Методы разделения неоднородных систем в химической технологии. Движущая сила методов разделения неоднородных систем. Виды фильтрующих перегородок

Назначением многих процессов химической технологии является разделение неоднородных или гетерогенных систем, т.е. систем, состоящих из двух или более фаз. Значительно распространены неоднородные системы в промышленности. К таким процессам относятся: очистка воды в водозаборах; очистка газов от пыли; механическая очистка газов в лакокрасочной промышленности; разделение грубых суспензий; фильтрование различных растворов и т.д.Такие установки, используемые в химической и нефтехимической промышленности, как ректификационные, адсорбционные колонны и абсорберы, также являются установками для разделения неоднородных систем. Даже обычные противогазы и респираторы есть не что иное, как устройства для разделения неоднородных систем.

Неоднородными, или гетерогенными, системами называются системы, состоящие из двух или нескольких фаз. В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Классификация неоднородных системпо физическому состоянию

Суспензии – неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц суспензии условно подразделяются на грубые (более 100 мкм), тонкие (0,5–100 мкм) и мути (0,1–0,5 мкм)

Эмульсии – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой. Величина частиц дисперсной фазы может колебаться в широких пределах. Под действием силы тяжести эмульсии расслаиваются, однако при незначительных размерах капель (менее 0,4–0,5 мкм) или при добавлении стабилизаторов эмульсии становятся устойчивыми и не расслаиваются в течение длительного времени.

Пены – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа.

Пыли и дымы – системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого вещества. Пыли образуются обычно при механическом распределении частиц в газе (при дроблении, смешивании и транспортировке твердых материалов). Размеры твердых частиц пыли составляют приблизительно 3–70 мкм. Дымы получают в процессе конденсации паров (газов) при переходе их в жидкое или твердое состояние, при этом образуются твердые взвешенные в газе частицы размерами 0,3–5 мкм.

При образовании дисперсной фазы из частиц жидкости примерно таких же размеров (0,3–5 мкм) возникают системы, называемые туманами. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы, или аэрозоли.

В химической технологии широко распространены процессы, связанные с разделением жидких и газообразных неоднородных систем. Выбор метода их разделения обуславливается, главным образом, размерами взвешенных частиц, разностью плотностей дисперсионной и сплошной фаз, а также вязкостью сплошной фазы.

Существующая классификация методов разделения неоднородных систем представлена на (рис. 11.2).

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежной силы, а также под действием сил электрического поля. Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием.

Процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил называется центрифугированием.

Рис. 11.2. Классификация методов разделения неоднородных систем

Фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые вещества. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется, в отличие от осаждения, для более тонкого разделения суспензий и пыли.

Мокрое разделение – процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью. Оно происходит под действием сил тяжести или сил инерции и применяется для очистки газов и разделения суспензий. При обработке суспензий мокрое разделение используют в комбинации с другими методами разделения (промывка осадков в процессах отстаивания и фильтрования).

В отмеченном порядке и будет продолжаться рассмотрение методов разделения гетерогенных систем.

Для фильтрации могут применяться следующие виды перегородок:

насыпные фильтры, состоящие из слоя мелкозернистых материалов (гравий, песок, кокс), хорошие в отношении полноты разделения суспензий, по с большим сопротивлением; осадок проникает внутрь фильтрующего слоя и с трудом от него отделяется; фильтр применим для суспензий с очень малой концентрацией нсутилизируемого-осадка;

набивные фильтры — из слоя волокнистых материалов (вата хлопчатобумажная, шерстяная, шлаковая, стеклянная, асбестовое волокно и т. д.); характеристика та же, что и насыпных фильтров;

керамические фильтры— перегородки из плоских пористых кислотоупорных плиток, трубы из пористой керамики (поролитоные фильтры и др.); характеристика та же; применяются для фильтрации кислых сред;

тканевые фильтры— с относительно малым сопротивлением и конструктивно наиболее удобные; имеют наибольшее распространение;

проволочные плетеные фильтры—сетки из тонкой проволоки и.; цветных металлов и сплавов; задерживающая способность низкая, но так как через небольшое время после начала фильтрации фильтрующей перегородкой становится отложившийся осадок, сетчатые фильтры все же находят применение, причем первые порции мутного фильтрата возвращают на повторную фильтрацию.

Поиск по сайту: