Неоднородные системы и методы их разделения

При обезвоживании и пылеулавливании приходится отделять твердые частички материала от воды и газа. Гетерогенные системы, содержащие вещества в двух различных агрегатных состояниях, называют двухфазными. При обезвоживании имеют дело с двухфазной системой, состоящей из твердых частиц материала и жидкости, а при пылеулавливании — с системой, состоящей из твердых частиц материала и газа.

Гидродинамические закономерности (т.е. зависимость скорости расслоения на отдельные фазы) для этих двух систем имеют много общего. А именно, аналогичны как применяемый математический аппарат, так и вид полученных многих закономерностей. Коренное отличие этих двух систем обусловливается большей вязкостью жидкости, чем газа (примерно в 50 раз), и более сильным взаимодействием жидкости с поверхностью твердых частиц.

Поведение двухфазных систем в основном определяется концентрацией твердой фазы и размером частиц. Чем меньше размер частиц и их концентрация, тем ближе свойства двухфазных систем к однофазным — жидкостям и газам.

В настоящее время отсутствует какое-либо единое уравнение, описывающее свойства двухфазных систем в широком диапазоне как концентраций, так и размеров твердых частиц. Однако в продуктах различных производств подлежащих обезвоживанию и пылеулавливанию, встречается самый широкий набор размеров частиц от 10 мм до десятых и сотых долей микрона.

В настоящее время двухфазные системы принято разбивать на ряд подсистем в зависимости от размера частиц и их концентрации (рис. 2.3). На рисунке также показаны основные методы обезвоживания и движущие силы процессов.

Дренаж — свободное вытекание жидкости под действием собственного веса из крупнозернистого осадка по каналам большого диаметра.

При грохочении к силе тяжести воды добавляются сила вибрации и небольшая центробежная сила. Сгущение происходит под действием сил тяжести, но по сравнению с дренажем происходит не вытекание жидкости, а осаждение частиц, обладающих большей плотностью, чем вода. Для ускорения первоначального обезвоживания, например шламов и колло;

Рис. 23. Классификация двухфазных систем идов приходится вводить в действие центробежные силы или укрупнять частицы за счет как коагуляции, так и флокуляции, применяя для этого специальные реагенты.

Механические методы обезвоживания легче описать с помощью двух физических процессов:

• 1) оседания частиц в жидкости с переменной вязкостью;
• 2) фильтрации воды через норы.

Первый метод применяют для сгущения материала, содержащего до 50% твердой фазы (Т: Ж = 1: 1), исходя из закона Стокса. При этом необходимо учитывать направление и скорость потоков в сгустителях.

Процесс отделения воды из двухфазной системы, содержащей более 50% твердого, легче представить себе как фильтрацию через пористый и сжимаемый с течением времени осадок.