Механические способы разделения смесей твердых веществ и жидкостей

 

Результатом химических реакций в водных ратворах часто является твердый продукт, присутствующий в жидкости в высокодисперсной форме, например ввиде осадка или взвеси.

Такие смеси твердого вещества и жидкости называют – в зависимости от дисперсности распределения – либо суспензиями, либо коллоидными растворами.

Грубые суспензии содержат частицы твердого вещества зернистостью более 100 мкм, в тонких суспензиях зернистость составляет от 0,5 до 100 мкм. Смеси с частицами мельче 0,5 мкм называют коллоидными растворами, или коллоидными взвесями (суспензоидами).

При низком содержании твердых веществ в тонкой суспензии (менее 300 г/л) в химической технологии используют термин «муть». Очищенную муть именуют прозрачной или светлой, а осевшие частицы твердой фракции – осадком.

При высоком процентном содержании твердых веществ в суспензии (свыше 300 г/л) говорят о шламе.

Если смесь твердого вещества и жидкости содержит столько твердого вещества, что она уже не способна течь, но пригодна для формирования, такую смесь называют пастой.

Часто суспензию требуется разделить на твердое вещество и жидкость. Для грубых и тонких суспензий можно использовать чисто механические способы.

Коллоидные растворы приходится предварительно подвергать коагуляции. При этом очень мелкие частицы слеживаются, образуя более крупные агломераты (сухие смеси), которые тоже вполне успешно разделяются механическим путем.

Механические способы разделения смесей твердого вещества и жидкости условно можно отнести к 4 группам:

- осаждение (седиментация под действием силы тяжести). Здесь разделение осуществляется за счет разного воздействия силы тяжести на частицы с различной плотностью;

- центрифугирование (седиментация под действием центробежной силы). Движущей силой разделения веществ является действие разных центробежных сил на частицы с различной плотностью;

- фильтрация, при которой разделение достигается на основе непроходимости частиц твердого вещества через пористый фильтрационный материал, но протекания через него жидкости;

- отжим – способ разделения, основанный на уменьшении объема под действием направленных снаружи сил сжатия и связанном с этим отжиме жидкости.

 

Осаждение, седиментация

Путем осаждения удается разделять грубые суспензии, в которых плотность диспергированного вещества превышает плотность жидкости.

Результатом осаждения является получение светлой жидкости с плавающими в ней высокодисперсными частицами (менее 0,5 мкм) и осажденного на дне сосуда насыщенного осветленной жидкостью шлама из твердого вещества – осадка.

Осаждение

 

Для полного отделения жидкости он подлежит дальнейшей обработке, например центрифугированию.

Тонкие суспензии с частицами твердого вещества менее 0,5 мкм невозможно разделить методом осаждения, посколько по причине броуновского движения высокодисперсные частицы удерживаются во взвешенном состоянии.

Если целью осаждения является получения твердого вещества из суспензии, то можно говорить о сгущении. Если же требуется получить прозрачную жидкость, то говорят об осветлении или декантировании (отстои).

Причиной осаждения частиц твердого вещества в жидкости является разная плотность этих веществ, что создает разницу величин сил тяжести, действующих на частицы твердого вещества и жидкости.