Lektsia_3_Mekhanicheskie_i_gidromekhanic heskie_protsessy (Лекции)

ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯТЕХНОЛОГИЯЛекция 3. Механические игидромеханические процессы.План лекции• Дисперсные системы• Гидромеханические процессы:- осаждение- фильтрование- псевдоожижение- перемешивание• Измельчение твердых материаловЛитератураНеоднородные (дисперсные) системыДисперсионнаясредаДисперсная фазаТуман – дисперсная системаДисперсная система — это система, образованная из двух или более фаз (тел),которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другомхимически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором(дисперсионная среда).Классификация неоднородных системДисперсионная средаДисперсная фазаГЖТГЖТ—Туманы,аэрозолиДымы, пыль,аэрозолиПеныЭмульсии,золиСуспензии,золи, гели,пастыАэрогели,пористые телаТвердыеэмульсии(всегда гомогенная смесь)(почва)Твердые ДС(горные породы,цветные стекла,некоторые сплавы)АэрозолиАэрозоли - системы, состоящие из твердых или жидких частиц, взвешенныхв газообразной среде:Пыль – система газ - тв.

частицы размером 5-50 мкм;Дым – система газ - тв. частицы размером 0,3-5 мкм;Туман – система газ-капли жидкости размером 0,3-3 мкмЭмульсииЭмульсии - системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капельдругой жидкости. Жидкости не растворимы друг в друге.Эмульсии устойчивы, если размеры капель составляют 1-50 мкм.Часто стабилизируются ПАВ или твердыми частицами.СуспензииСуспензии – системы, состоящие из твердых частиц, взвешенных в жидкой среде.Грубые – размер частиц > 100 мкм;Тонкие – размер частиц - 0,1 - 100 мкм;Коллоидные – размер частиц < 0,1 мкм, частицы не осаждаются.Основные технологические процессы1.

Гидромеханические (скорость определяется законами гидродинамики):•••Осаждение частиц под действием силы тяжести, центробежной силы или сил электрического поляФильтрование жидкостей или газовПеремешивание в жидкой среде2. Тепловые (скорость определяется законами теплопередачи):••••НагреваниеВыпариваниеОхлаждениеКонденсация3. Массообменные (скорость определяется законами массопередачи (скоростью перехода веществиз одной фазы в другую)):•••••абсорбцияэкстракцияректификацияадсорбциясушка4. Механические:•••измельчение, дроблениеразделение сыпучих материаловсмешение сыпучих материалов5.

Химические (скорость определяется химической кинетикой)Гидромеханические процессы. Осаждение.Осаждение – разделение неоднородных систем путем выделения из жидкой или газовой фазы твердыхили жидких взвешенных частицВыделение может осуществляться под действием сил тяжести (отстаивание), центробежной силы(циклонный процесс или отстойное центрифугирование), а также под действием сил электрического поля(электроочистка)1. Отстаивание — осаждение, происходящее под действием силы тяжести.

Отстаивание в основномприменяется для предварительного грубого разделения. Его проводят в аппаратах, называемыхотстойниками, или сгустителями. Отстаивание является самым дешевым способом разделения, наиболееэффективным при разделении грубых суспензий и эмульсий.Отстойники для пылейПростейший отстойник - отстойный газоход.Благодаря наличию перегородок (1) газовый потокзавихряется и возникающие при этом центробежныесилы способствуют осаждению частиц пыли (2).Гидромеханические процессы.

Осаждение.Отстойники для суспензийНепрерывно действующий отстойник сгребками. Суспензия поступает в верхнюю частьаппарата, осветленная жидкость выводитсячерез кольцевой желоб, осадок собирается внижней части аппарата. Гребок разрыхляетосадок и перемещает его по дну кразгрузочному штуцеру в центре отстойника.Отстойники для эмульсийНепрерывно действующий отстойник дляэмульсий представляет собой цилиндрическуюемкость, снабженную вводным и выводнымпатрубками.

Эмульсия вводится в среднюючасть аппарата между двумяперфорированными перегородками. Послерасслаивания легкая жидкость удаляется изаппарата через верхний отводный патрубок, атяжелая — через нижний.Гидромеханические процессы. Осаждение.2. Осаждение под действием центробежной силы — гидромеханический процесс отделения твердой илижидкой дисперсной фазы от жидкой или газовой дисперсионной среды при введении гетерогеннойсистемы в центробежное поле. ∙ 2ц = = ∙ ц2=> 100 ∙ Циклонный процессПоток, несущий взвешенные частицы, вводят в аппарат тангенциально соскоростью 10 – 40 м/с.

Поток начинает вращаться вокруг центральнойвыводной трубы, совершая при прохождении через аппарат несколькооборотов. Под действием возникающих центробежных сил взвешенныечастицы отбрасываются к периферии, оседают на внутренней поверхностикорпуса, опускаются ко дну и удаляются из аппарата.Используется преимущественно для разделения пылей, однаконаходит свое применение и для разделения суспензий(гидроциклоны)Гидромеханические процессы. Осаждение.ЦентрифугированиеЦентрифугирование – процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил с использованием сплошных илипроницаемых для жидкости перегородок. Процессы центрифугирования проводят в центрифугах.суспензиясуспензияфугатфильтратосадокотстойная центрифугафильтрующая центрифугаГидромеханические процессы. Осаждение.3.

Осаждение под действием электрического поля (электроосаждение) — это процесс разделения, прикотором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы поддействием электростатических сил.Газовый поток, содержащий взвешенные частицы, ионизируют, и они приобретают электрический заряд. Припрохождении ионизированного газового потока в электрическом поле между двумя электродами заряженные частицыперемещаются к противоположно заряженным электродам и оседают на них.При электрическом осаждении частиц небольших размеров им удается сообщить значительный электрический заряд иблагодаря этому осуществить процесс осаждения очень малых частиц, который невозможно провести под действием силытяжести или центробежной силыэлектродыпластинчатый электрофильтртрубчатый электрофильтрГидромеханические процессы. Фильтрование.Фильтрование — гидромеханический процесс тонкого разделения гетерогенных систем с жидкой илигазовой дисперсионной средой путем выделения дисперсной фазы при пропускании смеси черезпористую перегородку, способную пропускать дисперсионную среду и задерживать дисперсную фазу.Фильтрование применяют в промышленности для тонкого разделения систем.

С его помощью можно добитьсязначительно более полной, чем в процессах осаждения, очистки жидкости или газа от взвешенных частиц и,соответственно, более высокого выхода продукта (если им является твердая фаза суспензии).Фильтрование с образованием осадкаФильтрование с закупориванием порP1P1суспензияP1 > P2фильтрующийслойосадокфильтрующаяперегородкаP2фильтратP2Гидромеханические процессы.

Псевдоожижение.Псевдоожижение — процесс взаимодействия газов и жидкостей с твердыми зернистыми и пылевиднымиматериалами, при проведении которого твердые частицы приобретают подвижность друг относительнодруга за счет обмена энергией с псевдоожижающим потоком из-за внешнего сходства с поведениемобычной капельной жидкости.Псевдоожиженый (кипящий) слой имеет свойства жидкости: текучесть, вязкость, поверхностное натяжение; принимаетформу аппарата. Тела, имеющие меньшую плотность, чем псевдоожиженный слой, всплывают в нем, а большую — тонут.Преимущества:- можно перемещать по трубам, что позволяет многие процессы осуществлять непрерывно;- уменьшаются термические и диффузионные сопротивления газовой среды, скорость процессов увеличивается;- выравнивается поле температур, устраняется возможность локальных перегревов и связанных с этим нарушений.ΔPhслояυгазаυпокипящий слойυуυгазаυпоυуГидромеханические процессы.

Перемешивание.Перемешивание — гидромеханический процесс химической технологии, предназначенный для вводамеханической энергии с целью:а) обеспечения простого физического перемешивания или эмульгирования двух несмешивающихсяжидкостей;б) диспергирования твердых тел в жидкостях и газах, жидкости в газах, газа в жидкости;в) изменения физического состояния смешиваемых компонентов - растворение, кристаллизация,плавление;г) управления химическими реакциями и ускорения их за счет выравнивания концентраций и температурв рабочем объеме.Способы перемешиванияПневматическоеПульсационноеГидравлическийраспылМеханическоеМеханическийраспылЦиркуляционноеВибрационноеСтатическоеУльтразвуковоеА еще: роторно-пульсационное, электрогидравлическое, элекгрогидродинамическое…Оценочные характеристики перемешивания1.

Степень перемешивания - взаимное распределение компонентов после перемешивания.СiОтносительная концентрация:Сср С1; < срср1 − =; > ср1 − срСnС2 =Сn-2С3С4i2. Интенсивность перемешивания – скоростьизменения степени перемешивания. =1−=3. Технологический эффект - отношение скорости процесса при перемешивании и без.Способы перемешивания1.

Циркуляционное перемешивание - многократноепрокачивание жидкости через систему аппарат циркуляционный насос - аппарат.Кратность циркуляции, необходимую для обеспечения заданнойэффективности процесса, устанавливают опытным путем.Циркуляционные насосы во многих случаях могут быть замененывоздушными или паровыми инжекторами.циркуляционные аппараты2. Пневматическое перемешивание - пропускание газа черезслой перемешиваемой жидкости.Сжатый газ (обычно воздух) поступает в аппарат, наполненныйжидкостью.

Газ распределяется барботером, представляющимсобой ряд горизонтально расположенных у днища аппаратаперфорированных труб.Имеет ограниченные области применения: в тех случаях, когдадопускается контакт с газом перемешиваемой жидкости иперемешивание осуществляется кратковременными периодами.барботерСпособы перемешивания3. Механическое перемешивание основано на применении различного родамешалок, располагаемых в каких-либо емкостях и совершающих вращательноедвижение, которое осуществляет перемешивание компонентов, содержащихся вемкости за счет циркуляции жидкости.Виды мешалокЛопастныеЯкорныеТурбинныеШнековыеРасчет параметров перемешиванияКритерий Рейнольдса - критерий подобия течения вязкой жидкости, определяет переход отламинарного течения к турбулентному.