Процеси та апарати промислових технологій
2.2. Осадження твердих
часток у рідині й газі
До найважливіших технічних
способів осадження належать осадження під дією центробіжної сили і осадження під
дією електричного поля.
Визначеними параметрами процесу
є швидкість осадження, час перебування системи в апараті й
розмір отриманих фракцій.
Гравітаційне
осадження
Рис. 2.1. Дія
сил на тверду частку, яка рухається в непорушному середовищі
Гравітаційне осаджування, або відстоювання, використовують для розділення
пилу, суспензій і емульсій. Цей процес
не забезпечує витискання тонко дисперсних часток і характеризується
малою швидкістю осадження, а тому його найчастіше використовують для часткового розділення неоднорідних систем.
Вільне
осадження
Швидкість осадження визначається
на прикладах осадження одиночної кулеподібної частки розміром d в
нерухомому середовищі. Сила, що рухає частку, визначається різницею між
її вагою G і виштовхуючою (Архімедовою) силою А (рис. 2.1), що
дорівнює вазі середовища в об'ємі частки:
(2.1)
де р - рс
— густина частки і навколишнього середовища, кг/м3; g — прискорення вільного падіння, м/с2.
Слід зважити, що при русі тіла в середовищі виникає сила опору;
яка може бути вираженою відповідно до закону опору:
(2.2)
де X —
коефіцієнт опору середовища; юос — швидкість осадження, мм/с;
nd2
... ... ..
площа проекції кулеподібної частки на
площину.
4
В початковий момент осадження
частка рухається прискорено. Але із збільшенням
швидкості буде зростати опір середовища і відповідно зменшуватися прискорення. Дуже швидко настане рівновага: сила опору
середовища S зрівняється із силою рухомої частки (G - A), наступить динамічна рівновага
S = G - A
Починаючи з цього моменту, частка буде рухатися рівномірно з постійною швидкістю. Цю швидкість називають швидкістю осадження юос.
Швидкість осадження можна
знайти із умови рівності сили, що рухає частку, і силу опору середовища:
(2.3)
Звідки юос
= J4gdX. (2.4)
\ 3Хрє
Проте ця формула майже не
використовується для розрахунку швидкості осадження, оскільки
коефіцієнт опору середовища, який входить до неї, залежить від режиму осадження:
X = fRe)
Модифікований критерій Рейнольдса
для процесу осадження можна розрахувати за формулою:
,
(2.5)
де юос — швидкість осадження, м/с; d — діаметр частки, м; pc — густина середовища,
кг/м3; ц — в'язкість
середовища, Па-с.
Встановлено,
що існують різноманітні режими осадження одиночної частки.
Кожному з них відповідає певний характер залежності X = fRe) (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Рух
твердих шарообразних часток у рідині: а — ламінарний потік; б — перехідна ділянка; в — турбулентний потік
При ламінарному русі, що спостерігається при невеликих швидкостях і малих розмірах часток, або при високій в'язкості середовища, частка оточена граничним шаром рідини і плавно обтікається потоком (рис. 2.2а). Втрата енергії
в таких умовах пов'язана в основному лише з переборенням опору
тертя. При ламінарному режимі Re < 2 коефіцієнт
опору середовища
24 X = —.
Re
З розвитком турбулентності
потоку все більшу роль починають відігравати сили інерції. Під дією цих сил граничний шар відривається від поверхні тіла, що приводить до зниження тиску за тілом, що
рухається безпосередньо близько від нього і до появи без порядкових
місцевих завихрень у даному просторі (рис.
2.2б). Починаючи з деяких значень критерію Рейнольдса, при розвинутій турбулентності потоку (рис. 2.2в) опором тертя можна знехтувати, оскільки переважною силою стає лобовий опір (500
< Re < 2-105), X = 0,44 = TOnst. Для перехідної сфери Re = 2 - 500, X = 18,5 / Re0,6.
1 ... 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ... 157 Повернутися на початок книги
