Конструкция фильтровальных центрифуг.
Рассмотрим вертикальную периодическую ФЦ
1. корпус
2. барабан
3. вал
4. труба для суспензий
Барабан изнутри покрыт дренажной сеткой на которую наложен фильтрат. Тольщина слоя осадка определяется толщиной верхнего слоя барабана. Суспензия поступает в барабан и начинает вращаться. ЦБ силой твердые частицы отбрасываются к переферии и образуют кольцевой слой осадка.
Осветленная жидкость (фугат) проходит через перхлорированную поверхность барботажа сливается через нижний штутцер. При достижении определенного слоя осадка подачу прекращают, затем идет промывка и просушка осадка, затем ФЦ восстанавливают.
Полный рабочий цикл ФЦ состоит из 7 стадий:
РВ и ТБ – развод и торможение барабана.
Ц – центрифугирование.
ОО, ПО и ВО – осушка, промывка и выгрузка осадка.
*
1 – корпус
2 – барабан с цилиндром
3 – воронка
4 – поршень-толкатель
5 – шток
6 – полый вал
7 – труба для суспензий
Воронка(3) участвует в сложном движении(вращается и движется поступательно). Ход поршня примерно равен S = 0.1σϐ
Суспензия подается в воронку по трубе(7) и начинает вращаться. ЦБ силой она выбрасывается через отверстие в левом конце корпуса внутрь барабана. Осадок образуется под действием ЦБ силы на металлическом сите.
Фугат, проходящий через сито сливается через нижний штуцер.
«+»: непрерывность, большая производительность(в отличие от периодического ФЦ, в котором используется много ручного труда), практически отсутствует механическое повреждение осадка.
«-»: сложность, дороговизна, повышенные энергозатраты.
Бытовой пример ФЦ: стиральная машина с центрифугой.
Псевдоожижение (ПО).
-перевод неподвижного зернистого слоя в состояние хаотического движения твердых частиц восходящим потоком псевдоожижающего агента. В зависимости от расхода ПО-агента возможны 3 состояния слоя:
1. неподвижный слой (режим функции)
2. псевдоожиженный (взвешенный) «кипящий» слой
3. режим уноса твердых частиц из слоя гидротранспорта.
а) R<G б) R=G в) R>G
G- сила тяжести
H-высота слоя
W-фиктивная скорость газа
При молекулярном расходе газа зернистый слой неподвижен (режим функции). В нем высота и разность слоя постоянны, а сопротивление уменьшается с повышением скорости газа. В этом режиме R<G.
При 1 критерии скорости Wкр1 (скорость начала псевдоожижения) зерно прихоит в движение, т.к. они начинают хаотически перемещаться (H, увеличиваются), а ∆р (гидравлическое сопротивление слоя осадка) остается постоянным (А-В). Это режим ПО. При этом R=G. В этом режиме наблюдается волнение на свободной поверхности слоя. В слое пузырьки начинают перемещаться вверх.
Зерна начинают уносится из слоя. Следовательно R>G-вес падает. Пик на графике соответствует дополнительной затрате энергии в момент начала ПО на преодолении сил инерции между зернами
Штриховые линии на графике соответствуют явлению гистерезиса (запазданию) при обратном понижении скорости газа. При этом высота слоя выше первоначальной, а сопротивление слоя ниже первоначального значения.
ПО в системе «Ж-Т» однородное, т.е. жидкость проходит через слой непрерывным потоком. «Кипящий» слой (КС) в системе «Г-Т» неоднорадная часть газа проходит через слой в виде пузырьков. При слиянии пузырьков может образовываться газ пробки (поршневой режим или газовый канал).
КС чаще реагирует в системе «Г-Т», чем в «Ж-Т». это объясняется соотношением плотностей фаз:
и
Поэтому в системе «Ж-Т» КС не отличается большой производительностью.
Первую критериальную скорость можно определить по соотношению:
КС используют в множествах различных процессах: обжиг твердых горных пород, каталитический крекинг, конвективная сушка).
«+»: простота, компактность, дешевизна, интенсификация различных процессов, устранение местного перегрева.
«-»: эрозия, загрязнение псевдоожижающего агента процессами эрозии, неограниченное время пребывания частиц в ПО-агенте.
Перемешивание.
Процесс непрерывного обновления увеличения поверхности контакта фаз или материала частиц с целью создания однородной массы.
Перемешиванием получают суспензии, эмульсии, гомогенные растворы, смеси сыпучих материалов.
Способ перемешивания зависит от цели процесса, состояний и свойств компонентов, должен обеспечивать большую производительность и высокую эффективность при минимальных энергозатратах.
Интенсивность перемешивания определяется количеством механической энергии, вводимой за единицу времени в 1 м3 системы.
Количественно определить интенсивность перемешивания можно по числу Re.
Эффективность перемешивания определяется размерами дисперстных частиц, равномерностью распределения фаз, т.е. однородностью получаемй массы.
Применяют 4 способа перемешивания:
1) с помощью механических мешалок
2) пневматическим барботажем3) циркуляционное
4) трубопроводное
Барботаж- пропускание пузырьков газа или пара через слой жидкости.
Механические мешалки могут совершать вращательные или поступательные движения. Механические мешалки могут создавать тангенсальные, осевые и радиальные потоки жидкости.
3 основных типа мешалок: осевые, пропеллерные, турбинные.
1) Лопастная мешалка.
Состоит и вала и лопасти.
Разновидности: листовые, рамные, якорные.
Иногда используют многоярусные.
«+»: простота, дешевизна.
«-»: слабые осевые потоки, недостаточная интенсивность перемешивания.
2) Пропеллерная мешалка.
Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки жидкости.
«+»:высокая степень перемешивания, быстроходность
«-» сложность конструкции
3) Турбинные мешалки
Состоит из вала, горизонтальных дисков и вертикальных лопастей.
Турбинная мешалка имеет от 4 до 12 лопастей. Иногда применяют криволинейные лопасти.
«+»: быстроходность, высокая эффективность
«-»: дороговизна, сложность изготовления.
Сущность и основные понятия теплообмена.
Теплообмен- спонтанный (самопроизвольный) перенос тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому.
Возможен и обратный перенос энергии, т.е. с более высокого на низкий, но для этого необходимо подводить внешнюю энергию в систему.
Движущая сила теплообмена- разность температур. Регулирование температуры один из способов управления ХТП. Это осуществляется с помощью теплообменных устройств и теплоносителей, которые подводят или отводят тепло в аппарат или реактор.
Тепло может переносится 3 способами: конвекцией, кондукцией и излучением в ИК области спектра электромагнитными колебаниями.
Теплоотдача- теплообмен между поверхностью твердой стенки и жижкостью и газа.
Теплопередача- теплообмен между двумя средами через твердую стенку.
Общая скорость теплообмена определяется тепловым потоком (тепловой нагрузкой Q)- это количество тепла, которое переносится через поверхность теплообмена F за 1 с.
[Q]=[Дж/с]=[Вт]
Интенсивность (удельная скорость) теплообмена определяется тепловым потоком q-это тепловой поток через 1м2 поверхности теплообмена.
,
Тепловые процессы: нагрев, охлаждение, испарение, кипение, конденсация.
Кроме того теплообмен играет важную роль в химических, массообменных биохимических и др процессах.