Інтенсифікація процесів відстоювання

Під час створення нової відстійної апаратури необхідно враховувати, що можливості для інтенсифікації процесу обмежені. Єдиним шляхом інтенсифікації є збільшення площі осадження, що досягається розміщенням в апаратах значної кількості поличок, або використанням багатоярусних відстійників. В той самий час, прискорення процесу відстоювання можна досягнути за рахунок зміни технологічних параметрів процесу.

Аналіз показує, що швидкість стислого осадження зростає із збільшенням розмірів частинок та їх питомої ваги, зменшенням питомої ваги середовища і його в’язкості, із збільшенням ступеня розбавлення суспензії. З перерахованих параметрів у промислових умовах можна змінювати, практично, тільки в’язкість, використовуючи хімічні реагенти або нагріваючи суспензію. Але ці методи значно збільшують витрати на проведення процесу розділення. Тому для прискорення відстоювання часто в суспензію додають спеціальні речовини - коагулянти, які спричиняють злипання дрібних частинок під час їх стикання в процесі теплового (броунівського) руху або під час перемішування. Внаслідок коагуляції утворюються агрегати – крупніші (вторинні) частинки, які складаються із скопичення дрібніших (первинних). Первинні частинки в таких накопиченнях з’єднані силами міжмолекулярної взаємодії безпосередньо або через прошарок дисперсійного середовища. До ефективних коагулянтів для суспензій з водним дисперсійним середовищем відносяться солі полівалентних металів (алюмінію, заліза тощо). В якості коагулянтів використовують також водорозчинні органічні високомолекулярні з’єднання (полімери), особливо поліелектроліти. На відміну від неорганічних коагулянтів, їх іноді називають флокулянтами. В промисловості широко використовується полікремнієва кислота, поліакриламід тощо. Дія флокулянтів полягає в адсорбції їх молекул частинками, внаслідок чого вони об’єднуються в крупні і міцні агрегати (флокули), що веде до збільшення швидкості осадження.

Розрахунок відстійників

Припустимо, що за проміжок часу τ (с) суспензія розділяється на шар проясненої рідини h₁ і шар згущеної суспензії h₂ Якщо поверхня осадження F м², а об’єм отриманої проясненої рідини становить h₁ F м³, то об’єм проясненої рідини за одиницю часу

Рис.12.5. Схема одноярусного відстійника з гребковою мішалкою

За час τ (с) тверді частинки проходять шлях w _ст·τ. В той самий час, цей шлях дорівнює h₁, м. Таким чином

Підставимо це значення h₁ у попереднє рівняння і отримаємо:

м³/с

З рівняння бачимо, що продуктивність відстійника пропорційна поверхні осадження і формально не залежить від його висоти.

З цього рівняння знаходимо необхідну поверхню відстоювання:

м²

Методику визначення швидкості стислого осадження w _ст ми розглянули вище. Враховуючи, що V_пр = і, приймаючи до уваги рівняння матеріального балансу розділення надамо рівнянню інший вигляд:

м²

В цих залежностях швидкість стислого осадження w _ст розраховується для найдрібніших частинок, осадження яких задається умовами розрахунку.

Після розрахунку площі осадження (площі поперечного перерізу відстійника) розраховується діаметр апарата:

, м

Для того, щоб запобігти перемішуванню рідини біля вільної поверхні, висоту зони вільного осадження відстійника приймають рівній h₁=0,45 - 0,75 м. Верхні граничні значення h₁ вибирають для більш концентрованих суспензій.

Висоту зони згущування визначають таким чином.

За заданою відносною густиною твердої фази Δ_т і середнім розбавленням суспензії у зоні згущення n=Р/Т (приймається в межах n=1,5÷3) розраховують відносну густину суспензії

і масову концентрацію її у зоні згущення:

Далі визначають вміст твердої фази в 1 м³ згущеної суспензії

, кг/м³

і кількість твердої фази, яка осаджується на одиницю поверхні відстійника за час τ, необхідний для ущільнення суспензії в зоні згущення (залежно від густини твердої фази, розмірів частинок, в’язкості та густини рідини час ущільнення суспензії може досягати декількох годин)

, кг/м²

Враховуючи неперервність видалення осаду з апарата, висота зони згущення

, м.

Висоту зони розміщення лопатей мішалки визначають, виходячи з нахилу лопатей, який приймається рівним 0,146 м на 1 м довжини.

Таким чином

, м

Тоді загальна висота відстійника буде дорівнювати

H = h₁ + h₂ + h_3, м.