Гидромеханические процессы

Проведение процессов химической технологии обычно связано с перемешиванием жидкостей, газов или паров в трубопроводах и аппаратах, образованием или разделением гетерогенных систем (перемешиванием, псевдожижением, диспергированием, пенообразованием, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием и др.). Поскольку скорость подобных процессов определяется законами гидромеханики, то их принято называть гидромеханическими [1-5, 20-30].

Область гидромеханических процессов весьма широка, она включает многочисленные и достаточно разнородные процессы.

В зависимости от закономерностей, характеризующих условия движения потоков, гидромеханические процессы делятся на три группы:

1) процессы, составляющие внутреннюю задачу гидродинамики – движение жидкостей или газов в трубах и аппаратах;

2) процессы, составляющие внешнюю задачу гидродинамики – движение тела в жидкостях или газах (процессы осаждения, диспергирования, перемешивания твердых частиц с жидкостью);

3) процессы, составляющие смешанную задачу гидродинамики – движение жидкости или газа через слой кусковых или зернистых материалов (фильтрование, псевдоожижение).

В зависимости от целенаправленности различают следующие процессы:

1) Разделение неоднородных систем (осаждение, фильтрование и мокрая очистка). Цель разделения сводится к очистке жидкости и газа от содержащихся в них вредных примесей или извлечению из них ценных компонентов.

Выбор того или иного метода зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фаз и вязкости последней.

2) Получение неоднородных систем (перемешивание и псевдоожижение).

3) Перемещение потоков: однофазное течение (гомогенная система) и двухфазные потоки (гетерогенная система).

Гетерогенными, или неоднородными, называются системы, состоящие из двух и более фаз, т.е. они имеют поверхность раздела фаз.

Рассмотрение того или иного процесса разделения в первую очередь сводится к составлению материального баланса процесса. Для этого обозначим:

G_cм, G_оч, G_ос – массовые расходы соответственно исходной смеси, очищенной сплошной фазы и осадка (кг/с);

х_см, х_оч, х_ос – концентрации дисперсной фазы, соответственно в исходной смеси, в очищенной сплошной фазе и в осадке (масс. доли).

Если нет потерь вещества, то материальный баланс по всему веществу будет выглядеть:

;

по диспергированному веществу:

.

Эффективность процесса разделения неоднородных систем характеризуется степенью очистки η:

.

Физический смысл η: показывает, какая доля дисперсной фазы
в процентах задерживается в аппарате.