Разделение в поле силы тяжести и в поле центробежных сил


Дата добавления: 2014-07-19 | Просмотров: 2487


<== предыдущая страница | Следующая страница ==>

 

11.2.1. Разделение в поле силы тяжести

 

Рассмотрим физическую сущность этого процесса. Отстаивание суспензий протекает в несколько стадий, которые можно наблюдать, если тщательно перемешать разбавленную суспензию и поместить ее в стеклянный цилиндр (рис. 11.3).

Вначале твердые частицы (рис. 11.3, а) равномерно распределены в жидкости, но через короткий промежуток времени они начинают осаждаться, причем на дне цилиндра оседает слой наиболее крупных частиц (рис. 11.3, б, зона 4).

Далее над осадком (рис. 11.3, в) образуется слой сгущенной суспензии, в которой твердые частицы располагаются настолько тесно, что дальнейшее уплотнение слоя возможно только путем вытеснения жидкости из промежутков между частицами (зона стесненного осаждения 3). Выше находится переходная зона, плотность которой уменьшается снизу вверх по направлению к зоне исходной суспензии (зона 2), причем в обеих этих зонах частицы осаждаются свободно под действием сил тяжести. Над зоной 2 расположен слой чистой или осветленной жидкости (зона 1), по мере отстаивания зоны 1 и 3 возрастают (рис. 11.3, г), причем одновременно происходит уплотнение зоны 3.

 

Рис. 11.3. Схема процесса отстаивания:

а, б, в, г, д – стадии процесса; 1 – зона осветленной жидкости;

2 – переходная зона; 3 – зона стесненного осаждения; 4 – осадок

Отстаивание заканчивается (рис. 11.3, д), когда зона 3 и переходная зона 2 исчезают и завершается уплотнение сгущенной суспензии, что соответствует полному разделению ее на осадок 4 и осветленную жидкость 1.

Состояние, при котором переходная зона исчезла, но еще не началось уплотнение сгущенной суспензии (зона 3), носит название критической точки. При этом различают суспензии двух типов:

а) суспензии, в которых скорость осаждения постоянна до критической точки и затем уменьшается с уплотнением зоны 3;

б) суспензии, в которых скорость осаждения уменьшается с самого начала отстаивания, причем не появляется четкой границы между осветленной жидкостью и сгущенной суспензией, т.е. границы, соответствующей критической точке.

Необходимо отметить, что законы осаждения для свободного и стесненного осаждения будут отличаться, и ниже эти отличия будут рассмотрены.

Важным показателем процесса отстаивания является скорость осаждения частиц под действием силы тяжести. Процесс осаждения частицы в жидкости проиллюстрирован на рис. 11.4.

Рассмотрим процесс отстаивания на примере осаждения частицы шарообразной формы. На эту частицу, находящуюся в жидкости, действуют сила тяжести, равная весу частицы

 

, (11.1)

 

и подъемная сила, которая по закону Архимеда равна весу жидкости, вытесненной частицей:

. (11.2)

 

 

Рис. 11.4. К выводу уравнения сил, действующих

на осаждаемую частицу

 

Если ρТ > ρЖ , то частица начинает двигаться вниз с ускорением, а среда оказывает сопротивление движению. Сила динамического воздействия зависит от формы частицы, площади ее поперечного сечения, скорости потока газа и его плотности:

, (11.3)

где Ψ – безразмерный коэффициент сопротивления, зависящий от формы частицы и режима течения среды;

d – диаметр частицы, м;

w – действительная скорость частицы, м/с;

ρс и ρ – плотность среды и частицы, кг/м3;

g – ускорение свободного падения.

Однако с увеличением скорости будет расти сопротивление движению частицы и соответственно уменьшаться ее ускорение.

В результате через короткий промежуток времени наступит равновесие: сила тяжести G, под действием которой движется частица за вычетом выталкивающей силы А, станет равна силе сопротивления среды Р. Начиная с этого момента, ускорение движения будет равно нулю и частица будет двигаться равномерно с постоянной скоростью. Скорость такого равномерного осаждения называют скоростью осаждения и обозначают wос. Скорость осаждения можно найти из условия равенства силы, движущей частицу, и силы сопротивления среды:

 

G – А = Р. (11.4)

 

С учетом уравнений (11.1…11.3) из уравнения (11.4) получают скорость осаждения

 

wос = . (11.5)

 

Таким образом, скорость осаждения частицы увеличивается с увеличением диаметра частицы, разности плотностей между твердой частицей и жидкой средой и уменьшается с увеличением плотности жидкой среды и коэффициента сопротивления частицы, зависящего от формы частицы и режима ее движения, зависящего от соотношения сил инерции и вязкости (критерий Рейнольдса).

Поскольку в неоднородных системах присутствуют частицы разных размеров и форм, то и скорость их осаждения будет различна. Частицы небольших размеров будут осаждаться медленно, при этом самые маленькие частицы могут осаждаться длительное время.

Поэтому в отстойниках – аппаратах, предназначенных для осаждения под действием силы тяжести, процессы протекают медленно и в разумное время нельзя обеспечить полное разделение неоднородной системы.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 |

При использовании материала ссылка на сайт Конспекта.Нет обязательна! (0.044 сек.)