Отстойная камера

Материальный баланс по чистой жидкости:

Q₀ = Q₁ + Q₂

Количество частиц:

Баланс по твердым частицам, если считать, что Q₁ — чистая жидкость:

Q₀x₀ = Q₂x₂

Для получения более концентрированного осадка необходима бльшая поверхность осаждения или бльшее время осаждения.

Отстойник непрерывного действия с коническими полками (рис. 1).

Рис. 1. Отстойник непрерывного действия с коническими полками.

Поступающая в аппарат суспензия распределяется по каналам между коническими полками, на поверхности которых осаждаются твердые частицы. Осадок сползает по наклонным полкам к стенкам корпуса и затем перемещается в нижнюю часть аппарата, откуда удаляется. Осветленная жидкость поступает в центральную трубу и выводится из верхней части аппарата.

Помимо большой поверхности осаждения к достоинствам отстойников этого типа относятся отсутствие движущихся частей и простота обслуживания.

Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий (рис. 2).

Рис. 2. Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий.

1 – корпус; 2 – перфорированная перегородка.

Он представляет собой горизонтальный резервуар с перфорированной перегородкой 2, которая предотвращает возмущение жидкости в отстойнике струей эмульсии, поступающей в аппарат. Поперечное сечение отстойника выбирают таким, чтобы скорость течения жидкости в корпусе 1 аппарата не превышала нескольких миллиметров в секунду и режим течения был ламинарным, что предупреждает смешение фаз и улучшает процесс отстаивания. Расслоившиеся легкая и тяжелая фазы выводятся с противоположной стороны отстойника. Трубопровод для вывода тяжелой фазы соединен с атмосферой для предотвращения засифонивания.

Лекция 13 Осаждение под действием центробежных сил. Фактор центробежного разделения. Конструкции и расчет циклонов. Батарейные циклоны. Процессы центрифугирования. Классификация центрифуг; конструкции.

Для создания поля центробежных сил обычно используют один из двух способов: либо обеспечивают вращательное движение потока в неподвижном аппарате, либо поток направляют во вращающийся аппарат, где он начинает вращаться вместе с аппаратом. В первом случае процесс проводят в циклонах, во втором - в отстойных (осадительных) центрифугах.

Соответственно в первом случае разделение называют ЦиклонНым процессом, Во втором - оСадительным (отстойным) центрифуГированием.

Для оценки эффективности осаждения под действием центробежной силы сравним его с осаждением под действием силы тяжести.

Центробежная сила, действующая на частицу, составляет

G Ц =M /R, (10.16)

Где Т - Масса частицы; r - радиус ее вращения; W R. - окружная скорость вращения частицы вместе с потоком на радиусе r.

Сила тяжести

G Т = Mg. (10.17)

Разделив (10.16) на (10.17), получим

G Ц /G Т = /(Gr). (10.18)

Таким образом, центробежная сила, действующая на частицу, может быть больше силы тяжести во столько раз, во сколько ускорение центробежной силы /R Больше ускорения свободного падения g. Отношение этих ускорений называют Фактором раздеЛения И обозначают K Р:

K Р = /(Gr). (10.19)

Учитывая, что окружная скорость Wr = 2π Rn, Фактор разделения можно выразить также через П - частоту вращения частицы с потоком:

K Р =(2π Rn)2/(Gr) = 4π 2r2п2/(Gr) = 4π 2п2R/G (10.19а)

Значение KР для циклонов имеет порядок сотен, а для центрифуг - около 3000; в них можно эффективно отделять мелкие частицы: в центрифугах размером порядка 1 мкм, в циклонах - порядка 10 мкм.

Если гравитационное поле в отстойниках однородно, то интенсивность поля центробежных сил возрастает при движении частицы от центра к периферии пропорционально радиусу вращения. Это легко увидеть, преобразовав уравнение (10.16) с учетом того, что Wr = 2PRП:

G Ц = M(2PRП)2/R = M× 4P2N2R. (10.20)

Отсюда видно, что скорость осаждения в рассматриваемом случае также непостоянна и возрастает по мере увеличения радиуса вращения частицы.

Если представить скорость осаждения как

W O = D R/ Dt (10.21)

То время (продолжительность) осаждения определится интегралом

to = (d R/ Wo) (10.22)

Где R 1 и R2 -соответственно минимальный и максимальный радиусы вращения потока в аппарате.

Подставив в выражение (10.22) скорость осаждения как функ­цию, вид которой зависит от режима осаждения, можно найти время (продолжительность) осаждения частиц. В частности, для ламинарного режима (Z = 24/Re) и шарообразных частиц диаметром D Можно получить

W O = (10.23)

Подставляя (10.23) в (10.22) и интегрируя, получим

τ o = Ln (10.24)

Аналогичным образом можно получить выражения для WО И tо при переходном и турбулентном режимах осаждения.

Однако на практике расчеты, выполненные по формулам (10.23) и (10.24) и аналогичным для других режимов, приводят к большим ошибкам. Это объясняется следующим: поскольку скорость осаж­дения непрерывно меняется, соответственно меняется число Рейнольдса и, следовательно, могут меняться режим осаждения и зависимость z= ¦(Re).

В циклонах и центрифугах происходит вихреобразование, нарушающее нормальное осаждение частиц. Кроме того, уже осевшие частицы могут вновь вовлекаться в поток. В центрифугах возможно отставание вращения суспензии от вращения ротора, что снижает фактор разделения.

Еще более усложняется расчет реальных систем вследствие их полидисперсности, нешарообразной формы частиц, стесненного осаждения.

Поэтому при инженерных расчетах циклонов и центрифуг довольно часто приходится основываться на экспериментальных данных.