Розділення неоднорідних систем

      У безперервно діючих відстійниках неоднорідну  суміш подають безперервно, так само одночасно і безперервно видаляють і осад.

      Найчастіше  відстійники виготовляють. у вигляді  низьких циліндрів з конусним дном. Щоб зекономити площу приміщень, відстійники роблять багатоярусними. На рис.7 зображено схему п'ятияруґно&о відстійника, застосовуваного на цукрових заводах для згущення сатураційних сокій.       

 

Рис.7. Схема  п'ятиярусного відстійника.      

Це закритий циліндричний резервуар 8 діаметром і висотою близько 6 м з конічним дном 10. Конічні перегородки 7 розділяють відстійник по висоті на яруси. В центрі апарата встановлено вал 1 з гребками 6, який повільно обертається (один оберт за 5…6 хв). Гребки призначені для просування шламу до центра апарата. Вал, виготовлений за типом «труба в трубі», має вікна; частина вікон сполучає верхні горизонти ярусів з внутрішньою трубою, а інша частина — нижні горизонти з кільцевим простором вала. Суспензія надходить в апарат через трубу 21 на верхній ярус А, де відбувається часткове осідання. Потім частково прояснена суспензія надходить крізь вікна в центральний канал вала і звідси крізь такі самі вікна витікає паралельно на три наступні яруси Б. Тут відбувається дальше згущеная. Згущена суспензія з усіх чотирьох верхніх ярусів крізь вікна потрапляє в кільцевий простір вала і опускається на нижній ярус Б, де остаточне згущується до потрібної концентрації. Згущену масу через вентиль 11 трубою 9 відводять у приймач 4.

      Прояснена рідина з усіх ярусів, крім верхнього  А, по трубі 17 надходить у приймач 20, а потім по трубі 18 іде з нього за призначенням. У приймачі на кінцях труб є клапани 19, а на вертикальних трубах вентилі 16. Якщо з якогось ярусу декантат надходить недостатньо проясненим доступ його в приймач 20 перекривається клапаном І9 і відкривається відповідний вентиль 16, внаслідок чого продукт надходить у ящик 15; звідси його можна насосом 14, перекривши вентилі 12 і 13, знову подати на другий ярус відстійника або у збірник 4 згущеної суспензії. На верхньому ярусі є насаджена на вал лопасть 2 для згрібання піни з поверхні суспензії в корито 3; звідси піна по трубі 5 виводиться з відстійника. Переріз вала по вікнах Б та по вікнах А, відповідно приведени на рис. 7а.

Рис. 7а. Перерізи вала 1 на рис.7 по вікнах Б і А, відповідно. 
 

  Поверхню осідання чотирьох ярусів (з верхнього декантат не відводять) визначають за формулою (31).

      Загальну  поверхню устоювання беруть рівною 5/4 від обчисленої за формулою. Крім того, цю поверхню збільшують у 1,33 раза; ця цифра  є дослідним коефіцієнтом, що враховує нерівномірність розподілу потоків рідини всередині апарата та інші фактори, не враховані теоретичними формулами.

      Недоліком описаного відстійника є: -громіздкий обертовий пристрій, що складається з вала і гребків. Багатоярусний конічний відстійник, схему якого зображено на рис.8, позбавлений цього недоліку.

      

      Рис.8. Схема багатоярусного конічного  відстійника. 

        Це циліндр 5 діаметром і висотою близько 5 м з конічним дном 7 і верхньою циліндричною частиною 2, висотою приблизно 2 м і діаметром 3 м. Всередині апарат поділений чотирма конічними поверхнями 3 на яруси. Суспензія надходить у циліндр трубопроводом 16. У циліндрі є вставки 1, що спрямовують потік суспензії. Рідина опускається в нижню частину апарата, повільно підіймається вгору між конічними поверхнями. При цьому тверда фаза осідає на зовнішніх поверхнях конусів і сповзає вниз на дно, по якому вона рухається до вихідного отвору, і по трубі 8 виходить з відстійника. Для просування згущеної маси до центра внизу є вал з гребками 6. Декантат під вершинами конусів переливається у лійки 4 і вивідними трубами 9, а потім загальною трубою 11 відводиться у збірник 15. Цей збірник встановлено трохи нижче від верхнього рівня суспензії в апараті, внаслідок чого декантат переливається із збірника в збірник. З середини кожного яруса відведені труби 12. Цими трубами, а також загальною трубою 13 прояснену рідину можна спрямувати в контрольний збірник 14. Якщо йкість відстоювання недостатня, з цього збірника рідину можна подати в збірник 10, а з нього насосом повернути на повторне відстоювання

      У розглянутій конструкції відстійного  апарата розділяють звичайно тонкі суспензії, тому режим обтікання, як правило, ламінарний і швидкість осідання, яку визначають за формулою (13), постійна. 

      § 4. Осідання в електричному полі

      Фізичні основи процесу. Щоб з'ясувати принцип дії електроосадників, розглянемо електричну схему, яка складається з джерела струму і двох паралельних металевих пластин, розділених шаром повітря. Такий пристрій являє собою повітряний конденсатор; струм у цьому колі не тектиме, оскільки повітря між пластинками аналогічно іншим газам не проводить електрики. Проте, якщо підвести до пластин достатню різницю потенціалів, гальванометр, ввімкнутий в коло, зафіксує проходження струму внаслідок іонізації повітря між пластинками. Під дією підведеної напруги молекули повітря розщеплюються на іони і електрони, заряджені позитивно і негативно. Ці іони під впливом сил ектростатичного поля починають рухатись до протилежно заряджених електродів. Швидкість руху, а отже, і Кінетична енергія іонів та електронів зростають разом із зростанням напруги електричного поля. Коли швидкість іонів і електронів починає перевищувати критичну величину, вони завдяки набутій живій силі в свою чергу розщеплюють нейтральні молекули, які трапляються на їхньому шляху, і таким чином відбувається іонізація всього об'єму газу між електродами (пластинами). Отже, найкращі умови для іонізації повітря (газу) будуть тоді, коли різниця потенціалів досягне деякої критичної величини, або так званої пробивної напруги для повітря. Але у даному випадку повітряний шар при паралельних електродах буде «пробитим», сила струму в колі різко зросте, між пластинами виникне іскра і повітря не іонізуватиметься.

      При ійнізації повітря описаним способом треба, щоб газовий шар пробивало лише на певній частині відстані між електродами, інша ж частина цього шару повинна залишатися не пробитою і служити ніби ізоляцією, яка застерігає від короткого замикання електродів через іскру або дугу. Тому електроди у вигляді двох паралельних площин непридатні, обйльки у будь-якій точці поля між ними напруга однорідна. Коли різниця потенціалів між обома плоскими електродами досягне пробивного рівня, то внаслідок однорідності поля весь шар повітря проб'ється і відбудеться розряд у вигляді іскри; при цьому іонізації повітря не буде.

      Відповідним розміщенням електродів можна усунути  явище іскрового розряду і  досягти тим самим значної .напруги  між ними, коли іонізація повітря буде максимальною. Між електродами у вигляді двох концентричних циліндрів (провода і труби — осаджувального електрода) або циліндра і площини (проводів і пластини) утворюється неоднорідне поле. Поблизу проводу напруга поля настільки значна, що іони і електрони здатні іонізувати нейтральні молекули, але у міру віддалення від проводу напруга поля, а отже, і швидкість руху зменшуються настільки, що ударна іонізація стає неможливою. Щоб уникнути появи між циліндричними електродами іскри, потрібне певне співвідношення між радіусом r електрода і радіусом R труби. Встановлено, що для іонізації газу без короткого замикання треба, щоб R : r > 2,72.

      Видимою ознакою настання іонного розряду  е поява навколо поверхні дроту  слабкого світіння («корони»). Це явище  називають коронним розрядом. Світіння завжди супроводжується характерним звуком (шипінням або потріскуванням). Електрод, навколо якого спостерігається світіння (провід), називають коронуючим. Залежно від полюса, з яким з'єднаний провід, корона може бути позитивною або негативною. Під час електричного очищення газів використовують лише негативну корону, яка хоч і менш рівномірна, але допускає вищу критичну різницю потенціалів.

      Механізм  осідання пилу в електричному полі дуже складний і полягає ось у  чому. Тверді частинки пилу, які не проводять  електрики, потрапивши в іонізований простір між електродами, дістають від коронуючого проводу деякий негативний заряд, внаслідок чого рухаються у напрямі до позитивного (осаджувального) електрода. Віддавши останньому свій заряд, частинки пилу або падають на дно електроосадника, або утворюють на електроді щільний шар,

      Якщо  тверді частинки пилу є добрими провідниками електрики, то останні дістають від  осаджувального електрода заряд  того самого знака і відштовхуються знову в газовий потік; деяка частина пилу у цьому випадку може бути винесена з апарата. Щоб уникнути шкідливої дії пилу, який осів на електроді, в електроосадниках встановлюють спеціальні струшувачі.

      Швидкість осідання. Зависла в газі частинка зазнає впливу сил тяжіння, індукції та електричного поля. Практично впливом сил тяжіння та індукції можна знехтувати і розглядати рух частинки як такий, що відбувається лише під дією сили електричного поля

F = nlE_x ,

яка переміщує  частинку від коронуючого електрода  до осаджувального. При цьому частинка, що рухається, долає опір газового середовища, який дорівнює зa законом Стокса

S = 3πμdw_o,

де  w_o— швидкість осідання, м/с; l —елементарний заряд (4,8 ^. 10^-10 ел. ст. од);

E_x—напруга поля в абсолютних одиницях (CGSE = 300 в/см); d— діаметр частинки, см; п—кількість електричних зарядів.

      При усталеному русі частинок має справджуватись рівність Р = S, тобто

      3πμdw_o = пlE_x ,                                                     (35)

звідки  швидкість осідання для частинок неправильної форми

      w_o =пlE_x/3πμd.                                                    (36)

Знаючи  швидкість осідання, можна обчислити час τ і, протягом якого частинка пройде шлях х, за загальним рівнянням

w_o =dx/dτ,

звідки                                                     dτ = dx / w_o.

      Для трубчастого електроосадника з діаметром коронуючого електрода 2r і діаметром труби 2R відповідно будуть x₁ = r і х₂,= R. Тоді

τ  = = (R-r)/w_o ≈ R/w_o .                                         (37)

      Тривалість  перебування газу в електричному полі залежить також від довжини поля і допустимої швидкості руху газу. При довжині поля 3…4 м допустима швидкість руху газу дорівнює в середньому 0,8…1,5 м/с для трубчастих і 0,5…1 м/с для пластинчастих електроосадників.

      Типи  електроосадників. Залежно від форми осаджувальних електродів електроосадники бувають трубчасті і пластинчасті. Схему трубчастого електроосадника наведено на рис. 9.

Рис.9. Схема   трубчастого електроосадника.

      Як  осаджувальні електроди використовують круглі або шестигранні металеві труби, а коронуючими електродами служать дроти, натягнуті по осі труб. Діаметр труб 150…300 мм, довжина 3…4 м. Очищуваний газ входить в апарат через газохід 2, проходить вгору через електричне поле в трубчастих осаджувальних електродах 4 і виходить через газохід 8. Вміщені по осі труб коронуючі електроди 3 з дроту діаметром 1,5…2 мм підвішені на загальній рамі 7, що спирається на ізолятори 5.

        Щоб уникнути забруднення, ізолятори  встановлені в бічних коробках  6. Пил осідає на внутрішні стінки. труб, струшується ударним пристроєм 9 і падає на конічне дно 1.

      Схему вертикального пластинчастого електроосадника  зображено на рис.10.

Рис.10. Схема пластинчастого електроосадника. 

      Як  осаджувальні електроди використовують ряд паралельних пластин, між  якими підвішені коронуючі дроти.

      Осаджувальні  електроди виготовляють з гладеньких або хвилястих металевих листів, а також сіток або дротиків, натягнутих на рами і підвішених близько один до одного. Газ надходить у камеру 1 через газохід 4, огинає перегородку камери, проходить знизу вгору між пластинчастими осаджувальними електродами 3 в полі кородуючих електродів 2 і виходить через газохід 5.

      Електроди вільно підвішені у верхній частині камери. Пил, що осів на пластинках осаджувальних електродів, під час струшування електродів зсипається в нижню частину камери і видаляється з неї.

Література

1. Касаткин  А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Госхимиздат, 1955

2. Романков  П.Г. Гидравлические процессы  химической технологии. М., Госхимиздат, 1948

3. Стабников В.Н и др. Процессы и аппараты пищевых производств. М., «Пищевая промышленность», 1966.

Склав проф. Богорош О.Т.

07.11.03 15:30       п'ятниця, 7 Листопад 2003 р.