Основные закономерности и применение псевдоожиженного («кипящего») слоя

Аппаратура для циклонных процессов. (моно- и мультициклоны). Достоинства и недостатки

Интенсивность и эффективность разделения неоднородной системы в ЦБ поле пропорциональны фактору разделения

Таким образом повысить интенсивность разделения можно увеличением Wокр или снижением температуры аппарата. Однако повышение Wr вызовет рост сопротивления, ∆р увеличить. А уменьшение r приводит к снижению производительности аппарата. Тем не менее уменьшают r. Но вместо моноциклона используют мультициклоны. Плюсы мультициклонов: простота, дешевизна, компактность, высокая степень разделения. Минусы: высокое сопротивление ∆р, неприменимость для влажных слипающихся частиц (возможность забивки циклонного элемента), быстрый износ частей.

Газовзвеси разделяют и моноциклоны, но по эффективности они уступают мультициклонам.

Для разделения суспензий применяют гидроциклоны, а газовзвеси разделяют в аэроциклонах.

Рассмотрим гидроциклон. Принцип действия: суспензия с большой скоростью тангенциально послупаетв корпус циклона и начинает вращаться. ценробежной силой крупные, твердые частицы отбрасываются к переферии, где образуют осадок, который выбрасывается ч/з нижний штуцер. Фугат с небольшим колическов мелких твердых частиц выбрасывается из аппарата сверху по трубе.

«+» - простота, дешевизна, компактность, большая производительность. «-» - недостаточная степень разделения, быстрый износ частей.

Моноциклон пригоден для разделения и газовзвеси, но степень их разделения недостаточна. эффективность разделения в циклоне оцениваеться фактором разделения. Повысить фактор разделения можно увеличением окружной скорости, но это повышает сопротивление аппарата. интенсивность разделения можно увеличить уменьшением r., но это снижает производительность циклона, темнеменее уменьшают r., но вместо моноциклона применяют мультициклон. в нем в общем корпусе устанавливают параллельно дп 200 вертикальных циклонных элементов. Мультициклон называется батарейный циклон.

 

 

Сущность перегонки.Относительная летучесть компонентов.Законы Рауля и Дальтона.Превый закон Коновалова.

Перегонка (дистилляция и ректификация) – это частичное испарение жидкой смеси и последующая конденсация паров, осуществляемые однократно или многократно.Перегонка основана на различной летучести компонентов жидкой смеси при одинаковой температуре. В процессе перегонки жидкая смесь обедняется низкокипящим компонентом (НК), а паровая фаза обогащается им.Неиспарившаяся часть жидкой смеси – кубовый остаток, конденсат паровой фазы – дистиллят (ректификат).Кубовый остаток обогащается высококипящим компонентом (ВК).Простая дистилляция применяется лишь для грубого разделения смеси с высокой относительной летучестью компонентов. Относительная летучесть α – отношение летучестей компонентов:

, где Р_А и Р_В – давление насыщенных паров чистых компонентов.

Идеальные растворы подчиняются законам Рауля и Дальтона. По закону Рауля парциальное давление компонента А в паре р_А пропорционально мольной доле этого компонента х_А в растворе:

.

По закону Дальтона общее давление пара над раствором Р равно сумме парциальных давлений его компонентов:

.

Графически эти законы – диаграммой р-х (давление-состав):

Зависимость общего давления Р и парциальных давлений от мольной доли х_А (НК) – диаграмма р-х.

В расчетах обычно используют диаграммы t-x,y (p=const) и y-x (p=const).

Диаграмма t-x,y – зависимость температур кипения и конденсации от мольной доли НК в жидкой фазе х_А и в паровой фазе у_А. Диаграмма у-х отображает зависимость между равновесными концентрациями НК в жидкой фазе х_А и паровой у_А* фазах. Равновесная линия – выше диагонали, т.к. на осях координат – мольные доли НК. По первому закону Коновалова пар обогащается НК. При х=0,5; у*≈0,6.

 

Основные типы насадочных тел.Требования к насадкам. Размеры, эффективность и гидравлическое сопротивление насадочных тел.

Насадка – слой твердых тел различной формы. Для изгогтовления насадки применяют керамику, металлы и пластмассу.

Насадки выбираются исходя из требований к ней: высокая удельная поверхность и порозность, низкое гидравлическое сопротивление, равномерное распределение абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, низкая насыпная плотность, дешевизна. В промышленности широко используются кольца Рашига - тонкостенные цилиндры с высотой, равной их наружному диаметру. Маленькие кольца засыпают в абсорбер навалом (нерегулярная насадка), а большие – правильными рядами, сдвинутыми друг относительно друга (регулярная насадка). У регулярной насадки меньше гидравлическое сопротивление. Большей удельной поверхностью и эффективностью обладают кольца с перегородкой (кольца Лессинга) или с крестообразной перегородкой, а также кольца Палля – с вырезами в стенках и с перегородками. Материал колц – керамика, металлы, пластмассы. Все более широко применяются керамические седла Берля (гиперболический параболоид, конское седло) и седла «Инталокс» (часть тора). Они обладают меньшим ∆р при большей эффективности, чем кольца Рашига. Весьма эффективны полиэтиленовая насадка в виде розеток Теллера (роза из спиральной ленты) и металлическая решетчатая насадка «Спрейтак», изготовленная из полос. Крупная насадка обладает меньшим ∆р, при повышенном давлении предпочтительнее мелкая насадка.

 

Основные закономерности и применение псевдоожиженного («кипящего») слоя

Гравитационное осаждение используется для грубого разделения суспензий, эмульсий и пылей. Оно основано на осаждении частиц в поле силы тяжести за счет разности плотностей частиц и среды.

В эмульсиях частицы диспергированной жидкости оседают или всплывают в дисперсионной среде, затем, сливаясь, образуют второй слой, который далее удаляют из аппарата.

При гравитационном осаждении время пребывания неоднородной системы в отстойнике должно быть больше или равно времени осаждения наименьшей частицы, которую необходимо осадить. Скорость потока ω должна быть значительно меньше скорости осаждения ω₀, в противном случае осажденные частицы будут вновь взвешиваться.

Достоинство гравитационного осаждения – небольшие энергозатраты и простота отстойников. Однако из-за низкой скорости осаждения отстойники низкопроизводительны и применяются только для грубого разделения неоднородных систем. Осаждение обычно предшествует фильтрованию или центрифугированию.Размеры отстойника обратно пропорциональны плотности и размерам дисперсных частиц.

Аппараты для осаждения – отстойники, или сгустители. Они могут быть периодическими, полунепрерывными и непрерывными.

Чем крупнее частицы и больше их плотность, тем меньше размеры отстойника.

На практике чаще применяются непрерывные отстойники. Например, суспензии разделяются в отстойниках с гребковой мешалкой.

1-цилиндроконический корпус; 2-медленно вращающийся вал

3-лопасть; 4-гребок; 5-центральная труба; 6-кольцевой желоб

Суспензия поступает в аппарат по трубе 5. Под действием сил гравитации тв. частицы оседают и образуют на дне отстойника осадок, который выгружается через нижний штуцер с помощью гребков. Осветленная жидкость удаляется из сгустителя через желоб 6.

Достоинства гребковых отстойников: большая производительность, равномерная плотность и эффективное обезвоживание осадка (отжим за счёт лопастей). Недостаток – громоздкость (d до 120 м).

Рассмотрим непрерывный горизонтальный осадитель (флорентийский сосуд) для разделения эмульсий. Поперечное сечение этого аппарата выбирают с расчётом обеспечения ламинарного режима течения жидкости в нём.

1 – штуцер для подвода эмульсии, 2 - Перфорированная отбойная перегородка; 3 – трубопровод для отвода легкой фазы, 4 – трубопровод для отвода тяжелой фазы. При прохождении эмульсии через отстойник происходит расслоение: верхний слой – лёгкая фаза, нижний – тяжелая фаза. Перфорированная отбойная перегородка 2 устраняет турбулизацию. Полное опорожнение аппарата предотвращает гидрозатвор 5. Достоинства: простота и дешевизна; небольшие энергозатраты. Минусы: медленное отстаивание; громоздкость.

Для очистки газов от пыли используются полунепрерывнодействующие пылеосадительные камеры.

1 – камера, 2 – горизонтальные перегородки (полки), 3 – отражательная перегородка, 4 - дверцы

При прохождении газа через камеру, пыль оседает на полках, установленных в 10 – 40 см друг от друга. Перегородка (отражательная) способствует дополнительному осаждению пыли под действием сил инерции. Пыль периодически удаляется скребками через дверцы.

Пылеосадительные камеры громоздки, малоэффективны, служат лишь для грубой очистки газов и постепенно вытесняются циклонами.

11.Классификация центрифуг. Устройство и принцип действия осадит центрифуг

Осадительное центрифугирование – разделение суспензий и эмульсий в поле центробежных сил вращающегося ротора, имеющего сплошные боковые стенки.

Центрифуга – аппарат, внутри которого вращается на валу соосный сосуд (барабан, ротор).

Центрифуги можно классифицировать по нескольким признакам: 1)по организации процесса во времени (непрерывн и периодич); 2) по назначению (осадительные и фильтрующие); 3) по фактору разделения (а) нормальные (К_ц <3500), б) сверхцентрифуги (К_ц >3500)); 4) по расположению в пространстве (вертикальные, наклонные и горизонтальные); 5) вертикальные по способу крепления вала (а) подвесные; б) с нижней опорой вала); 6) по способу выгрузки осадка из аппарата (с помощью шнека, поршня, ножа, скребков, гравитации или ЦБ силой, вибрацией).

Шнек – вал с винтовыми лопастями.

Рассмотрим периодическую вертикальную осадительную центрифугу:

Основным рабочим органом периодической осадительной центрифуги служит барабан 1 со сплошными стенками, закрепленный на вертикальном валу 2 и вращающийся внутри неподвижного корпуса 3. суспензия вводится в барабан через трубу 4, отбрасывается к периферии, образуя осадок 5. Фугат покрывает кольцевым слоем осадок. Толщина слоя определяется шириной верхнего борта барабана 6. Жидкость наряду с вращением перемещается вверх, через край бортика 6 переливается внутрь корпуса 3 и отводится через штуцер 7. После достижения определенной толщины осадка подачу суспензии прекращают, затем осадок уплотняется. Далее центрифуга останавливается и осадок выгружается.

В непрерывных осадительных центрифугах происходит непрерывная подача суспензий, а также непрерывный отвод фугата и осадка. Например, последний непрерывно выгружается из барабана шнеком.

Шнековая центрифуга.

Схема непрерывной отстойной горизонтальной центрифуги со шнековой вызрузкой осадка: 1 – барабан; 2 – шнек; 3 – корпус центрифуги; 4, 5, 6 – окна; I – суспензия; II – осадок; III – фугат.

Осадок передвигается в барабане 1 шнеком 2 справа налево и вытясняется ипз окон 5. Шнек вращается чуть медленнее барабана. Центробежная сила перемещает фугат в барабане слева направо и выбрасывает его через окна 4.

Достоинства – непрерывность и высокая производительность.

Недостаток – недостаточно эффективное разделение суспензии.