Классификация жидких неоднородных систем и гидромеханических процессов

Свойства жидких неоднородных смесей или жидких неоднородных систем зависят от их состава и характера фаз, поэтому до ознакомления с собственно кинетическими закономерностями процессов осаждения и фильтрования рассмотрим и классифицируем конкретные неоднородные системы.

Неоднородные системы состоят по меньшей мере из двух фаз: внутренней (дисперсной) фазы, находящейся в тонко раздробленном состоянии, и внешней фазы (дисперсионной среды), окружающей частицы внутренней дисперсной фазы.

В процессах осаждения и фильтрования обрабатываются перечисленные ниже неоднородные системы.

Пыль — система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 5—50 мкм, она образуется преимущественно при дроблении и транспорте твердых материалов.

Туман — система, состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размерами 0,3—3 мкм, образовавшихся в результате конденсации.

Системы, состоящие из твердых или жидких частиц, взвещенных в газообразной среде (т. е. пыль, дым, туман), носят общее название — аэрозоли.

Суспензия — система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров взвешенных частиц различают суспензии: грубые с частицами размером,;>100 мкм; тонкие, твердые частицы которых имеют размеры 100—0,1 мкм, и коллоидные растворы, содержащие твердые частицы размерами 0,1 мкм и меньше.

Дым — система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами 0,3—5 мкм; она образуется при горении.

Эмульсия — система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой. Величина частиц дисперсной фазы в этом случае колеблется в довольно широких пределах.

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

Для эмульсий и пен характерна возможность перехода дисперсной фазы в дисперсионную среду и наоборот. Этот переход, возможный при определенном массовом соотношении фаз, называют инверсией фаз, или просто инверсией.

Неоднородные системы характеризуются массовым или объемным соотношением дисперсной и дисперсионной фаз и размерами частиц дисперсной фазы. В большинстве случаев размеры частиц дисперсной фазы неодинаковы. Дисперсную фазу принято характеризовать фракционным, или дисперсным составом, т. е. процентным содержанием частиц различного размера. Фракционный состав определяют рассеиванием пробы дисперсной фазы на ситах, различающихся размерами отверстий.

К числу важнейших гидромеханических процессов относятся осаждение, фильтрование, псевдоожижение твердого зернистого материала и перемешивание в жидкой среде.

Осаждением в широком понимании этого процесса называют разделение жидких или газовых неоднородных систем путем выделения из жидкой или газовой фазы твердых или жидких взвешенных частиц; такое выделение осуществляется под действием силы тяжести, центробежной силы, а также под действием сил электрического поля. Соответственно различают отстаивание, циклонный процесс и осадительное центрифугирование, электроотчистку.

Фильтрованием называют процесс разделения жидких или газовых неоднородных смесей путем пропускания их через пористую перегородку, способную пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные частицы. Движущей силой этого процесса является разность давлении, которая иногда создается центробежными силами; в соответствии с этим процессы называют либо просто фильтрованием, либо центробежным фильтрованием.

Псевдоожижением твердого зернистого материала называют приведение его в такое состояние, при котором его свойства по многим показателям приближаются к свойствам жидкости; такое состояние достигается в результате пропускания через слой свободно лежащего твердого зернистого материала восходящего потока газа или жидкости.

Перемешивание в жидкой среде рассматривается в последующем изложении как гидродинамическая задача создания необходимого поля скоростей потоков жидкости в аппарате путем сообщения жидкости определенной энергии.

При рассмотрении гидромеханических процессов условия равновесия заключаются в равенстве сил или давлений и в самостоятельном рассмотрении обычно не нуждаются. Направление течения этих процессов вполне очевидно.

Так, частица, падающая в среде, под действием силы тяжести направляется вниз; под действием центробежной силы она перемещается от центра к периферии, а будучи заряженной и помещенной в электрическое поле, частица перемещается к противоположно заряженному электроду.

В процессах фильтрования, так же как и при вынужденном движении жидкости по каналам, поток направляется от области большего давления в область меньшего давления, т. е. движется в направлении уменьшающихся давлений.