Классификация неоднородных систем

Неоднородные системы – это смеси, по крайней мере, двух компонентов, находящихся в различных фазовых состояниях и разделенных четкими границами.В таких системах можно выделить две фазы вещества: непрерывно распределенный континуум фазы, называемой дисперсионной средой, и находящиеся в ней раздробленные частицы различных размеров и форм – дисперсную фазу. Частицы дисперсной фазы имеют четкие границы, отделяющие их от дисперсионной среды. Неоднородные системы называют также гетерогеннымиили дисперсными.Дисперсная среда неоднородных систем может находиться в трех агрегатных состояниях. В этих же состояниях может находиться и дисперсионная фаза. Теоретически возможно существование 9 неоднородных систем. Однако по этой классификации неоднородной системы газ-газ (Г-Г) не существует, так как смесь газов представляет собой систему однородную. В приведенной классификации неоднородных систем также необходимо выделить системы с твердыми фазами Т-Ж, Т-Г, Т-Т, которые не подлежат разделению и поэтому их нельзя считаться неоднородными. К таким системам относятся пластические массы и сплавы.

Таким образом, к неоднородным системам следует отнести пыли, дымы, туманы, суспензии, эмульсии и пены.

Пыль – неоднородная система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 5–50 мкм. Образуется преимущественно при дроблении и транспортировании твердых материалов.

Дым – неоднородная система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 0,3–5 мкм. Образуется при горении веществ.

Туман – неоднородная система, состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размером 0,3–3 мкм, образующихся в результате конденсации.

Пыли, дымы, туманы носят общее название аэрозоли.

Суспензия – неоднородная система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров частиц различают суспензии: грубые с частицами размером более 100 мкм, тонкие с частицами размером более 0,1–100 мкм и коллоидные растворы, содержащие частицы менее 0,1 мкм.

Эмульсия – неоднородная система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой. Величина размеров частиц дисперсной фазы колеблется в довольно широких пределах.

Пена – неоднородная система, состоящая из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа.

Эффективность турбулентной сепарации

Мелкие частицы осаждаются с помощью диффузионно-инерционного механизма, поэтому и рассчитывать их очистку надо с учетом турбулентного пульсационного движения частиц. Ключ к пониманию механизма и расчёту скорости турбулентно инерционного осаждения даёт явление поперечной миграции частиц к поверхности гидроциклона. Физическая основа появления миграции частиц в сторону стенки заключается в следующем: мелкая, легко увлекаемая средой частица, в ходе движения среды совершает идентичное движение практически с тем же ускорением, что и среда. При расчете эффективности турбулентной сепарации можно использовать модель Прандтля, которая широко применяется для описания турбулентного пограничного слоя [23-26]. В этом случае пограничный слой подразделяется на две резко отличающиеся по структуре области: тонкую

Винтовые гидроциклоны

Винтовые сепараторы применяются для обогащения мелкозерни­стых песков, содержащих ильменит, циркон, рутил и другие полезные минералы, а также для измельченных руд редких и благородных металов, слабомагнитных окислов железных руд, фосфоритов, хромитов и др. Верхний предел крупности 15 мм, нижний 0.05-0,07 мм.

Винтовые сепараторы (рис. 4.15, а) представля­ют собой вертикальный неподвижный винтообразный желоб 1, укрепленный на колонке 4. Пульпа подается в верхнюю часть желоба и стекает по нему вниз в виде тонкого (6—15 мм) слоя. При движении в потоке помимо обычных гравитаци­онных и гидродинамических сил, действующих на зерна, раз­виваются центробежные силы, вызывающие различие в ско­ростях не только по глубине потока, но и по радиусу.

Попав на винтовой желоб, частицы начинаю распреде­ляться по глубине потока в соответствии с их гидравлической крупностью и одновременно в поперечном направлении: на­ходящиеся в верхних слоях зерна легких минералов сносятся к внешнему борту, а находящиеся в нижних слоях зерна тяже лых минералов --к внутреннему. После прохождения пуль­пой двух-трех витков разделение частиц по плотности и круп­ности в основном заканчивается, и они перемещаются по тра­екториям, близким к винтовым линиям на постоянном рас­стоянии от оси сепаратора или шлюза.

Перераспределению частиц, попавших в «чужую» зону, спо­собствует подача дополнительной воды 2 (рис. 4.15, а) у вну­треннего борта желоба. Разделение веера частиц в конце желоба на концентрат 5, промпродукт 6 и хвосты 7 производится отсекателями 3. При желании и необходимости через отверстия в днище желоба с помощью отсекателей концентрат можно выводить с верхних витков, промпродукт — со средних вит­ков, хвосты — с последнего нижнего витка в конце желоба. Желоб сепаратора или шлюза диаметром от 600 до 1200 мм изготавливают из чугунного или стального литья, листовой стали, алюминиевых сплавов, стекловолокна или фиброгласса. Рабочую поверхность желоба футеруют морозостойкой ре­зиной, неопреном, пластмассой. В зависимости от исполне­ния винтовые сепараторы и шлюзы могут состоять из 2—4 винтовых желобов на одной колонне, работающих одновре­менно. Производительность их в зависимости от типоразме­ра, характера и крупности обогащаемого материала изменя­ется от 0,5 до 10 т/ч.

Эффективность извлечения тяжелых зерен увеличивается для крупных с увеличением диаметра сепаратора (до 1200 мм и более), для мелких с уменьшением диаметра шлюза (до 500 — 750 мм). Оптимальное соотношение между крупностью зе­рен и глубиной потока при обогащении материала -3 +0,2 мм достигается в промышленном сепараторе при значении отно­шения шага винтового желоба к его диаметру, равном 0,4—0,6, а при обогащении материала -0,5 +0,02(0,03) мм в винтовом шлюзе — при значении равном 0,5—0,6.

С уменьшением разницы в плотностях и крупности разде­ляемых зерен число витков желоба увеличивается с 4 до 6. При большом содержании в исходном материале глины и тонких шламов процесс разделения на винтовых сепараторах и шлюзах сильно нарушается. Поэтому материал в таких слу чаях подвергается, как правило, предварительному обесшлам-ливанию на ситах или гидравлических классификаторах. Опти­мальная плотность питания составляет 10—35 % твердого. Ухуд­шение процесса разделения при большей плотности обусло­влено чрезмерным увеличением вязкости, при меньшей — сно­сом тяжелых зерен в область промежуточного продукта, как и при избытке смывной воды. Недостаток смывной воды при­водит к получению бедных концентратов.

Маркировка гидроциклонов

Условное обозначение	Тип цилиндроконического гидроциклона
ТВ	С тангенциальным вводом
ПН	Прямоточные с направляющим элементом (винтовой вставкой)
УФ	С ударной фильтрацией в сливной и песковой камерах
ПК	С промывочной камерой в зоне выхода сгущенного продукта
МП	Многопродуктовый с несколькими концентрически расположенными сливными патрубками
Мс	Многоступенчатый с последовательным соединением элементов
БН	Бинарный (сдвоенный) с подачей суспензии через единый входной патрубок
РП	С реактивным приводом, с помощью которого суспензии придается вращательное движение
Гз	Горизонтальный с центральным коническим обтекателем на входе и усеченной ко­нусной вставкой на выходе
КБ	Комбинированный с фильтрующими элементами в цилиндроконической части
БО	Безнапорный открытый (без сливного патрубка)
ВТ	С вращающейся турбиной (турбоциклон)