Классификация гетерогенных систем. Способы разделения. Материальный баланс отстаивания. Виды отстойников
В зависимости от физического состояния фаз различают следующие неоднородные жидкие и газообразные системы:
Неоднородные Дисперсионная Дисперсная
системы (сплошная) фаза фаза
Суспензия.................... Жидкость Твердое вещество
Эмульсия.................... Жидкость Жидкость
Пена............................ Жидкость Газ
Пыль, дым................. Газ Твердое вещество
Туман.......................... Газ Жидкость
Системы Размер твердых
частиц, к к
Грубые суспензии ... > 100
Тонкие ‘суспензии . . . 0,5—100
Мути.................................. 0,1—-0,5
Коллоидные растворы . <0,1
Эмульсиисостоят из несмешивающихся жидкостей и могут расслаиваться под действием силы тяжести.
Пены, представляющие собой газожидкостные системы, по своим свойствам близки к эмульсиям
.
Неоднородные газовые системы образуются:
1) в результате механического распределения частиц в газе (при дроблении твердых материалов, распылении жидкостей и т. д.);
2) при конденсации паров (газов) с переходом их в жидкое или твердое состояние. В первом случае образуются пыли, а во втором — соответственно туманы или дымы. Такие же системы могут образовываться в результате взаимодействия между газами, сопровождающегося образованием твердых или жидких веществ. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы, или аэрозоли, и различаются размером взвешенных частиц:
Газовые системы Ориентировочный размер частиц, мк
Механические (пыли). . . 5—-100
Конденсированные (дымы, туманы) 0,3—5
Методы разделения неоднородных систем:
осаждение, 2) фильтрование, 3) мокрое разделение.
Осаждение применяется главным образом для разделения суспензий и пылей, происходит под действием сил тяжести, сил инерции (в том числе центробежных), электростатических сил или звуковых волн.
Фильтрование осуществляется под действием сил давления (разделение суспензий и отделение тонких пылей) или центробежных сил (разделение суспензий на центрифугах).|
- Мокрое разделение применяют главным образом для очистки газов (отделение пылей и туманов), но используют также при обработке суспензий в комбинации с другими способами разделения (промывка осадков при отстаивании и фильтровании).
Материальный баланс разделения
Пусть 
— количество разделяемой суспензии (в кг), х1— весовая доля твердой фазы в суспензии. В результате разделения получаетсяосадок в количестве 
ос. кг с содержанием твердой фазы х2 и влажностью 
и жидкость, количество которой равно ж кг.
Тогда уравнения материального баланса будут иметь следующий вид
для всей системы
Gc=Goc+Gж
для твердой фазы 
или 
Рис. 17. Отстойник непрерывного действия: / — мешалка; 2 — кольцевой желоб
отстойник непрерывного действия. Аппарат имеет коническое днище, способствующее сползанию осадка к центральному разгрузочному патрубку, через который осадок (шлам) удаляется из аппарата. В непосредственной близости от днища вращается гребковая мешалка с наклонными гребками, перемещающими осадок от периферии к центру. Суспензия подается в центр аппарата, а осветленная жидкость сливается в кольцевой желоб, приваренный к боковым стенкам, и через штуцер удаляется из аппарата. Чтобы не взмутить осадка, мешалке придают очень малую частоту вращения (0,5— 0,1 об/мин).
Принцип действия фильтр-пресса показан на рис. 19. Фильтр-пресс состоит из комплекта плит 1 и рам 2, разделенных фильтрующей тканью. Весь комплект сжимается с помощью гидравлического или механического зажимного устройства. Плиты и рамы имеют отверстия.
ханизированной разгрузкой осадка:
1 — привод; 2 — гидравлический цилиндр для подъема мешалки; 3 — цилиндр для опускания днища; 4 — решетки;
5 — гребковая мешалка
Рис. 19. Схема действия фильтр-процесса:
ханизированной разгрузкой осадка:
1 — привод; 2 — гидравлический цилиндр для подъема мешалки; 3 — цилиндр для опускания днища; 4 — решетки;
5 — гребковая мешалка
Фильтр-пресс показан на рис. 20. Основой фильтра служат упорная плита 3 и головка 4, связанные двумя стяжками 6 и 7. На стяжки опираются плиты и рамы, по ним же перемещается подвижная задняя рама 9 фильтрпресса, связанная с зажимным механизмом. Сила зажатия, создаваемая зажимным устройством, очень велика и составляет десятки тонн.
Гидравлическое зажимное устройство представляет собой цилиндр, внутри которого перемещается поршень, связанный через шток с задней рамой фильтра. При подаче в цилиндр жидкости под большим давлением поршень перемещается, сдвигая заднюю раму. Механическое зажимное устройство выполняют в виде винта, связанного с электродвигателем системой передач.
Рис. 20. Фильтр-пресс:
1 и 2 — опорные стойки; 3 — упорная рама; 4 — головка; 5 — балки; 6 н 7 — стяжки; 8 — стойки; 9 — зажимная плита; 10 — ступица; 11 — винт; 12 — фильтрующие плиты; 13 — рама
Основной элемент барабанного вакуум-фильтра — вращающийся барабан, покрытый фильтровальной тканью, внутри которого с помощью вакуум-насоса создается разрежение (рис. 23).
у барабанных фильтров с внутренней поверхностью фильтрации. В этом фильтре секции с отводящими трубками расположены на наружной поверхности барабана, а фильтрующая ткань находится внутри него. Суспензия поступает внутрь барабана и в его нижнюю часть. Смена циклов работы фильтра такая, что и в барабанном фильтре с наружной поверхностью фильтрации осадок, снимаемый ножом,
Ленточный фильтр (рис. 25) состоит из сварной металлической станины, на которой укреплены два гуммированных барабана
. ЦентрифугиРис. 28. Схема центрифуги с ножевым съемом осадка:
1 — ротор; 2 — нож; 3 — кожух; 4 —
приемный желоб; 5 — труба для подачи
суспензии; 6 — гидравлический ци-
линдр для подъема ножа
Выгрузка Вход фугата
Центрифуги с ножевым съемом осадка (рис. 28) имеют горизонтальный ротор. Суспензия поступает в ротор / через питательную трубу 5. По истечении определенного срока подача суспензии прекращается. После фугования с помощью гидравлического цилиндра 6 нож 2 медленно поднимается и начинает срезать осадок, который падает в наклонный желоб 4. Для облегчения разгрузки осадка одновременно включается пневматический молоток, заставляющий вибрировать стенки желоба. На передней стенке центрифуги сделаны смотровые окна для наблюдения за процессом и люки осмотра центрифуги. Недостаток центрифуги с ножевым съемом осадка — сильное измельчение материала.