Матеріальний баланс процесу розділення

Розглянемо матеріальний баланс процесу розділення на прикладі суспензій, як найбільш поширеного у випадку розділення неоднорідних систем.

Позначимо: G_с, G_пр, G_ос – маса вихідної суспензії, проясненої рідини і твердого осаду, кг; х_с, х_пр, х_ос – вміст твердої речовини у вихідній суспензії, проясненій рідині й осаді (масові частки). Тоді рівняння матеріальних балансів будуть мати наступний вигляд:

за загальною кількості речовин:

за твердою фазою:

Спільне розв‘язок цих рівнянь дає можливість визначити кількість проясненої рідини G_пр і кількість осаду G_ос:

_.

де х_пр, х_ос - відповідно масові частки твердої фази в проясненій рідині й осаді.

Вміст зважених частинок у проясненій рідині і в осаді вибирається залежно від технологічних умов виробництва

Розділення рідких систем методом відстоювання

 

Відстоюванням називається процес видалення зважених твердих частинок з об’єму або потоку рідини шляхом осадження під дією сили тяжіння. Процеси відстоювання поділяються на згущування й прояснювання. Метою згущування є збільшення концентрації твердої фази, а прояснювання – видалення твердої речовини з відносно розбавлених суспензій.

 

Швидкість стислого осадження

При вивченні зовнішньої задачі гідродинаміки були розглянуті закономірності руху твердих тіл у рідині і визначена швидкість осадження поодинокої частинки, яка залежить, у першу чергу, від сили опору середовища. Із збільшенням концентрації твердої фази частинки зазнають додаткового опору, обумовленого тертям і співударяннями частинок. Одночасно під час осадження частинки витісняють рідину, внаслідок чого виникає висхідний потік середовища, який також гальмує рух твердої фази. Таким чином цілком зрозуміло, що швидкість ускладненого (його ще називають колективним або солідарним) осадження менша від швидкості вільного осадження, і різниця у швидкостях тим більша, чим більша концентрація твердої фази у суспензії. Із збільшенням концентрації зростає і в’язкість суспензії, що призводить до зменшення швидкості осадження.

Загальна розрахункова залежність, що дозволяє визначити швидкість стислого осадження, аналогічна до залежності для визначення швидкості потоку у зваженому шарі

де ε - питомий вільний об’єм рідкої фази в суспензії.

Інтерполяційне рівняння, яке використовується для всіх областей осадження, має вигляд:

Після визначення Rе_ст розраховують швидкість стислого осадження

.

В розрахунковій практиці швидкість стислого осадження часто визначають наступним чином: спочатку розраховують швидкість вільного осадження частинки, використовуючи залежності

Потім розраховують швидкість стислого осадження

Для розділення суспензій використовуються різноманітні відстійні апарати з горизонтальним, висхідним і низхідним потоками суспензії і промивної води, що спричиняє відхилення від вертикального напряму швидкості осадження й невідповідності розрахункових і реальних значень швидкостей осадження. Вплив руху середовища та його напряму на швидкість осадження розраховується за дослідними даними.

Апаратура для розділення рідких неоднорідних систем

Відстійники для суспензій. Найпростішими апаратами для розділення суспензій є відстійники, які також називають згущувачами. Відстійники поділяються на апарати періодичної, напівнеперервної і неперервної дії. Неперервно діючі відстійники, у свою чергу, поділяються на одноярусні, двоярусні й багатоярусні.

Відстійники періодичної дії являють собою низькі резервуари без перемішуючих пристроїв. Подавання суспензії, зливання проясненої рідини й видалення осаду в цих апаратах здійснюється періодично.

Для відстоювання значної кількості рідини, наприклад для очистки стічних вод, використовують бетонні басейни великих розмірів або декілька послідовно з‘єднаних резервуарів, що працюють напівнеперервним способом: рідина поступає і видаляється неперервно, а осад вивантажується з апарату періодично.

На рис.12.1 показаний відстійник напівнеперервної дії з похилими перегородками. Вихідна суспензія подається на штуцер 1 в корпус 2 апарата, всередині якого розміщені похилі перегородки 3, що направляють потік почергово догори і донизу. Наявність перегородок збільшує час перебування рідини і поверхню осадження в апараті. Осад збирається в конічних днищах (бункерах) 4, звідки періодично видаляється, а освітлена рідина неперервно виводиться з відстійника через штуцер 5.

Рис.12.1 Відстійник з похилими перегородками:

1- штуцер для вводу вихідної суспензії; 2- корпус; 3- похилі перегородки; 4- бункери для осаду; 5- штуцер для відведення освітленої рідини

В промисловості найпоширенішими є відстійники неперервної дії (Рис.12.2)