Остапчук, Рибак Системи технологій

4.4.2. Осідання в гравітаційному полі

Неоднорідні рідкі або газові системи з більш-менш грубим подрібненням дисперсної фази піддаються розділенню під дією самої тільки сили тяжіння. Якщо густина дисперсної фази більша від густини дисперсійного середовища, завислі частинки осідають на дно посудини, і, навпаки, якщо густини завислих частинок менші, то останні спливають на поверхню.

Відокремлення частинок від в'язкого середовища, в якому вони перебувають у завислому стані, під дією сили тяжіння називають відстоюванням або осіданням. Швидкість осідання завислих частинок залежить як від густини, та і від ступеня дисперсності, причому осідання відбуватиметься тим повільніше, чим меншого розміру частинки дисперсної фази і чим менша різниця між гус-тинами обох фаз. Практично методом осідання користуються, головним чином, для розподілу грубих суспензій.

141

Узагальнене рівняння для швидкості осідання. Розрахунковою величиною при визначенні розмірів і продуктивності відстійних апаратів є швидкість осідання. Швидкість падіння тіл у безповітряному просторі визначають за відомою формулою

(4.4)

де g — прискорення сили тяжшня, ,

— тривалість падіння, с

За цією формулою досить точно можна визначити швидкість падіння тіл великого розміру у повітряному середовищі, оскільки опір середовища при цьому буде незначним і зменшує силу тяжіння лише на (0,05...0,1)%. Проте в разі падіння тіл дуже малої величини у більш в'язкому середовищі, наприклад у воді, картина руху частинки зовсім інша. На початку тверді частинки рухаються за законом вільного падіння тіла, потім з рівномірного прискореного руху тіло переходить у сповільнений і, нарешті, тверда частинка падає рівномірно із сталою швидкістю. Оскільки тривалість першого періоду дуже мала, то першими двома періодами звичайно нехтують і вважають, що протягом усього періоду руху тіло падає із сталою швидкістю. Швидкість такого рівномірного падіння називатимемо швидкістю осідання і позна-чимемо. Цю швидкість можна обчислити за загальним законом опору руху тіла у в'язкому середовищі.

Стала швидкість падіння частинок, очевидно, встановлюється тоді, коли сила тяжіння, яка діє на частику G, стає рівною силі опору в'язкого середовища R, тобто існує рівність

G=R. (4.5)

Сила тяжшня, за вирахуванням підйомної (архімедової), для частинок кулькоподібної форми, завислих в дисперсійному середовищі, дорівнює

(4.6)

Де — об'єм частинки,;

d — діаметр частинки, м;

— густини відповідно твердої частинки і середовища,

Силу опору середовища у загальному випадку визначають за

законом Ньютона

(4.7)

142

Де — проекція поперечного перерізу кулекоподібної частинки на напрямок її руху,

— коефіцієнт опору середовища.

Підставивши значення G і R у відповідне рівняння (4.5), матимемо

, (4.8)

або після скорочення на і на 2

(4.9)

звідки швидкість осідання

(4.10)

Цю формулу називають узагальненим рівнянням для швидкості осідання.

В умовах осідання твердих частинок у повітряному (газовому) середовищі густина дуже мала порівняно з густиною твердої частинки. Нехтуючи величиною у чисельнику, швидкість осідання у повітряному (газовому) середовищі можна обчислити за формулою

(4.11)

Коефіцієнт опору середовища — величина безрозмірна. Вона є функцією числа Рейнольдса і визначається дослідним шляхом. Цей коефіцієнт залежить від швидкості руху частинок в середовищі, від їх розмірів, густини і в'язкості середовища.

Експериментально встановлено, що є три режими обтікання твердого тіла, яким відповідають три граничних значення коефіцієнта : для ламінарного режиму, тобто при 0 < Re < 2

(4.12)

для перехідного режиму, тобто коли 500 > Re > 2

(4.13)

143

для турбулентного режиму, тобто коли 150000 > Re > 500 ко-

ефіцієнт опору сталий і дорівнює

Розрахунок відстійника зводиться до визначення поверхні осідання і об'єму відстійника. За заданою кількістю суміші, яку треба обробити у відстійнику протягом відстоювання, і за відомими концентраціями можна визначити кількість проясненого продукту . Потім обчислюють об'єм осаду, його висоту і загальну висоту відстійника, як суму висот проясненого шару і осаду.

Відстійники напівбезперервної дії більш продуктивні, ніж періодично діючі апарати, завдяки розвиненій поверхні осідання при меншій висоті шламового відстою. В цих апаратах розділю-вана суміш протягом певного часу безперервно надходить, рухається у відстійнику, розділяється; прояснена рідина також безперервно відводиться, а осад видаляється періодично. Відстійники уявляють собою відкриті, вириті в землі ями завдовжки 200 м, завширшки 50 м і глибиною 2 м. Іноді такі відстійники викладають цеглою або бетонують. Водяна суспензія повільно рухається вздовж такої споруди, тверді частинки при цьому осідають на дно. Прояснена частина відводиться у водомийще, а осад видаляють з відстійників звичайно після закінчення виробництва.

За таким самим принципом працюють відстійні газоходи для вловлювання золи з димових газів котельних установок. У цьому випадку газоходи зверху закриті.

Найчастіше відстійники виготовляють у вигляді низьких циліндрів з конусним дном. Щоб зекономити площу приміщень, відстійники роблять багатоярусними.

На рис. 4.10 зображено схему п 'ятиярусного відстійника, застосо-вуємого на цукрових заводах для згущення сатураційних соків. Це закритий циліндричний резервуар 8 діаметром і висотою близько б 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 хе.). Скребки 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 вікна витікає в наступні яруси б. Згущену масу відводять трубою 9 у приймач 4.

144

Рис. 4.10. Схема п'ятиярусного відстійника

Содержание