Разделение неоднородных систем. Отстаивание и центрифугирование

Дата добавления: 2014-07-19 | Просмотров: 1949

11.1. Неоднородные системы и методы их разделения

Назначением многих процессов химической технологии является разделение неоднородных или гетерогенных систем, т.е. систем, состоящих из двух или более фаз.

Значительно распространены неоднородные системы в промышленности. К таким процессам относятся:

очистка воды в водозаборах;

очистка газов от пыли;

механическая очистка газов в лакокрасочной промышленности;

разделение грубых суспензий;

фильтрование различных растворов и т.д.

Такие установки, используемые в химической и нефтехимической промышленности, как ректификационные, адсорбционные колонны и абсорберы, также являются установками для разделения неоднородных систем. Даже обычные противогазы и респираторы есть не что иное, как устройства для разделения неоднородных систем.

Неоднородными, или гетерогенными, системами называются системы, состоящие из двух или нескольких фаз.

В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Классификация неоднородных систем

по физическому состоянию

Суспензии – неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц суспензии условно подразделяются на грубые (более 100 мкм), тонкие (0,5–100 мкм) и мути (0,1–0,5 мкм)

Эмульсии – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой. Величина частиц дисперсной фазы может колебаться в широких пределах. Под действием силы тяжести эмульсии расслаиваются, однако при незначительных размерах капель (менее 0,4–0,5 мкм) или при добавлении стабилизаторов эмульсии становятся устойчивыми и не расслаиваются в течение длительного времени.

Пены – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа.

Пыли и дымы – системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого вещества. Пыли образуются обычно при механическом распределении частиц в газе (при дроблении, смешивании и транспортировке твердых материалов). Размеры твердых частиц пыли составляют приблизительно 3–70 мкм. Дымы получают в процессе конденсации паров (газов) при переходе их в жидкое или твердое состояние, при этом образуются твердые взвешенные в газе частицы размерами 0,3–5 мкм.

При образовании дисперсной фазы из частиц жидкости примерно таких же размеров (0,3–5 мкм) возникают системы, называемые туманами. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы, или аэрозоли.

В химической технологии широко распространены процессы, связанные с разделением жидких и газообразных неоднородных систем. Выбор метода их разделения обуславливается, главным образом, размерами взвешенных частиц, разностью плотностей дисперсионной и сплошной фаз, а также вязкостью сплошной фазы.

Существующая классификация методов разделения неоднородных систем представлена на (рис. 11.2).

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежной силы, а также под действием сил электрического поля. Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием.

Процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил называется центрифугированием.

Рис. 11.2. Классификация методов разделения неоднородных систем

Фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые вещества. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется, в отличие от осаждения, для более тонкого разделения суспензий и пыли.

Мокрое разделение – процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью. Оно происходит под действием сил тяжести или сил инерции и применяется для очистки газов и разделения суспензий. При обработке суспензий мокрое разделение используют в комбинации с другими методами разделения (промывка осадков в процессах отстаивания и фильтрования).

В отмеченном порядке и будет продолжаться рассмотрение методов разделения гетерогенных систем.