ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Гидромеханика изучает равновесие, движение и взаимодействие жидко- сти с погружёнными в неё или движущимися в ней телами.

К гидромеханическим относятся процессы осаждения взвешенных в жид- кой или газообразной среде частиц под действием гравитационной силы (осаж- дение), центробежной силы (центробежное осаждение) или сил электрическо- го поля; фильтрование жидкостей или газов через пористую перегородку под

действием разности давлений (фильтрование или центробежное фильтрова- ние); перемешивание в жидкой среде; псевдоожижение и др. Гидромеханиче- ские процессы основаны на переносе импульса – именно этот признак объеди- няет указанные процессы в отдельную группу. Конечно, и другие химико- технологические процессы используют перенос импульса, но превалирует там перенос иных субстанций (теплоты, вещества). Протекание гидромеханических процессов базируется на закономерностях переноса импульса в жидкостной или газообразной среде.

Разделение неоднородных систем Неоднородными или гетерогенными, называются системы состоящие

как минимум из двух фаз: дисперсной (внутренней), обычно находящейся в тонко раздробленном состоянии, и дисперсионной (внешней), окружающей частицы дисперсной фазы.

В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Суспензии - это неоднородные системы, состоящие из жидкости и взве- шенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров последних суспензии условно подразделяют на грубые ( > 100 мкм), тонкие (0,5 - 100 мкм) и мути (0,1 - 0,5 мкм).

Эмульсии - это системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворимой в первой.

Пены - это системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пу- зырьков газа. Эти газожидкостные системы по своим свойствам близки к эмульсиям.

Пыли и дымы - это системы, состоящие из газа и распределенных в ней частиц твердого вещества. Размеры твердых частиц пыли от 3 до 70 мкм, а у дымов (0,3-0,5 мкм).

При образовании дисперсной фазы из частиц жидкости размером (0,3-0,5 мкм) возникают системы, называемые туманами. Пыли, дымы и туманы пред- ставляют собой аэродисперсные системы, или аэрозоли.

В химической технологии широко распространены процессы, связанные с разделением жидких и газовых неоднородных систем. Выбор метода их разделе- ния обуславливается, главным образом, размерами взвешенных частиц, разно- стью плотностей дисперсной и сплошной фаз, а также вязкостью внешней фазы.

Применяют следующие основные методы разделения: осаждение, фильт- рование, центрифугирование.

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взве- шенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от нее под действием сил тяжести, инерции (в том числе центробежных) или электро- статических. Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называ- ется отстаиванием. В основном оно применяется для предварительного, грубого разделения неоднородных систем.

Фильтрование - это процесс разделения с помощью пористой перего- родки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в них твердые частицы. Он осуществляется под действием сил давления или цен- тробежных и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей.

Центрифугирование - это процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил. Под действием последних осаждение сопровождается уплотнением образующегося осадка, а фильтрование - уплотнением и механи- ческой сушкой осадка.

Несмотря на общность принципов разделения жидких и газовых неодно- родных систем некоторые методы их разделения, а также применяемое обору- дование в ряде случаев имеют специфические особенности.

Материальный баланс процесса разделения

Пусть разделению подлежит система, состоящая из вещества "а" (внеш-

ней фазы) и взвешенных в ней частиц "в". Введем обозначения:

G см, G осв, G ос - масса исходной смеси, осветленной жидкости и получаемо- го осадка, кг;

Х см, Х осв, Х ос - содержание вещества "в" в исходной смеси, осветленной жидкости и осадке.

При отсутствии потерь вещества в процессе разделения уравнения мате- риального баланса имеют вид:

по общей массе веществ

Gсм=Gосв+ Gос,                                                       (1)

по веществу "в":

Gсм ×Хсм = Gосв× Хосв + Gос × Хос .                           (2)

Совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет определить массу ос- ветленной жидкости G осв и осадка G ос:

G = G

× Xос. - Xсм.

осв.

см.

Xосв. - Xос.

,                                   (3)

Gос.

= Gсм.

× Xсм.

Xос.

- Xосв.

- Xосв.

.                                   (4)

Содержание взвешенных частиц в осветленной жидкости и в осадке вы- бирается в зависимости от конкретных технологических условий процесса раз- деления. При этом содержание вещества в осветленной жидкости обычно огра- ничивается некоторым нижним пределом.

Эффект разделения

Под эффектом разделения будем понимать отношение массы данного компонента, выделенного из дисперсной фазы, к начальному его содержанию в смеси. Эффект разделения (Э р) характеризует степень технического совершен- ства данного аппарата:

Э р. =

К ч.о.

К ч.н.

× 100%

,                                   (5)

где К Ч.Н. – масса дисперсной фазы в неоднородной системе (количество частиц начальное);

К Ч.О. – масса выделенного вещества (например, перешедшее в осадок).