технол лек 1. Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов

• Название: Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов
• Анкор: технол лек 1.pdf
• Дата: 27.02.2018
• Размер: 11.39 Mb.
• Имя файла: технол лек 1.pdf
• Тип: Учебник; #15993
• страница: 8 из 32

– энтропия газа вначале и конце сжатия изотермического и политропического процессов ?
?
??
;
С
Р

– теплоемкость газа при постоянном давлении ?
?
??
;

1 5 4
k
C
C
P
V
=
– показатель адиабаты отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме
(берется из справочной литературы – показатель политропы.
Значение показателя политропы m зависит от природы газа и условий теплообмена с окружающей средой, те. теоретически m Выделяющееся при сжатии тепло стремятся отводить различными способами.
Температура газа Т после сжатия:
для изотермического процесса Т = Т, (для адиабатического процесса —
T
T
P
P
k k
2 1
2 1
1
=
?
?
?
?
?
?
?
, (для политропного процесса —
T
T
P
P
m m
2 1
2 1
1
=
?
?
?
?
?
?
?
. (Зная величину удельной работы нам газа, нетрудно рассчитать мощность, которую необходимо затратить на сжатие газа L
?, (где Q – производительность компрессорам с – плотность газа, кг/м
3
Фактическая мощность будет больше, чем теоретическая, что объясняется несовершенством цикла, утечками через неплотности и другими причинами. Отношение теоретической мощности к фактической называется КПД процесса. Но оценивать обычным образом количество приобретенной энергии к затрачиваемой неверно, так как при изотермическом процессе часть энергии отводится с теплоносителем.
Поэтому для оценки эффективности компрессорной машины используют относительный термодинамический КПД, основанный на сравнении данной компрессорной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.
Отношение мощности изотермической машины из к
фактической мощности N данной машины, работающей с охлаждением газа, называется изотермическим КПД из

1 5 5
N
N
??
??
?
=
. (Отношение мощности сжатия адиабатической машины ад к
мощности N данного компрессора, работающего без охлаждения газа, называется адиабатическим КПД ад =
. (8.12)
8.3. Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры по принципу действия делят на компрессоры простого и двойного действия, а по числу ступеней сжатия – на одно, двух- и многоступенчатые. Многоступенчатые компрессоры применяют для сжатия газов более 0,7 МПа (70 атм).
Конструкция поршневых компрессоров полностью схожа с поршневыми насосами (рис. Индикаторная диаграмма. На практике для контроля за работой компрессора пользуются индикаторной диаграммой, которая представляет собой зависимость между давлением Р и объемом газа, находящегося в компрессоре за один двойной ход поршня.
Под идеальным компрессором понимают такую машину, у которой отсутствует пространство между крышкой цилиндра и поршнем, находящимся в крайнем левом положении. Это пространство получило название – вредное или мертвое.
На рис. 8.2 показана индикаторная диаграмма для идеального поршневого компрессора. При перемещении поршня из крайнего левого (мертвого) положения газ через открывшийся всасывающий клапан засасывается в цилиндр (линия АВ). Когда поршень начинает двигаться в обратном направлении, всасывающий клапан закрывается и начинается сжатие газа (линия ВС). По достижении давления в нагнетательном трубопроводе, равного Р, сжатый газ начнет полностью выталкиваться при постоянном давлении Р в нагнетательный трубопровод (линия СД).
V
?
?
?
1
?
2
? Диаграмма на рис. 8.2 дает представление о теоретическом процессе сжатия газов в компрессоре, не имеющем вредного пространства. В
реальном процессе образуется вредное пространство, которое обусловлено необходимостью пространства для хода клапанов наличием зазоров между крышкой цилиндра и поршнем в крайнем левом положении.
Рис. 8.2. Индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора

1 5 На рис. 8.3 представлена индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора.
крайнего левого положения (точка С. При движении в обратном направлении в цилиндре начинается расширение газа, находящегося в мертвом пространстве. Этот процесс (линия СД) сопровождается увеличением объема, уменьшением давления газа и, следовательно,
мгновенным закрытием нагнетательного клапана. Когда давление газа снизится до Р, во всасывающей линии (точка Д) открывается всасывающий клапан и газ поступает в компрессор. Всасывание
(линия ДА) продолжается до достижения поршнем крайнего правого положения (точка А По снятой индикаторной диаграмме можно определить полезную работу, совершаемую компрессором при сжатии газа за один оборот и отнесенную к единице площади поршня как площадь индикаторной диаграммы.
Соответствующая этой работе индикаторная мощность компрессора может быть определена из уравнения
N
инд
= F n f инд, (где F – площадь поршням число оборотов, с инд – площадь индикаторной диаграммы, Па•м
3
Производительность поршневых компрессоров определяется объемом газа, подаваемого в единицу времени в нагнетаемый трубопровод и приведенного к условиям всасывания.
Обозначим (рис. 8.3):
V
0
– полный объем цилиндра компрессорам П – объем, описываемый поршнем, м – коэффициент, характеризующий величину вредного пространства, в долях от V
П
;
Пусть точка А соответствует крайнему правому положению поршня. При этом газ, находящийся в цилиндре, имеет давление Р
1
При движении поршня влево всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты и газ, находящийся в цилиндре, сжимается
(линия АВ). При достижении давления газа Р (точка В) открывается нагнетательный клапан и при дальнейшем движении поршня газ вытесняется в нагнетательный трубопровод (линия ВС),
п ока поршень нед ой де т до Рис. 8.3. Индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора

1 5 п – объем вредного пространствам 3Vвс – действительный объем газа, всасываемый компрессором за один ход поршням объемный коэффициент, выражающий отношение фактически всасываемого объема газа к объему, описываемому поршнем.
Под теоретической производительностью понимают объем,
описываемый поршнем в единицу времени, он рассчитывается подобно формуле (Действительная производительность компрессора Д всегда меньше теоретической Т и определяется так:
V
Д
=
?
V
Т , (где
?
V
– коэффициент подачи.
Коэффициент подачи учитывает все потери производительности компрессора =
?
О
?
Г
?
Т
, (где Т – термический коэффициент, учитывающий уменьшение объема всасываемого газа за счет его расширения при соприкосновении с горячими стенками цилиндра и смешения с нагретым газом из мертвого пространства. Обычно он принимает значения 0,9
ч0,98;
?
Г
– коэффициент герметичности учитывает потери производительности путем утечек газа через неплотности в кольцах, сальниках, клапанах. Его значение зависит от качества изготовления компрессорных машин и равен 0,95
ч0,98;
?
о
– объемный коэффициент, учитывающий уменьшение объема всасывания при расширении газа, находящегося в мертвом пространстве. (Но по формуле (8.16) определить о практически почти невозможно. Поэтому обозначим через х отношение разности между полным объемом и фактически всасываемым к объему,
описываемому поршнем. (Считая процесс расширения газа в мертвом пространстве политропическим, можно записать (
? по V
вс
)
m
= P
1
(xV
п
)
m
Отсюда нетрудно увидеть, что m
P
P
x
1 1
2
?
??
?
?
??
?
?
=
. (8.18)

1 5 И, окончательно подставляя (8.18) в (8.17), получим 1
1 1
2
?
m
P
P
. (Анализируя формулу (8.19), можно сделать вывод о том, что объемный коэффициент компрессорной машины зависит от относительного объема мертвого пространства, степени сжатия и показания политропы расширения газа, те. от конструкции компрессорной машины и свойств сжимаемого газа.
Предел одноступенчатого сжатия. В случае, когда степень сжатия
P
P
2 1
?
?
?
?
?
? такова, что объем всасывания равен нулю, наступает предельное состояние процесса сжатия для компрессора. При этом
V
?V
?
? ? ?
?
1
? ? Отсюда m
P
P
?
?
?
?
?
? +
=
?
?
1 1
2
. (Практически степень сжатия не превышает значения ч. Такое ограничение обусловлено повышением температуры газа выше
150
ч160 С, что приводит к выделению летучих компонентов из смазочного масла, которые могут образовывать взрывоопасные смеси.
Многоступенчатое сжатие. В тех случаях, когда необходимо получить газ более высокого давления, применяют многоступенчатое сжатие. При переходе от одной ступени к другой газ охлаждают в промежуточном холодильнике и тем самым добиваются непревышения взрывоопасной температуры газа Т (рис.8.5).
Из анализа процесса сжатия в многоступенчатом компрессоре вытекает, что работа сжатия будет минимальна, если в любой
Рис. 8.4. Индикаторная диаграмма компрессора при достижении предела одноступенчатого сжатия весь газ, находящийся в мертвом пространстве, расширяясь,
занимает весь объем цилиндра,
и поэтому всасывания не происходит. На индикаторной диаграмме (рис. 8.4) линии сжатия и расширения сольются в одну линию.
С учетом зависимости) о 0, и тогда предельную степень сжатия
P
P
2 1
?
?
?
?
?
? можно определить из выражения 1
?
1 1
1 2
=
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
?
?
m
P
P

1 5 9
K G E B
? F
?
?
*
T
1
S
?
???
L
?
3
P
2
P
???
Р
нач
– начальное давление.
Из (8.21) можно определить необходимое число N ступеней сжатия ln ln ln
P
P
P
P
N
?
?
=
, (где Р – давление газа после первой ступени сжатия.
Давление Р выбирают с учетом того, чтобы температура газа в конце сжатия не превышала допустимого предела (температуры воспламенения масла Т) из соотношения (8.9) с учетом при
Т
1
= Т
нач
:
1
*
2
???
???
?
???
?
???
?
=
m m
T
T
P
P
. (Как видно из рис. 8.5, процесс многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением газа более близок к изотермическому и, следовательно, требует меньших затрат энергии, чем процесс одноступенчатого сжатия в тех же пределах давлений. Процесс многоступенчатого сжатия тем ближе располагается к изотерме,
чем больше число ступеней. Однако число их приходится ограничивать пятью-шестью, так как при большем числе ступеней увеличивается стоимость машины и удорожается ее эксплуатация,
а экономия в расходе энергии не компенсирует возрастания капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Ротационные компрессоры
Пластинчатые компрессоры обычно применяются при производительностях не более 6000 мчи давлениях не выше атм. Недостатками пластинчатых компрессоров являются сложность изготовления и обслуживания, а также высокий износ пластин ротора, из-за чего часто нарушается герметичность рабочих камер и происходит уменьшение степени сжатия.
ступени степени сжатия будут равны. Тогда степень сжатия і
любой ступени найдется из выражения 3
???
2
P
P
P
P
i
N
K
K
P
P
P
P
???
???
1
=
=
+
, (где N – число ступеней сжатия;
Р
кон
– конечное давление;
Рис. 8.5. Энтропийная диаграмма многоступенчатого сжатия

1 6 Схема ротационного пластинчатого компрессора представлена на рис. 8.6.
1 6
5 4
3 2
Водокольцевые компрессоры. В корпусе 1 (рис. 8.7), частично заполненном водой, вращается ротор 2. При вращении ротора вода увлекается лопатками 3 и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса. Количество воды, заливаемое в компрессор, должно быть таким, чтобы концы всех лопаток были погружены в водяное кольцо 3
2 Рис. 8.6. Схема ротационного пластинчатого компрессора – корпус 2 – ротор – всасывающий патрубок – пластины 5 – пазы ротора – нагнетательный патрубок
Пластинчатый компрессор состоит из корпуса 1 и эксцентричного вращающегося ротора 2. Газ поступает через всасывающий патрубок и заполняет полностью камеры.
Камеры образуются между ротором и корпусом, разделенные с помощью пластин 4 наряд неравных по объему пространств. Пластины свободно перемещаются в пазах ротора и при его вращении отбрасываются центробежной силой, плотно прижимаясь к внутренней поверхности корпуса. При вращении ротора объем камеры уменьшается и газ, находящийся в ней, сжимается. Сжатие заканчивается, когда камера достигает нагнетательного патрубка 6, после чего происходит нагнетание газа.
Рис. 8.7. Схема ротационного водокольцевого компрессора – корпус 2 – ротор – лопатки 4 – всасывающее отверстие 5 – нагнетательное отверстие
Газ засасывается через всасывающее отверстие 4 в ячейки,
образованные между лопатками ротора и водяным кольцом. При дальнейшем вращении ротора газ сжимается вследствие уменьшения объема ячеек ив конце оборота выталкивается в нагнетательное отверстие 5.
Водокольцевые компрессоры создают небольшое избыточное давление (до 2 атм) и поэтому используются в основном в качестве газодувок или вакуум-насосов.
Р от а ц ионные газ оду в к и Разновидностью машин с вращающимся поршнем является газодувка (рис. 8.8). Газодувка состоит из чугунного кожуха 1, в

1 6 котором на двух параллельно установленных валах вращаются два фасонных чугунных барабана 2. При вращении валов эти барабаны одним концом плотно касаются друг друга, другим плотно прилегают к стенке кожуха, образуя в корпусе две разобщенные камеры, из которых водной происходит всасывание,
а в другой – нагнетание газа 1
2
— легкое изменение производительности, которое может быть достигнуто изменением числа оборотов простоту конструкции отсутствие клапанов компактность меньшую стоимость изготовления и эксплуатации.
Ротационные компрессоры требуют весьма тщательного монтажа и обслуживания. Конечное давление, создаваемое ротационными компрессорами, не превышает 5 атм, но КПД их ниже, чему поршневых компрессоров, поэтому область их применения ограничена. Компрессорные машины других типов
К другим типам компрессорных машин относятся вакуум- насосы и вентиляторы.
Вакуум-насосы. Вакуум-насосы конструктивно не отличаются от поршневых и ротационных компрессоров. Особенностью вакуум- насосов является высокая степень сжатия (
?20), в то время как для поршневых компрессоров степень сжатия не превышает 8. Кроме того, в вакуум-насосах всасывается газ при давлении, значительно ниже атмосферного, а выталкивается при давлении 1 атм.
Производительность вакуум-насосов непостоянна, так как она уменьшается вместе с уменьшением давления всасывания.
Барабаны в местах соприкосновения снабжены уплотнительными накладками, но достаточного уплотнения между барабанами и корпусом не достигается. Отличительной особенностью является простота устройства и широкие пределы производительности – от до 5000 м
3
/ч при давлении 2 атм.
По сравнению с поршневыми машинами ротационные компрессоры имеют ряд преимущества именно равномерную подачу газа независимо от изменений сопротивлений в сети;
Рис. 8.8. Схема ротационной газодувки:
1 – кожух 2 – чугунный барабан

1 6 Величина создаваемого разряжения колеблется в пределах
700
ч730 мм рт.ст.
Вентиляторы. Условно вентиляторы разделяются на вентиляторы низкого давления (P<10 3
Па, среднего (Р ч 3
Паи высокого (Р ч 4
Па).
По принципу действия вентиляторы делятся на центробежные и осевые. Центробежные вентиляторы применяют для подачи газа при относительно больших напорах. Осевые вентиляторы обеспечивают большие производительности при малых напорах.
Работа центробежного и осевого вентиляторов аналогична работе центробежного и осевого насосов.
Список литературы. Насосы и компрессоры /С.А.Абдурашитов, А.А.Туниченков,
И.М.Вершинин, С.М.Тененгокьец. М Недра, 1974. 296 с. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.:
Энергоиздат, 1984. 416 с. Калацун В.И., Дроздов Е.В. Основы гидравлики и аэродинамики.
М.: Стройиздат, 1980. 247 с

1 6 Глава 9. РАЗДЕЛЕНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ
СИСТЕМ В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ
ТЕХНОЛОГИИ
9.1. Классификация неоднородных систем и методы их разделения
В химическом и химико-фармацевтическом производствах многие процессы ведут к образованию неоднородных смесей,
которые подлежат разделению. Разделение может осуществляться с различной целью очистка газовой или жидкой фаз от взвешенных в них сопутствующих загрязняющих частиц или выделение ценных биологически активных веществ, взвешенных в газовой или жидкой фазах. Нередко встречаются задачи и противоположного характера из веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях, следует получить их смесь.
Выполнение как первой, таки второй задач основывается на гидрокинетических закономерностях осаждения и фильтрования.
Гидрокинетика изучает следующие задачи обтекание падающего тела в жидкой среде (внешняя задача) и перемещение жидкости по каналам (внутренняя задача. Решая указанные задачи,
применительно к конкретным условиям можно находить скорости процессов разделения или получения неоднородных смесей.
Под неоднородной системой понимают систему, состоящую,
по меньшей мере, из двух фаз внутренней, или дисперсной, фазы и внешней фазы, или дисперсионной среды, окружающей частицы внутренней дисперсной фазы.
Система с жидкой внешней фазой называется жидкой неоднородной системой, а система с газовой внешней средой газовой неоднородной системой
В зависимости от физического состояния фаз различают следующие неоднородные системы суспензии, эмульсии, пены,
пыли, дымы, туманы.
Суспензией называется микрогетерогенная система, состоящая из жидкости и находящихся в ней твердых частиц.
Эмульсия — дисперсная система, состоящая из несмешивающихся жидкостей.
Пены состоят из жидкости и размещенных в ней пузырьков газа.
Пыль и дым — смесь из газов и находящихся в них твердых частиц.
Туман — смесь из газа и взвешенных в нем капелек жидкости.
Вышеперечисленные неоднородные системы характеризуются концентрацией внутренней фазы и размерами ее частиц.
В большинстве случаев размеры частиц дисперсной фазы неодинаковы, поэтому ее характеризуют фракционным или дисперсным составом, те. процентным содержанием частиц различного размера

1 6 В фармацевтической технологии широко распространены процессы, связанные с разделением жидких и газообразных неоднородных систем. Выбор метода их разделения зависит, в основном, от размеров взвешенных частиц, разности плотностей дисперсной и сплошной фаза также от вязкости сплошной фазы.
Применяют следующие основные методы разделения:
осаждение;
фильтрование;
центрифугирование;
мембранное;
мокрое.
Осаждение – процесс разделения жидких или газовых неоднородных систем путем выделения из них твердых или жидких взвешенных частиц под действием силы тяжести, сил инерции (в том числе центробежных) или электростатических сил.
Осаждение, происходящее под действием силы тяжести,
называется отстаиванием. В основном отстаивание применяется для предварительного грубого разделения неоднородных систем.
Фильтрование – процесс разделения жидких или газообразных неоднородных смесей пропусканием их через пористую перегородку, которое осуществляется под действием сил давления или центробежных сил. Фильтрование применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей, чем осаждение.
Центрифугирование – процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил.
Мембранное разделение процесс разделения неоднородных систем через полупроницаемую мембрану за счет давления,
превышающего осмотическое.
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.
Несмотря на общность принципов разделения жидких и газовых неоднородных систем некоторые методы их разделения,
а также применяемое оборудование иногда имеют специфические особенности. Поэтому процессы разделения жидких и газовых систем следует рассматривать раздельно. Материальный баланс процесса разделения
При осуществлении гидродинамического процесса может происходить водном случае разделение неоднородных система в другом – их образование в результате смешения.
Рассмотрим процесс разделения, когда подлежащая разделению неоднородная система состоит из вещества (а, составляющего сплошную фазу, и взвешенных в ней веществ (в

1 6 Обозначим – количество исходной смеси, кг;
x
С
– содержание веществ (в) в исходной смеси, % мас.;
G
п
– количество очищенного продукта, кг п – содержание веществ (в) в очищенном продукте, % мас.;
G
о
– количество осадка, кг о – содержание веществ (в) осадке, % мас.;
?
a
– плотность продукта (а);
?
в
– плотность продукта (в).
Если материальные потери исключить, то материальный баланс по общему количеству веществ:
G
с
= по, (для взвешенных материалов (вещества в):
G
с с = п по о . (Решив уравнения (9.1) и (9.2) относительно пи о, найдем количество очищенного продукта c
o c
?
x x
x x
G
G
?
?
=
(и количество осадка c
o x
x x
x
G
G
?
?
=
. (Объемы (в м) исходной смеси с, очищенного продукта пи осадка о можно определить из равенств x
G
x
G
V
?
+
?
?
=
100 100 100
c c
c c
c
, (9.5)
(
)
?
a x
G
x
G
V
?
+
?
?
=
100 100 100
?
?
?
?
?
, (9.6)
(
)
?
a x
G
x
G
V
?
+
?
?
=
100 100 100
o o
o o
o
. (Равенства (9.1) и (9.2) выражают также и процесс смешения.
Из равенства (9.2) может быть легко найдена концентрация взвешенного вещества в полученной смеси, (где по количество смешиваемых материалов по содержание в этих материалах взвешенных веществ;
G
с
– количество получаемой смеси. Разделение жидких систем. Осаждение (отстаивание)
Отстаивание используют для разделения суспензий, эмульсий,
пылей и дымов. Сущность отстаивания состоит в том, что

1 6 неоднородная система, находящаяся в состоянии покоя или движущаяся с малой скоростью, разделяется под влиянием сил тяжести на составные части.
Указанный процесс не обеспечивает выделения из смеси тонкодисперсных частиц, которые характеризуются малой скоростью осаждения, и поэтому отстаивание используют для грубого разделения неоднородных систем.
Основными параметрами, характеризующими процесс отстаивания, являются скорость осаждения частиц, линейная скорость потока, время пребывания потока в аппарате, количество фракций, получаемых при разделении. Определение скорости осаждения
Рассмотрим осаждение обособленной твердой шарообразной частицы в жидкости (рис. 9.1). На частицу диаметром d действует сила тяжести, сила Архимеда (сила выталкивания) Аи сила R сопротивления среды. Движущей силой Р осаждения частицы является разность между силой тяжести и силой выталкивания 6
?
?
?
?
=
?
=
g d
A
G
P
Н, (где d – диаметр частицы, м – ускорение силы тяжести, м/с
2
;
?
ч
– плотность частиц, кг/м
3
;
?
ср
– плотность среды, кг/м
3
Сила R сопротивления среды действует в сторону, противоположную движению частицы, и состоит из сил трения и сил инерции. Силы трения преобладают при небольших скоростях осаждения, малых величинах частиц и высокой вязкости среды, те. при ламинарном движении, когда поток плавно обтекает частицу (риса) и не образует за ней завихрений.
В соответствии c законом Стокса при ламинарном осаждении шарообразной частицы силы сопротивления среды d
R
µ
?
=
Н, (где
µ – вязкость среды, Н•с/м
2
;
w oc
– скорость осаждения частицы, м/с.
Оседающая частица, перемещаясь вначале ускоренно, через некоторое время,
Рис. 9.1. Силы, действующие на твердую частицу при осаждении
Рис. 9.2. Движение твердой частицы при осаждении:
а
– ламинарное б – турбулентное а б

1 6 когда сила R сопротивления среды уравновесит движущую силу
Р
, приобретает постоянную скорость и оседает равномерно.
Указанная постоянная скорость называется скоростью осаждения. Поэтому при достижении частицей постоянной скорости должно соблюдаться равенство P = R. Подставляя в последнее уравнение значения Р и R, получим 3
6
w d
g d
µ
?
=
?
?
?
?
?
, (откуда скорость осаждения g
d w
мс. (Данное уравнение, называемое уравнением Стокса, применимо при значениях Re < 2. Отсюда при ламинарном движении скорость осаждения шарообразных частиц прямо пропорциональна квадрату их диаметра, разности плотностей частиц и среды и обратно пропорциональна вязкости среды. Вследствие того что вязкость жидкости уменьшается с повышением ее температуры,
для интенсификации процесса осаждения неоднородные смеси нередко подогревают до температур, допустимых технологическими условиями.
Для газовой неоднородной системы величиной
?
ср в уравнении) можно пренебречь, как очень малой по сравнению сч, и тогда уравнение (9.12) примет вид g
d w
мс. (При турбулентном осаждении (рис, б, когда Re > 500, за частицей образуются завихренные потоки, а вместе сними некоторое разрежение, что приводит к увеличению сопротивления среды и замедлению скорости осаждения частицы. При указанном режиме сопротивление движению пропорционально квадрату скорости и вычисляется по закону Ньютона 2
oc cp w
F
R
?
?
=
Н, (где
? – коэффициент сопротивления равен 0,44 при Re > 500;
6 0
Re
5 18
=
,
,
?
– для переходного режима, когда 2 < Re < 500;
F
– площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную к направлению ее движения для шарообразной частицы 2
d
F
?
=
м
2
Для турбулентного осаждения можно написать уравнение,
тождественное уравнению (9.11):

1 6 8
(
)
2 6
2
oc cp
??
?
3
w
F
g После подстановки значений g = 9,81 мс,
?= 0,44 и
4 получим уравнение для определения скорости осаждения частиц при турбулентном движении w
мс. (Чтобы вычислить скорость осаждения нешарообразных частиц,
полученную по уравнениям (9.12) или (9.15), величину следует умножить на коэффициент формы
?. Для частиц округлой формы = 0,77, для частиц угловатой формы ? = 0,66, для продолговатых частиц
? = 0,58, для пластинчатых частиц ? = При выводе представленных уравнений предполагалось свободное осаждение обособленной частицы частица оседает независимо от других частиц ив неограниченном объеме. В
реальных условиях отстаивания, происходящего в ограниченном объеме и при высоких концентрациях твердых частиц, наблюдается стесненное осаждение
При стесненном осаждении сопротивление движению твердых частиц складывается из сопротивления среды и сопротивления,
обусловленного трением и ударами твердых частиц между собой.
Поэтому скорость стесненного осаждения всегда меньше скорости свободного осаждения частиц.
успевают осесть, при несоблюдении второго — поток жидкости уносит осаждающиеся частицы. В химико-фармацевтическом производстве для интенсификации процесса осаждения лекарственных соков, поступающих в отстойники, добавляют полиэлектролиты (полиакриламид, метакрилат натрия. Последние способствуют быстрому росту частиц, что увеличивает в 1,5—2 раза
Рис. 9.3. К определению скорости стесненного осаждения частиц
Скорость w ст стесненного осаждения может быть определена по графику (рис. 9.3) зависимости w ст ос от объемной доли твердой фазы q в суспензии. Необходимо соблюдать следующие требования, которые выполняются при работе отстойников) время пребывания элемента потока в отстойнике должно быть равно или больше времени осаждения частиц 2) скорость потока в отстойнике должна быть значительно меньше скорости осаждения частиц.
Несоблюдение первого требования приводит к тому, что частицы не

1 6 скорость осаждения, а следовательно, и производительность отстойника при меньшем времени нахождения сока в нем.
Концентрация полиэлектролита в растворе составляет около. Названные полиэлектролиты полностью удаляются из раствора с осадком и не ухудшают качество получаемого продукта.
Пример 9.1. Определить скорость стесненного осаждения твердых частиц угловатой формы с эквивалентным диаметром d экв = 17 мкм и плотностью ч = 2100 кг/м
3
в суспензии. Плотность осветленной суспензии
?
о
= 1080 кг/м
3
и вязкость ее о =0,00051 Н•с/м
2
(0,51 сП). Массовая доля твердой фазы в суспензии х = Решение. Плотность неосветленной суспензии определяют по формуле (2.7):
?
?
1
c
1
?
?
?
+
=
?
?
?
кг/м
3
,
где ж – плотность жидкой фазы, кг/м
3
,
1101 1
1 1080 04
,
0 1
2100 04
,
0 1
c o
?
=
+
=
+
=
?
?
?
?
?
?
?
кг/м
3
Объемную долю твердой фазы в суспензии определяем по формуле где х – массовая доля твердой фазы в суспензии;
?
с
, т – плотность суспензии и твердых частиц – объемная доля твердой фазы суспензии (2.6):
021
,
0 2100 1101 04
,
0
?
c
=
?
=
?
?
= Вязкость неосветленной суспензии со мПа•с = 0,558 сП.
Определим скорость свободного осаждения шарообразных частиц,
приняв предварительно, что режим осаждения ламинарный 12 2
c c
?
2
oc
10 89
,
2 000558
,
0 18 1101 2100 81
,
9 10 17 18
?
?
?
=
?
?
?
?
=
µ
?
?
?
=
g d
w м/с.
Проверим значение числа Рейнольдса, соответствующее полученной скорости 0
=
000558 0
1101
•
10
•
17
•
10
•
89 2
=
=
Re
6 4
c c
oc
,
,
,
d те. принятый режим обтекания частицы является ламинарным.
Полученную скорость свободного осаждения шарообразных частиц приведем к условиям стесненного осаждения частиц угловатой формы.
Приняв коэффициент формы частиц
?
= 0,66, получим скорость осаждения угловатых частиц oc
= 2,89•10
–4
?
= 2,89•10
–4
•0,66 = 1,91•10
–4
м/с.
По рис значению q = 0,021 соответствует отношение w ст ос Тогда скорость стесненного осаждения частиц 4
??
??
10 62
,
1 85
,
0 10 91
,
1 85
,
0
?
?
?
=
?
?
=
?
= w мс = 0,58 м/ч.

1 7 0 9.3.1.2. Устройство отстойников
Отстаивание проводят в аппаратах, называемых отстойниками или сгустителями. Различают отстойники периодического и непрерывного действия. Периодически работающие отстойники представляют собой низкие бассейны без устройств для перемешивания. Отстойник заполняется суспензией, которая отстаивается в неподвижном состоянии. После отстаивания спускают осветленную жидкость и удаляют вручную или смывают осадок водой, после этого снова наполняют отстойник суспензией.
Наиболее распространены непрерывнодействующие отстойники,
которые бывают одноярусными и многоярусными.
Простейший одноярусный отстойник непрерывного действия с механизированным удалением осадка (рис. 9.4) представляет собой невысокий цилиндрический резервуар 1 с коническим днищем и кольцевым желобом 2 у верхнего края. Отстойник оборудован валом с лопастями 3 и скребками 4, совершающими около 0,5 об/мин и перемещающими осадок по днищу от периферии к центру. Суспензия непрерывно загружается в трубу, осветленная жидкость удаляется из кольцевого желоба 2, а сгущенная суспензия – из патрубка большая площадь помещения при использовании нескольких отстойников.
Более компактны многоярусные отстойники, состоящие из нескольких (ч) одноярусных отстойников, размещенных один над другими работающих, как правило, параллельно. Применение таких отстойников целесообразно в условиях холодного климата,
когда они размещаются внутри зданий, и необходимо более рациональное использование производственной площади.
Рис. 9.4. Одноярусный механизированный отстойник непрерывного действия резервуар 2 – кольцевой желоб – лопасти 4 – скребки 5 – штуцер отвода осадка 6 – труба для подачи суспензии
Удаляемый из отстойников осадок содержит значительное количество жидкости. Эта жидкость часто является ценным продуктом, поэтому ее извлекают изо садка Извлечение осадка из жидкости в процессе непрерывного отстаивания осуществляется в установке для противоточной промывки, состоящей из нескольких одноярусных отстойников. Недостатком одноярусного отстойника являются громоздкость

1 7 В двухъярусном отстойнике верхние или нижние отделения работают изолированно друг от друга (закрытый тип) или сообщаются друг с другом (открытый тип. В отстойнике,
представленном на рис. 9.5, верхнее отделение 1 и нижнее отделение 2 сообщаются друг с другом трубой 3, которая опущена ниже уровня сгущенной суспензии в отделение 2.
??
??
??
???
??