисперсних систем.
2. Значення гідромеханічних процесів поділу дисперсних для охорони довкілля (повітря).
3. Значення гідромеханічних процесів поділу дисперсних систем для охорони довкілля (води).
2.6. Процеси осідання і фільтрування
1. Загальні відомості про процес осадження, апарати для осадження.
2. Загальні відомості, класифікація фільтраційних процесів, апарати
для фільтрування
3. Способи очищення газів
1. Загальні відомості про процес осадження, апарати для осадження
Осадження під дією гравітаційного поля
Осадження - виділення твердих чи рідких частинок із рідких або газових неоднорідних систем під дією сили тяжіння, відцентрових сил чи сил електричного поля.
Осадження під дією сил тяжіння (відстоювання) використовується для розділення суспензій, емульсій пилу. У громадському харчуванні процес відстоювання застосовується, при необхідності отримати прозорі напої, освітлити бульйони, очистити фритюрний жир.
Сутність осадження полягає в тому, що неоднорідна система, яка знаходиться в апараті у стані спокою або рухається в ньому з малою швидкістю, розділяється на складові частини під дією сили тяжіння. Невелика швидкість осадження частинок під час відстоювання не забезпечує виділення із суміші тонкодисперсних частинок, тому відстоювання використовується для грубого розділення неоднорідних систем. Основним показником, що характеризує процес відстоювання, є швидкість осадження.
Для визначення швидкості осадження розглянемо осадження уособленої кулеподібної частинки у рідині. На частинку діаметром d діють сили тяжіння G, підіймальна сила А і сила R опору середовища.
Я
кщо
густина частинки є менша за густину
середовища, то підіймальна сила буде
більшою за силу тяжіння частинки. У
цьому випадку рівнодіюча сил спрямована
уверх, тому частинка буде переміщуватись
уверх -спливати. Якщо ж густина частинки
буде більшою за густину середовища, то
частинка буде переміщуватися донизу -
осаджуватися.
Сили, що діють на
частинку під час осадження
Під час руху частинки з боку середовища виникає сила його опору, яка прикладена до частинки й спрямована у бік, протилежний рухові. Величина цієї сили е. пропорційна швидкості руху частинки і залежить від форми та розмірів частинки і фізичних властивостей середовища.
Сила опору виникає здебільше внаслідок дії трьох причин: лобового тиску середовища на частинку, тертя поверхні частинки об середовище, появи деякого розрідження за частинкою, що призводить до виникнення вихорів.
Частинка в рідині може осідати за трьох режимів: ламінарного, перехідного, турбулентного. За ламінарного руху частинки лінії току плавно огинають її, за перехідного - за частинкою виникають незначні завихрення рідини, за турбулентного - за частинкою виникають вихрові потоки. Для процесу осадження найбільш вигідним є ламінарний режим руху частинки.
Частинка, поміщена у середовище, спочатку рухається прискорено, але зі збільшенням швидкості зростає опір середовища, що призводить до зменшення рівнодіючої сил, що діють на частинку. З деякого моменту часу рівнодіюча сил стає рівною нулю, і частинка буде рухатися рівномірно з постійною швидкістю, що дорівнює максимальній. Звичайно, період прискореного руху дуже невеликий і з достатнім ступенем точності можна вважати, що частинка осаджується з постійною швидкістю.
Для збільшення швидкості осадження необхідно:
- зменшити в'язкість рідини, що досягається підігріванням;
- збільшити діаметр частинок, ввівши у гетерогенну систему коагулянти.
П
роцес
осадження матеріалів під дією
гравітаційного поля проводять в апаратах
(відстійниках) періодичної та безперервної
дії.
Схема апарата для осадження
а) періодичної дії: 1 - корпус; 2 - патрубок для входу освітленої
рідини; 3 - збірник осаду; 4 - патрубок для виходу осаду
б) безперервної дії: 1 - патрубок для входу вихідної рідини;
2 - корпус; 3 - патрубок для виходу освітленої рідини;
4 - збірник осаду; 5 - патрубок для виходу осаду
В апаратах періодичної дії неоднорідна суміш від початку до кінця відстоювання залишається практично нерухомою. Завантаження рідини у апарат і видалення продуктів її розділення відбувається періодично.
Намагання прискорити процес відстоювання і зменшити витрати праці за рахунок скорочення часу на вивантаження осадка спонукає до створення безперервно діючих відстійників.
В цих апаратах подача неоднорідної суміші і видалення продуктів розділення здійснюється одночасно і безперервно.
Осадження під дією відцентрових сил (центрифугування)
Недоліком відстійного осадження є незначна (<0,5 м/год) швидкість осадження частинок. Воно є особливо малоефективним під час розділення сумішей з розмірами частинок сі < 5 мкм або коли їхня густина є близькою до густини середовища. Ефективне виділення таких частинок із суспензій та емульсій досягається їхнім осадженням у полі дії відцентрової сили, яка у десятки разів перевищує силу тяжіння.
Для створення поля відцентрових сил використовують два способи:
1) створюється обертальний рух потоку рідини при тангенсіальному і напірному введенні його в нерухомий корпус апарата - циклонне центрифугування;
2) потік рідини спрямовується в апарат, що обертається, де перероблювальний продукт обертається разом з апаратом - відстійне центрифугування.
Фізична сутність процесу осадження під дією відцентрової сили полягає в тому, що у потоці рідини, яка обертається, на частинку діє відцентрова сила, спрямовуюча її від центра по радіусу зі швидкістю, що дорівнює швидкості осадження υос.