Коагуляция частиц дисперсной фазы

Скорость стесненного осаждения частиц будет возрастать с увеличением размера частиц и их веса, с уменьшение удельного веса среды и ее резкости, с повышением степени разбавления суспензии.

Снижение вязкости получают при помощи химических расчетов или путем нагревания, сто требует затрат энергии. Поэтому используют укрупнение частиц, т.е. коагуляциют и флокуляцию.

Коагуляция осуществляется путем добавления веществ, разрушающих соловатированные оболочки, в результате чего между частицами возникают силы сцепления, приводящие к образованию агрегатов частиц.

В качестве коагулянтов применяют электролиты [НСl₃, Н₂(SO₄)₃], растворимые в воде соли, которые, гидрализуясь, образуют хлопьевидные гидраты окислов металлов. Также используют органические полимерные коагулянты на основе полистирона и винилпиридина.

Флокулянты способствуют слипанию агрегативно неустойчивых частиц. Они добавляются в количестве (0,4÷2% к массе твердой фазы) (полиакриламид, активированная кремневая кислота). Флокулянты адсорбируются на поверхности дисперсной фазы и объединяют частицы в более крупные агрегаты. Но при использовании флокулянтов образуется более рыхлый шлам.

Типы отстойников

Отстаивание является более дешевым процессом, часто используется в качестве первичного процесса разделения. Отстаивание используют как самостоятельную технологическую операцию, так и в сочетании с фильтрованием для предварительного разделения и удаления большей части осадка.

Аппараты для отстаивания называются сгустителями или отстойниками.

Различают аппараты непрерывного, полунепрерывного и периодического действия.

Непрерывно действующие отстойники делятся на одноярусные, двухъярусные и многоярусные.

Периодически действующие отстойники представляют собой низкие бассейны без перемешивающих устройств. После осаждения слой осветленной жидкости декантируют, т.е. сливают через край выше уровня осадка.

Шлам выгружают через специальный спусковой кран (или вручную).

Размеры и форма аппарата зависят от формы, размера частицы, ее плотности и плотности среды, температуры суспензии.

Полунепрерывные отстойники – используются для очистки больших количеств суспензии, жидкость поступает и удаляется непрерывно, а шлам удаляется периодически.

Расчет отстойников

Проект рассчитывается по времени осаждения самых мелких частиц исходной смеси. Пусть за время τ (сек) суспензия разделится на слой сгущенной суспензии (осадок) и слой осветленной жидкости высотой h(м).

Объем осветленной жидкости (м³/сек):

(47)

F – поверхность осаждения, м².

При этом скорость осаждения частицы должна обеспечивать выполнение условия:

(48)

Тогда, производительность отстойника не зависит от h, а только от w_ст и F:

Отсюда требуемую поверхность осаждения:

(49)

Расчетную F увеличивают на 30÷35%. В многоярусном поверхность делят равномерно между ярусами.

Фильтрование

Это процесс разделения с использованием твердых перегородок, которые задерживают дисперсную фазу, пропуская сплошную.

Аппарат – фильтр в простом варианте представляет собой сосуд, разделенный на 2 части фильтровальной перегородкой. В частях создают разность давлений, под действием которой суспензия проходит через фильтровальную перегородку. Суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок.

По способу образования осадка различают:

1. фильтрование с образованием осадка – слой осадка образуется на поверхности перегородки;

2. фильтрование с закупориванием пор – осадок скапливается в порах перегородки;

3. промежуточное фильтрование – осадок может быть в виде сгущенной суспензии.

В зависимости от способа создания разности давления различают следующие виды фильтрования:

1. Фильтрование при постоянной разности давлений – пространство под перегородкой соединяют с источником вакуума или пространство над перегородкой присоединяют к источнику сжатого воздуха. Скорость фильтрования уменьшается при возрастании слоя осадка. Разность давлений – под вакуумом до 90 кПа, под давлением сжатого воздуха – менее 300 кПа. В промышленности используется редко.

2. Фильтрование при постоянной скорости процесса – суспензию подают поршневым насосом, производительность которого постоянна. В данном случае возрастает разность давлений при увеличении слоя осадка. ∆рР≈500 кПа.

3. Фильтрование при переменных скорости и разности давлений – суспензию подают центробежным насосом, при увеличении ∆р уменьшается подача, а следовательно и скорость процесса. ∆р≈500 кПа.

4. Фильтрование при постоянных скорости и разности давлений – используется при промывке осадка чистым растворителем.

При разделении суспензий с небольшой концентрацией тонкодисперсных частиц во избежание закупоривания перегородки на фильтр наносят слой вспомогательного вещества: тонкодисперсные или волокнистые материалы (активированный уголь, диатолид, асбест, целлюлозы и др.).

Вспомогательный материал готовят в виде суспензии в том же растворителе, что и исходная смесь, затем наносят на фильтровальную перегородку. Образовавшийся осадок имеет высоту не более 50 мм.

При ниспадающем направлении фильтрования и силы тяжести следует учитывать осаждение частиц.

Осадки подразделяются на несжимаемые и сжимаемые по влиянию увеличения давления на пористость осадка.

В производственных условиях стадия фильтрования включает промывку, продувку, сушку осадка.

Промывку осуществляют вытеснением (осадок промывают на фильтре) или разбавлением (осадок снимают с фильтра, разбавляют другим растворителем, затем фильтруют, кристаллизуют, выпаривают или разделяют ректификацией). Разбавление используют для непористых осадков, промывка вытеснением которых затруднена.

Продувку осадка проводят для вытеснения из пор оставшейся жидкости и получения осадка с равновесной влажностью. Если влажность осадка должна быть менее равновесной, то используют продувку горячим воздухом.