56. Общие сведения о процессе отстаивания. Конструкция отстойников. Определение поверхности осаждения.

Осаждение- процесс разделения, при котором взвешенные частицы в жидкости отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести, сил инерции или электростатических сил.

Отстаивание– это медленное расслоение жидкой дисперсной системы (суспензии, эмульсии, пены) на составляющие её фазы: дисперсионную среду и диспергированное вещество (дисперсную фазу), происходящее под действием силы тяжести.

Отстаивание является более дешевым процессом, чем другие процессы разделения неоднородных систем, например фильтрование. Отстаивание используют в качестве первичного процесса разделения, проведение которого часто позволяет ускорить фильтрование или центрифугирование суспензий. Отстаивание проводят в аппаратах, называемых отстойниками.

Отстойник – это емкость, резервуар, сосуд, или же бассейн в котором отстаивается жидкость.

В отстойниках происходит процесс осаждения под действием силы тяжести твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в суспензии. В практике химических производств осаждение в отстойниках применяют преимущественно для разделения грубых суспензий.

Отстойники могут быть аппаратами периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. Отстойники по своей конструкции подразделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Отстойники целесообразно применять в тех случаях, когда суспензия состоит из легко и быстро оседающих частиц твердой фазы. Полидисперсные суспензии также целесообразно предварительно сгущать, так как чем концентрированнее суспензия, тем более эффективно применение фильтров на последующей стадии фильтрования.

Отстойники периодического действияпредставляют собой обычные сборники с коническим днищем и перемешивающим устройством. После разделения осветленную жидкость сливают, а сгущенную часть или осадок периодически выгружают. Наиболее часто такие отстойники используют, когда осаждению предшествует другой процесс, осуществляемый в тех же аппаратах. Отстойники применяют при скоростях осаждения твердой фазы не менее 0,05 м/ч, что соответствует размеру частиц 5—10 мкм.

В аппаратах полунепрерывного действияподача суспензии и слив осветленной жидкости происходят непрерывно, а осадок по мере накопления периодически удаляется из отстойника через нижние спускные устройства. При этом выбирают такое значение скорости протекания суспензии, чтобы частицы успевали осесть на дно отстойника прежде, чем жидкость выйдет из аппарата.

Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками.

1-штуцер для ввода исходной суспензии, 2-корпус, 3-наклонные перегородки, 4- бункеры для осадка, 5-шуцер для отвода осветленной жидкости.

Исходная суспензия подается через штуцер 1 в корпус 2 аппарата, внутри которого расположены наклонные перегородки 3, направляющие поток попеременно вверх и вниз. Наличие перегородок увеличивает время пребывания жидкости и поверхность осаждения в аппарате. Осадок собирается в конических днищах 4, откуда периодически удаляется, а осветленная жидкость непрерывно отводится из отстойника через штуцер 5.

Отстойники непрерывного действияснабжены гребковым устройством, при помощи которого шлам перемещается к разгрузочному патрубку, расположенному в центре конусного днища. В катализаторных производствах применяют одно- и многоярусные сгустители с центральным приводом, диаметром от 2 до 12 м и высотой от 1,5 до 4 м. В одноярусном сгустителе суспензию подают в загрузочный стакан, снабженный перфорированным днищем, которое предотвращает взмучивание осадка струей поступающей суспензии. Осветленную суспензию отводят через кольцевой желоб. Уклон днища не превышает 10°.

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой.

1-корпус, 2-кольцевой желоб, 3-мешалка, 4-лопасти с гребками, 5-труба для подачи исходной суспензии, 6-штуцер для вывода осветленной жидкости, 7-разгрузочное отверстие для осадка, 8-электродвигатель

Принцип действия:

Мешалка делает от 0,015 до 0,5 оборотов в минуту. Мешает медленно, не нарушая процесс осаждения. Исходная смесь непрерывно подается через трубу 5 в середину резервуара, осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и удаляется через штуцер 6. Осадок или шлам удаляется из резервуара при помощи диафрагмового насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя через редуктор.

Достоинство: простота, легко управляема (автоматизируемая)

Недостатки:громоздкость, малая эффективность разделения.

Отстойник непрерывного действия с коническими полками.

В отстойнике непрерывного действия с коническими полками большая поверхность осаждения.

Разделяемая суспензия подается через центральный верхний штуцер и распределяется между коническими полками (через одну), на поверхности которых происходит осаждение твердых частиц. Осевшие частицы сползают по наклонным полкам и перемещаются вниз к штуцеру для удаления шлама. Осветленная жидкость отводится по каналам между полками и выводится из аппарата через боковой штуцер.

Достоинствами этого аппарата являются небольшие габаритные размеры при высокой площади отстаивания, отсутствие движущихся частей и простота обслуживания. Однако влажность шлама в них больше, чем в отстойниках с гребковой мешалкой.

Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий

1 — корпус; 2 -— перфорированная перегородка

Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий представляет собой горизонтальный резервуар, с перфорированной перегородкой 2. Она предотвращает возмущение жидкости в отстойнике струей эмульсии, поступающей в аппарат. Поперечное сечение отстойника выбирают таким, чтобы скорость течения жидкости в корпусе 1 аппарата не превышала нескольких миллиметров в секунду и режим течения был ламинарным, что предотвращает смешение фаз и улучшает процесс отстаивания. Расслоившиеся легкая и тяжелая фазы выводятся с противоположной стороны отстойника. Трубопровод для вывода тяжелой фазы соединен с атмосферой для предотвращения засифонивания.

Определение поверхности осаждения.

Пусть в отстойнике прямоугольного сечения, имеющем длину l(м) и ширинуb(м), суспензия разделяется на осадок и слой осветленной жидкости высотойh(м). Производительность отстойника по осветленной жидкости выразится уравнением:

(1)

где - скорость потока жидкости вдоль аппарата.

Время прохождения суспензией отстойника составит:

За это же время частицы, осаждающиеся со скоростью ωос, должны пройти наибольший путь h. Следовательно, время отстаивания определится из уравнения:

Приравнивая правые части уравнений и подставляя вместоего значение из уравнения (1), получим:

Откуда производительность отстойника по осветленной жидкости составит:

где F-поверхность отстойника в плане.

Производительность отстойника не зависит в явном виде от его высоты, а зависит только от скорости и поверхности осаждения. Необходимую поверхность осаждения находим из выражения:

Где G– масса исходной смеси, осветленной жидкости и осадка

х - содержание вещества в исходной смеси, осветленной жидкости и осадке, массовые доли.