Общие положения курса (1093609), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Wос =

можно выделить три режима осаждения: ламинарный, переходный и турбулентный. Каждый режим осаждения имеет свой характер обтекания твердой частицы жидкостью.

Область существования того или иного режима осаждения определяют величиной критерия Рейнольдса

Re =

Re 1,85.- ламинарный режим течения. При малых числах Re жидкость плавно «обтекает» частицу без образования вихрей в кормовой части. Коэффициент сопротивления в этой области описывают уравнением φ=24/Re

1,85 < Re < 500.-область переходного режима течения. С увеличением числа Re в кормовой части осаждающейся частицы образуется зона, в которой существует замкнутое циркуляционное (вихревое) движение. Пока значения числа Re невелики, вихри устойчивы. При дальнейшем увеличении числа Re возрастает интенсивность движения вихрей, течение становится неустойчивым и начинает наблюдаться периодический срыв вихрей с поверхности частицы, которые образуют вихревой след. Если в начале переходной области основная часть сопротивления приходится на силы трения, то в конце основную часть составляет лобовое сопротивление.

φ=

Re > 500 – турбулентный режим. В этом случае в кормовой части частицы наблюдается регулярный отрыв вихрей. Коэффициент сопротивления определяется, в основном, лобовым сопротивлением и составляет

φ = 0,44 .

Критерий Архимеда Аr =

Физический смысл. Критерий Архимеда характеризует отношение разности сил тяжести и подъемной к подъемной силе.

Аппараты, предназначенные для проведения процессов отстаивания, обычно называют отстойниками. Их целесообразно подразделить на 3 группы: для пылей, для суспензий и для эмульсий.

Отстойники для пылей являются непрерывно действующими или полунепрерывно действующими аппаратами. Газовой поток проходит через аппарат непрерывно, а осевшая пыль выгружается из него или непрерывно или периодически. Простейшим отстойником является отстойный газоход. Он снабжается перегородками и сборниками пыли.

Отстойники для суспензий работают как полунепрерывно действующие или непрерывно действующие аппараты.

Отстойники для эмульсий различают периодического и непрерывного действия.

Осаждение под действием центробежной силы применяется для разделения пылей, суспензий и эмульсий.

Для создания центробежных сил используют 2 приема:

1. обеспечивают вращательное движение потока жидкости в неподвижном аппарате

2. поток направляют во вращающийся аппарат, где перерабатываемые продукты вращаются вместе с аппаратом. В первом случае происходит циклонный процесс, а во втором - отстойное центрифугирование.

Физическая сущность процесса осаждения под действием центробежной силы заключается в том, что во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует центробежная сила, направляющая ее к периферии от центра по радиусу со скоростью, равной скорости осаждения.

Сопротивление осаждению, так же как и в случае осаждения под действием сил тяжести, оказывает сила трения (сила сопротивления среды).

Центробежный фактор разделения:

Циклонный процесс получил свое название от применяемых для газоочистки аппаратов – циклонов.

Циклоны используются преимущественно для разделения пылей. Сущность циклонного процесса заключается в том, что поток, несущий взвешенные частицы, вводят в аппарат тангенциально через входную трубу с рассчитанной скоростью 10-40 м/сек в случае газов и 5-25 м/сек в случае жидкости.

Благодаря тангенциальному вводу и наличию центральной выходной трубы поток начинает вращаться вокруг последней, совершая при прохождении через аппарат несколько оборотов. Под действием возникающих центробежных сил взвешенные частицы отбрасываются к периферии, оседают на внутренней поверхности корпуса, а затем опускаются в коническое днище и удаляются из аппарата через патрубок. Освобожденный от взвешенных частиц поток выводится из циклона через выходную трубу.

Отстойное центрифугирование.

В поле центробежных сил может производиться как фильтрование, так и осаждение.

Центрифуги, применяемые для осаждения, называют отстойными центрифугами.

Различают:

1 по принципу действия (периодически и непрерывно действующие)

2 по способу выгрузки материала ( с ручной или механической выгрузкой)

3 по расположению вала (вертикальные, горизонтальные, наклонные).

Осаждение под действием электрического поля.

Действие электрического поля на заряженную частицу определяется величиной ее электрического заряда. При электроосаждении частицам небольших размеров удается сообщить значительный электрический заряд и благодаря этому осуществить процесс осаждения очень малых частиц, который невозможно провести под действием силы тяжести или центробежной силы.

Физическая сущность: газовый поток, содержащий взвешенные частицы, предварительно ионизируют. Взвешенные частицы в газе приобретаю при этом электрический заряд. При прохождении ионизированного газового потока в Эл поле между 2 электродами заряженные частицы под действием Эл поля перемещаются к противоположно заряженным электродам и оседают на них.

Фильтрование

Фильтрованием называют процесс разделения жидких или газовых неоднородных систем путем пропускания их через пористую перегородку - фильтр, способную пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные частицы. Движущей силой в этом процессе является либо разность давлений, либо центробежная сила; в соответствии с этим процессы называют просто фильтрованием или центробежным фильтрованием (центрифугирование).

Перепад давления можно получить:

1гидростатического стока жидкости

2создания давления за счет гидростатического стока жидкости(веса)

3создания разрежения под фильтрующей перегородкой

4за счет центробежных сил

Различают фильтрование с отложением осадка и фильтрование с забивкой пор фильтра.

На практике фильтрование проводят либо в режиме постоянной разности давлений, либо в режиме постоянной скорости.

Основной характеристикой процесса фильтрования является скорость, определяемая как объем фильтрата, проходящий через единицу поверхности фильтрования за единицу времени.

Скорость фильтрования прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению.

Сопротивление R является величиной переменной, т к фильтрование идет с непрерывным увеличением толщины слоя осадка и, следовательно, ростом его сопротивления. Общее сопротивление можно представить в виде суммы сопротивления фильтрующей перегородки Rф и сопротивления слоя осадка Rос

R=Rф+Rос=Rф+r*l

r- удельное сопротивление осадка (Па*с/м²)

l-толщина осадка

удельное сопротивление осадка представлет собой сопротивление единицы объема осадка высотой 1 м на 1 м² поверхности фильтрования.

Промывка осадка

Цель:

Удаление остатка фильтрата из слоя осадка

Полное извлечение фильтрата из осадка

Центробежное фильтрование-фильтрование под действием центробежной силы, проводится на фильтрующих центрифугах.

Периоды процесса:

1 образование осадка(собственно фильтрование)

2 уплотнение осадка

3механическая сушка или отжим

Фильтрующая аппаратура

Газовые фильтры-непрерывно действующие

Жидкостные фильтры-периодически действующие и непрерывно действующие

Фильтрующие центрифуги -периодически действующие и непрерывно действующие

Перемешивание в жидкой среде

Этот процесс применяется в химической технологии для получения эмульсий и суспензий, а также для интенсификации тепловых, диффузионных и химических процессов.

Перемешивание в жидкой среде осуществляется 3-мя основными способами:

• Механическим

• Пневматическим

• Циркуляционным

Преимущественное значение имеет механическое перемешивание. Основными вопросами, рассматриваемыми при изучении этого процесса, являются интенсивность перемешивания и эффективность перемешивании, а также расход энергии на проведение процесса.

Интенсивность-кол-во энергии, вводимой в единицу объема перемешиваемой средой в единицу времени. Она обуславливает характер движения данной жидкости в аппарате. Мерой интенсивности перемешивания является критерий Рейнольдса.

Эффективность перемешивания –характеристика качества процесса.

Для приготовления суспензий и эмульсий - равномерность распределения фаз

Для интенсификации - отношение коэффициента скорости процесса при перемешивании к коэффициенту без перемешивания.

Пневматическое перемешивание осуществляется путем пропускания газа через слой перемешиваемой жидкости. Газ распределяется барботером, представляющим собой ряд горизонтально расположенных у днища аппарата перфорированных труб.

Пневматическое перемешивание используют, когда допускается контакт с газом перемешиваемой жидкости и перемешивание осуществляется кратковременными периодами.

Циркуляционное перемешивание производится многократным прокачиванием жидкости через систему аппарат-циркуляционный насос-аппарат.

Механическое перемешивание в жидкой среде осуществляется при помощи мешалок различного типа. Мешалка представляет собой комбинацию лопастей, насаженных на вращающийся вал.

Основные типы мешалок: лопастные, пропеллерные и турбинные.

Лопастные мешалки. Рабочим органом лопастных мешалок служат лопасти различной конфигурации.

Для перемешивания суспензий, содержащих твердые частицы, скорость осаждения которых невелика, применяются лопастные мешалки с наклонными (к плоскости вращения) лопастями. При работе таких мешалок усиливаются вертикальные токи жидкости, что способствует подъему твердых частиц со дна аппарата.

При перемешивании лопастными мешалками весьма густых жидкостей основная масса жидкости вращается вместе с лопастями, при этом эффективность перемешивания очень незначительна. Для устранения этого явления в корпусе аппарата устанавливают неподвижные перегородки. Такие перегородки устанавливаются также при использовании быстроходных перемешивающих устройств для предотвращения образования воронки на поверхности жидкости. Перегородки усиливают турбулизацию потока, улучшая условия перемешивания.

Для перемешивания вязких сред, когда требуется очистка стенок аппарата от налипающей среды, применяется якорная мешалка.

Пропеллерные мешалки. Перемешивающим органом этих мешалок является пропеллер. Лопасти пропеллера имеют изменяющийся наклон от 45º у ступицы до 21-22º на конце лопасти. Применение пропеллерных мешалок эффективно в процессах получения суспензий, а также при перемешивании вязких жидкостей. По сравнению с лопастными, они работают при больших скоростях вращения и благодаря этому их монтируют с приводом непосредственно от электродвигателя (без редуктора).

Турбинные мешалки. Они получили свое название по перемешивающему устройству – турбинкам. Турбинки бывают открытые, имеющие рабочее колесо с прямыми, наклонными или криволинейными лопатками; и закрытые, имеющие рабочее колесо с каналами.

Турбинные мешалки с открытыми турбинками представляют собой по существу развитую конструкцию лопастных мешалок.

Закрытые турбинки обычно устанавливают внутри неподвижного направляющего аппарата, который представляет собой 2 кольца, соединенных изогнутыми лопатками.

Турбинные мешалки применяются для перемешивания вязких жидкостей, для получения суспензий с крупными твердыми частицами, а также для эмульгирования.

Процесс псевдоожижения

Процесс псевдоожижения представляет собой гидродинамическое взаимодействие псевдоожижающего потока (газа или жидкости) со слоем твердых частиц, при котором последние приобретают подвижность относительно друг друга за счет обмена энергией с псевдоожижающим потоком. При этом образуется псевдоожиженный слой. Свое название псевдоожиженный слой получил за сходство с обычной жидкостью. Как и обычной жидкости, ему свойственны текучесть, вязкость, выполнение закона Архимеда. Широкое внедрение псевдоожиженного слоя в промышленное производство объясняется такими его важными свойствами, как выравнивание полей температур и концентраций в объеме технологических аппаратов, максимальное развитие поверхности взаимодействия между газом и зернистым материалом (поверхности фазового контакта), возможность перемещения зернистых материалов в псевдоожиженном состоянии, постоянное гидравлическое сопротивление слоя во всем диапазоне скоростей псевдоожижения, простота конструктивного оформления технологических аппаратов с псевдоожиженным слоем и возможность автоматизации их работы.

В настоящее время псевдоожижение применяют в большом числе химических, массообменных, гидромеханических, тепловых и механических процессов (каталитические реакции, газификация

топлива, обжиг сульфидных руд, сушка, очистка, адсорбция паров и газов, обогащение, классификация, смешение, транспортирование и т. д.).

гидродинамическая сущность процесса: если через слой зернистого материала, расположенного на поддерживающей перфорированной решетке аппарата, проходит поток псевдоожижающего агента (газа или жидкости), то состояние слоя оказывается различным в зависимости от скорости этого потока.

Характеристики

Список файлов лекций