5. Неоднородные системы и их характеристика.

Под неоднородной системой понимают систему, состоящую из 2-х или нескольких фаз, каждая из которых имеет свою поверхность раздела и может быть механически отделена от другой фазы. Любая неоднородная система состоит из внутренней (дисперсионой) фазы, или среды в которой находятся частицы дисперсной фазы. Система, в которой внешней фазой является жидкость, называется жидкой неоднородной системой, а система с газовой внешней средой – газовой неоднородной системой. В зависимости от физического состояния фаз различают следующие неоднородные жидкие и газовые системы: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы. Каждая из указанных неоднородных систем характеризуются концентрацией внутренней фазы и размерами ее частиц. Суспензия состоит из жидкости и находящихся в ней твердых частиц. В зависимости от размеров частиц различают суспензии грубые (с частицами размером 100 мкм), тонкие (0,5–100 мкм), и мути (0,1–0,5 мкм). Промежуточное положение между суспензиями и истинными растворами занимают коллоидные растворы с размерами частиц менее 0,1 мкм. Эмульсия состоит из 2-х несмешивающихся или частично смешивающихся жидкостей, а пена – из жидкости и находящихся в ней пузырьков газа.

Пыль и дым состоят из газов и находящихся в ней твердых частиц размером 0,3 – 0,5 мкм, а туман – из газа и взвешенных в нем капелек жидкости. На предприятиях может быть любая из указанных систем. Суспензиями являются, например, пивное сусло, крахмальное молоко, патока с кристаллами сахара. К эмульсиям можно отнести молоко, смесь растительного масла с водой и др. мучная пыль образуется при дроблении зерна, просеивании и транспортировке муки, сахарная пыль – при сушке сахара-песка и др. дым с твердыми частицами образуется при сжигании твердого топлива, а туман – при конденсации пара. Указанные неоднородные системы разделяют осаждением, фильтрованием, промывкой, а так же с помощью полупроницаемых мембран.

6. 6. Методы разделения неоднородных систем.

7. Неоднородная система состоит из внешней и внутренней фазы, между которыми имеются поверхности раздела: жидкое, газообразное и твердое состояние.

Неоднородная система:

Жидкость: ж+г= пена

Ж+ж= эмульсия

Ж+т= суспензия

Газ: г+ж= туман

Г+т= дым или пыль

Твердые тела:

Т+ж= пластические тела

Т+г= твердые или капиллярно-пористые вещества

Т+Т= твердые неоднородные продукты.

Суспензия - система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров частиц суспензии условно подразделяют на грубые (с частицами размером более 100 мкм), тонкие (содержащие частицы размером 0,1-100 мкм) и коллоидные растворы (с частицами менее 0,1 мкм).

Эмульсия-система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой.

Пена-система, состоящая из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа.

Пыль - система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размером более 5 мкм. В процессах химической технологии пыль образуется преимущественно при дроблении, сме-шивании и транспортировании твердых материалов.

Дым - система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размером менее 5 мкм; образуется при горении.

Туман-система, состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размером менее 5 мкм.

Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы и носят общее название—аэрозоли.

Применяют следующие основные методы разделения: осаждение, фильтрование и мокрую очистку газов.

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести (отстаивание)» центробежной силы (циклонный процесс и центрифугирование), сил инерции, электростатических сил (очистка газов в электрическом поле).

Фильтрование—это процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений. В случаях, когда разность давлений создается центробежными силами, процесс называют центробежным фильтрованием.

Мокрая очистка газов -процесс разделения, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание осуществляется, как правило, под действием сил инерции. Выбор метода разделения зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фаз и вязкости последней.

7.материальный баланс процессов разделения.

Пусть разделению подвергается система, состоящая из сплошной и дисперсной фаз.

G_см , G_прод ,G_осад – массовый расход соответственно исходной смеси, очищенной сплошной фазы и осадка (сгущенной дисперсной фазы), кг/с; хсм, хпрод, хосад – концентрация дисперсной фазы соответственно в исходной смеси, в очишенной сплошной фазе и в осадке, массовой доли.

При отсутствии потерь вещества в процессе разделения можно записать следующие уравнения материального баланса:

По всему веществу:

G_см = G_прод +G_осад

По диспергированному веществу

G_см хсм = G_осад хоч +G_осад хос

Если известны расход исходной смеси и все концентрации, то решением этих уравнений можно найти расходы

G_прод , G_осад :

G_прод = G_см(хос-хсм) /(хос-хпрод)