Лекция 13. Лекция 13. Гидромеханические процессы
 Скачать 37.93 Kb.
|
     Лекция 13.Гидромеханические процессы. - Разделение неоднородных систем методами осаждения и фильтрования. - Перемешивание. Классификация неоднородных систем. В процессах осаждения и фильтрования обрабатываются перечисленные ниже неоднородные системы. Пыль – система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами от5 до 50 мкм. Она образуется преимущественно при дроблении и транспортировке твердых материалов. Дым – система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами от 0,3 до 5 мкм, образующихся при конденсации и последующем отвердевании паров, содержащихся в смеси с газом. Туман - система, состоящая из газа взвешенных в нем капель жидкости размерами от 0,3 до 3 мкм, образовавшихся в результате конденсации. Суспензия – система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров взвешенных частиц различают суспензии: грубые с частицами размером > 100 мкм; тонкие, частицы которых имеют размеры 0,1 – 100 мкм, и коллоидные растворы, содержащие твердые частицы размерами 0,1 мкм и меньше. Эмульсия – система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой. Величина частиц дисперсной фазы в этом случае колеблется в довольно широких пределах. Пена – система, состоящая из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа (пара). Для эмульсий и пен характерна возможность перехода дисперсной фазы в дисперсионную (сплошную) среду и наоборот. Этот переход, возможный при определенном объемном соотношении фаз, называется инверсией фаз, или просто инверсией. Гравитационное осаждение. Преимущества. Недостатки. Условия реализации процесса осаждения. Определение: разделение неоднородных систем путем выделения из газовой или жидкой фазы твердых или жидких частиц под воздействием силы тяжести. Разделение выполняется, если, когда плотность твердого материала (ТМ) и жидкости (Ж) различны, обычно  . Недостатки: этот процесс не обеспечивает извлечение тонкодисперсных частиц и характеризуется небольшой скоростью осаждения; поэтому используется для частичного (первичного) разделения неоднородных систем. Преимущество: простое аппаратурное оформление и небольшие энергетические затраты. Условия реализации процесса осаждения.
Связь между составом суспензии и ее порозностью. При естественной постановке задачи эксплуатации, и, тем более, задачи проектирования, первоначально известны: массовый или объемный расходы исходной суспензии и составы исходной суспензии и влажного осадка. Состав суспензии при этом характеризуют абсолютной массовой концентрацией a. Если рассматривать 1 м3 смеси (СМ), то при порозности  масса ТМ в нем равна  а масса жидкости (Ж)  . Тогда концентрация a, равная отношению массы ТМ и массы смеси, выразится , ( (1)Отсюда по известной концентрации a нетрудно определить рабочую порозность (порозность суспензии)  , (  (2)В дальнейшем будем обозначать:  - концентрации ТМ в исходной суспензии, в осветленной жидкости и в осадке.Классификация отстойников по исполнению и по способу действия. Аппарат, предназначенный для разделения неоднородной смеси в поле сил гравитации, называется отстойником. По исполнению отстойники разделяют на: горизонтальные и вертикальные. По способу действия отстойники разделяют на: периодического действия и непрерывного действия. Производительность процесса осаждения. Производительности процесса осаждения могут быть представлены на основе исходной суспензии или осветленной жидкости. Установим связь между этими        Рис. Схема потоков в отстойнике непрерывного действия: 1 – исходная суспензия; 2 – осветленная жидкость;3 - осадок; К – контур. производительностями. Будем рассматривать непрерывный процесс разделения суспензии на осветленную жидкость и осадок по схеме, показанной на рисунке. Пусть  массовые потоки исходной суспензии, осветленной жидкости и осадка. Запишем для пространственного контура К материальные балансы:- по массовым потокам смесей (суспензий)  ; (3)- по массовым потокам ТМ  . (4)Из (3) следует, что  . Подставляя полученный результат в (4), имеем . Отсюда . (5)Если  (осветленная жидкость не содержит частиц), тогда (6)Объемный расход осветленной жидкости  (7)Скорость осаждения. Важнейшей характеристикой рассматриваемого процесса является скорость осаждения  (витания). В общем случае речь идет о скорости стесненного осаждения. В поле сил тяжести для суспензии с частицами одинаковых размеров она рассчитывается по формуле , причем порозность определяется по формуле (2) на основании начальной концентрации ТМ в исходной суспензии В случае разбавленных суспензий последняя формула переходит в формулу для свободного осаждения  . При ламинарном режиме движения частиц ТМ последняя формула преобразуется до закона Стокса Горизонтальный отстойник непрерывного действия. Задача эксплуатации (определение производительности отстойника по осветленной жидкости). Для его технологического расчета воспользуемся схемой, приведенной на рисунке. b l w  H wос L Траектория движения твердой частицы Рис. Схема горизонтального отстойника непрерывного действия. L – длина отстойника; b - ширина отстойника; H – высота активной части отстойника; S = Lb – площадь отстойника; f = bH – живое сечение потока, нормальное к направлению движения жидкости. По мере движения суспензии вдоль отстойника происходит постепенное осаждение твердых частиц. В результате в окрестности текущего сечения  существует три зоны: осветленная жидкость (сверху), еще не разделенная суспензия и осадок на дне отстойника. При этом по мере движения жидкости высота зоны уменьшается и в конечном итоге сводится к нулю. Все частицы переходят в осадок, а из аппарата выводится полностью осветленная жидкость.В соответствии с первым условием реализации успешного осаждения твердых частиц, включая и находившиеся первоначально в наиболее неблагоприятном положении – у верхней границы потока суспензии  , где  ;  . Подставляя значени в первое условие осаждения, получим . Но, в соответствии с уравнением расхода , скорость движения осветленной жидкости равна  . Далее или  , откуда  или . Lb= S – площадь отстойника; т.е.  . (8)Согласно уравнению (8) производительность отстойника по осветленной жидкости: а) пропорциональна площади отстойника; б) не зависит от высоты отстойника (отсюда возможность использования многополочных отстойников с целью увеличения производительности; площадь отстойника в этом случае возрастает пропорционально числу полок; сдерживающим фактором увеличение числа полок отстойника является возрастание скорости движения осветленной жидкости при этом, что противоречит второму условию успешной реализации процесса осаждения). Предельная производительность отстойника по осветленной жидкости определяется по уравнению  ; (9)действительная производительность –  , где  = 0,74 – экспериментальное значение поправочного коэффициента учета реальной картины осаждения.Горизонтальный отстойник непрерывного действия. Задача проектирования (определение площади отстойника). Исходным выражением для расчета площади отстойника будет соотношение (8) .Согласно (8) имеем  .Предельная величина площади отстойника  .С учетом реальной картины процесса осаждения действительная площадь отстойника равна  .Исходными данными в задачах проектирования являются  . Связь между производительностью отстойника по осветленной жидкости и исходными данными была установлена выше в виде Замещая  в выражении для  , получим окончательно . (10)Вертикальный отстойник непрерывного действия. Задача эксплуатации (определение производительности отстойника по осветленной жидкости). Рис. Схема вертикального отстойника непрерывного действия. Рассмотрим фрагмент вертикального отстойника непрерывного действия. Если скорость осветленной жидкости  равна скорости осаждении твердой частицы, тогда частица будет неподвижна относительно стенок отстойника, так как направления движения указанных тел прямо противоположны, и частица будет находиться в состоянии покоя относительно стенок аппарата. Если скорость частицы больше скорости движения осветленной жидкости, тогда частица будет находиться в состоянии равномерного осаждения. Объединим эти два случая одним выражением  . Умножив обе части полученного выражения на площадь поперечного сечения отстойникаS, получим выражение для расчета производительности вертикального отстойника непрерывного действия , которое совпадает с ранее найденным выражением (8) для горизонтального отстойника. Рис. К установлению связи между объемным расходом осветленной жидкости и скоростью осаждения. Предельная производительность отстойника по осветленной жидкости определяется по уравнению ; действительная производительность – , где = 0,74 – экспериментальное значение поправочного коэффициента учета реальной картины осаждения.Вертикальный отстойник непрерывного действия. Задача эксплуатации (определение площади поперечного сечения отстойника, S). Исходным выражением для расчета площади отстойника будет выражение .Тогда  .Предельная величина площади поперечного сечения отстойника .С учетом реальной картины процесса осаждения действительная площадь поперечного сечения отстойника  .Исходными данными в задачах проектирования являются . Связь между производительностью отстойника по осветленной жидкости и исходными данными была установлена выше в виде Замещая в выражении для , получим окончательно . |
.