Тема 1.3 Разделение неоднородных систем

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 14

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

1. Классификация неоднородных систем и способов разделения

2. Отстаивание

1 НЕОДНОРОДНОЙ называется система, состоящая из двух или нескольких физико-химических фаз (например, газ – жидкость, жидкость – твердые частицы, газ – твердые частицы и т.д.).

Таблица – Классификация неоднородных систем

Способы разделения:

1. Осаждение может проводиться под действием сил тяжести, центробежных сил, электростатических и сил инерции.

2. Фильтрование проводится под действием перепада давления или центробежных сил.

3. Для очистки газа от пыли используются мокрые способы.

2 ОТСТАИВАНИЕ – разделение суспензий за счет осаждения под действием сил тяжести. Отстаивание начинается с осаждения более крупных частиц, позднее осаждаются средние и мелкие частицы, в результате образуется рыхлый осадок, называемый сгущенной суспензией, и над ней находится осветленная жидкость.

Через некоторое время вытесняется жидкость и образуется плотный осадок.

Уравнение материального баланса отстаивания можно записать:

G_c = G_ж + G_oc - уравнение (1) по общим материальным потокам

где G_c - количество суспензий, кг/с;

G_ж- количество осветленной жидкости;

G_oc - количество осадка, кг;

- концентрация суспензии или массовая доля твердой фазы суспензии;

- массовая доля твердой фазы в осадке;

w_oc - влажность осадка.

Устройство отстойников

Отстойники могут быть периодического, полунепрерывного, непрерывного действия.

Наиболее широко распространены непрерывно-действующие отстойники с гребковой мешалкой, которые часто изготовляют многоярусными для более рационального использования производственной площади.

Многоярусные отстойники используют в качестве сгустителей, а также для промывки осадков.

Отстойники периодического действия изготовляют любой формы (цилиндрической, конической и др.) и размеров. Монтаж ведется группами для осуществления стадий: наполнение – отстаивание – разгрузка.

Из непрерывно-действующих отстойников наибольшее распространение получили отстойники – сгустители со скребковой мешалкой.

Одноярусные сгустители бывают трех типов:

1) с верхним креплением привода;

2) с центральным приводом и двигателем;

3) с центральным двигателем, помещенным на конце фермы (с тяговым приводом).

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой.

Применяется для осветления суспензий. Это невысокий цилиндрический резервуар большого диаметра (в закрытых помещениях диаметр достигает 12-20 м, на открытом воздухе 120 м), с коническим днищем. Исходная суспензия подается в середину резервуара. Твердые частицы осаждаются под действием силы тяжести. В центре резервуара расположен вал, на котором закреплены гребки для непрерывного перемещения осаждающихся частиц (сгущенной суспензии) к разгрузочному отверстию. Мешалка с гребками вращается настолько медленно (0,02-0,05 об/мин), что не нарушает процесса осаждения. Осветленная жидкость непрерывно отводится из верхней части аппарата (через сливной желоб).

Недостатком работы отстойника является большое содержание влаги в осадке (до 60 %).

Фильтрование

1. Общая характеристика процессов фильтрования.

2. Классификация и устройство фильтров.

рис Р₁ > Р₂

1 ФИЛЬТРОВАНИЕМ называют процесс разделения неоднородных систем с помощью фильтрующих перегородок, пропускающих сплошную среду и задерживающих дисперсную фазу.

Движущая сила процесса фильтрования – разность давлений в разделяемой суспензии и за фильтрующей перегородкой. Эта разность давлений расходуется на преодоление потоком гидравлического сопротивления слоя осадка и фильтрующей перегородки.

Разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки может быть создана:

1. массой столба суспензии (∆Р до 0,05 МПа);

2. вакуумированием (∆Р до 0,05-0,09 МПа);

3. нагнетанием жидкостными насосами (∆Р до 0,5 МПа);

4. подачей сжатого газа (∆Р до 0,05-0,3 МПа).

В качестве фильтрующих перегородок используют специальные ткани из волокон растительного (х/б), животного (шерсть), минерального (асбест) происхождения и из синтетических волокон (капрон, нейлон, капрон-лавсан и др.)

В последнее время все шире начинают применять пористые металлические, керамические и металлокерамические фильтрующие перегородки. Применяют также слои песка, гравия и др.

Выбор фильтрующей перегородки обусловлен ее пористостью (размеры пор должны быть такими, чтобы частицы осадка задерживались на перегородке), химической стойкостью к действию фильтруемой среды, теплостойкостью при температуре фильтрования, достаточной механической прочностью.

В качестве фильтрующей перегородки служит также слой образующегося на перегородке осадка.

Вспомогательные материалы, используемые при фильтровании: активные угли, измельченный асбест, диатомит, перлит, др.

Фильтрование проводится двумя способами:

1 с образованием осадка;

2 с забивкой пор.

Фильтрование ведут:

1 при постоянном перепаде давления;

2 с постоянной скоростью;

3 с изменением перепада давления и скоростью фильтрования.

Скорость фильтрования определяется количеством фильтрата, получаемым в единицу времени с единицы поверхности фильтрования.

2 По способу действия фильтры подразделяются на фильтры периодического и непрерывного действия; по способу создания разности давлений – на фильтры, работающие под вакуумом и фильтры, работающие под давлением; по назначению – на фильтры для разделении суспензий и фильтры для очистки воздуха и промышленных газов; по роду фильтрующей перегородки – на фильтры с тканевой перегородкой, с несжимаемой зернистой перегородкой (песчаные, угольные), с жесткой перегородкой (металлической сеткой, пористой керамикой).

Нутч – фильтр состоит из открытого корпуса со сложным днищем, на котором располагается фильтрующая перегородка. Емкость для приема фильтрата соединяется с вакуум-насосом, суспензия подается на фильтрующую перегородку, происходит фильтрование. После накопления осадка процесс останавливается и осадок выгружается из фильтра.

Друк – фильтр отличается от нутч – фильтра тем, что имеет крышку обеспечивающую герметичность. Над фильтрующей перегородкой создается избыточное давление. Для выгрузки осадка отсоединяется нижняя часть корпуса вместе с ложным днищем.

Нутч – фильтр и друк – фильтр используются в малотоннажных производствах.

В крупнотоннажных производствах используются ленточные, карусельные, дисковые, барабанные вакуум – фильтры, а также пресс – фильтры.

Рамный пресс – фильтр состоит из чередующихся плит и рам, помещенных на две станины и зажатых с помощью винта между неподвижной и подвижной плитами. Поверхность плит по краям гладкая, в середине гофрированная, т.е. имеет бороздки для отвода фильтрата, соединенных общей канавкой. В верхней части плит и рам имеются сквозные отверстия, которые после сборки фильтра образуют каналы для подачи суспензий, промывной воды и сжатого воздуха. Между плитами и рамами зажимаются фильтрующие салфетки. Суспензия подается внутрь рамы, фильтрат за счет давления (5-15 ат.) продавливается через фильтрующую перегородку и по бороздкам плит отводится из фильтра. Осадок накапливается внутри рамы, промывается водой и выгружается после разборки фильтра.

Широкое применение имеют барабанные вакуум – фильтры. Представляют собой аппарат непрерывного действия, работающий под вакуумом и отличающийся в основном противоположными направлениями силы тяжести и движения фильтрата. Фильтр имеет горизонтальный цилиндрический перфорированный барабан, который установлен при помощи цапф в подшипниках над корытом так, что часть барабана погружена в суспензию, находящуюся в корыте. Барабан вращается вокруг своей оси. Поверхность барабана покрыта фильтрующей тканью. Под фильтрующей поверхностью создается разряжение, и фильтрат проходит через фильтрующую ткань. На поверхности фильтра остается осадок, снимаемый ножом. Для предотвращения осаждения твердых частиц в корыте оно снабжено качающейся мешалкой. Внутри барабана перегородками образованы отдельные секции, которые соединены трубками с каналами, проходящими через один из цапф. Каналы соединены с переключающим устройством, называемым распределительной головкой. В головке размещены вращающаяся шайба, жестко закрепленная на цапфе барабана и имеющая столько же отверстий, сколько каналов имеет эта цапфа, и неподвижная шайба, закрепленная на станине фильтра. Неподвижная шайба имеет кольцевые прорези, сообщающиеся с соответствующими трубопроводами, по которым отводится фильтрат и промывная жидкость, подводится сжатый воздух для отдувки осадка перед ножом и пар для регенерации ткани. Шайбы взаимно притерты и прижаты одна к другой.

Каждая фильтровальная камера фильтра за один оборот барабана последовательно проходит зоны фильтрования, подсушки осадка, промывки, вторую зону отдувки и зону пропарки. Таким образом, в каждой отдельной секции фильтрование протекает периодически, в целом же фильтр выдает фильтрат и осадок непрерывно.

Центрифугирование

Аппараты, в которых осуществляется центрифугирование, называются центрифугами. Основная часть любой центрифуги – вращающийся с высокой скоростью цилиндрический барабан – ротор, внутрь которого подается суспензия. Суспензия разделяется на осадок и осветленную жидкую фазу, называемую сливом (иногда - фугатом).

Классификация промышленных центрифуг:

· по принципу работы – отстойные (осадительные) центрифуги, фильтрующие центрифуги и сепараторы;

· по характеру работы – центрифуги периодического или непрерывного действия;

· по интенсивности центробежного поля (характеризуемые фактором разделения) – нормальные центрифуги с Кр ≤ 3000 и сверхцентрифуги с Кр > 3000;

· по расположению вала – горизонтальные и вертикальные;

· по выгрузке осадка – с ручной и механизированной выгрузкой.

Фильтрующие центрифуги имеют ротор с перфорированной боковой стенкой. На нее изнутри натягивается фильтрующая ткань или сетка. Суспензия подается внутрь барабана (ротора), при его вращении за счет центробежной силы фугат проходит через сетку и отверстие, а осадок остается на стенке барабана и выгружается после остановки ротора.

Осадительные центрифуги имеют ротор со сплошной стенкой. В них под действием центробежной силы образуются два слоя: у стенки – слой осадка, ближе к центру – слой жидкости.