Суспензии. Аппараты для разделения суспензий

Изобретение может быть использовано в глиноземном производстве, гидрометаллургических производствах, горнодобывающей промышленности и др. Способ заключается в том, что измеряют вязкость жидкой фазы μ ж и суспензии μ c при различных скоростях сдвига S i и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1-ε). Производят графическое построение функциональных зависимостей μ жi =ft и μ ci =fS i , (1-ε), определение коэффициентов, значения содержания твердого (1-ε), а также значений вязкости μ сi по установленному уравнению. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам определения вязкости и реологических характеристик ньютоновских и неньютоновских жидких сред - суспензий и может быть использовано в глиноземном производстве, гидрометаллургических производствах, горнодобывающей промышленности и др.

Известен способ измерения вязкости жидкой среды по авторскому свидетельству СССР № 371478, заключающийся в последовательном прохождении жидкости через две капиллярные трубки одинакового диаметра, но разной длины, замере перепада давления и расхода жидкости, по которым рассчитывают величину вязкости. Данным способом можно определить лишь вязкость перемещаемой среды без замера скорости сдвига, оказывающей влияние на величину вязкости.

Более совершенным по отношению к рассмотренному выше является способ определения реологических характеристик вязкопластичных сред по авторскому свидетельству СССР № 520537 на 3-канальном капиллярном вискозиметре путем прокачивания исследуемой среды через три разные системы капилляров, оснащенных капиллярными трубками разной длины и диаметра, с измерением перепада давлений по длине капилляра одного диаметра и расхода жидкости.

Этот способ позволяет по трем параллельным замерам рассчитать потери напора на трение в капиллярных трубках разной длины и диаметра и по этим данным определить значения вязкости исследуемой среды и напряжение сдвига.

Недостатки способа: громоздкость устройства, необходимость оснастки вискозиметра дополнительной системой подачи исследуемой среды, неизбежны погрешности в измерениях, связанные с потерей давления на входе в каждый капилляр. В случае проведения исследований на разбавленных водных суспензиях с быстрорасслаивающейся твердой фазой при ламинарном течении возможно отложение осадка на горизонтальных капиллярных трубках, что приведет к дополнительным погрешностям при измерениях.

Известен более простой способ определения вязкости суспензий [А.Н.Плановский, В.Н.Рамм, С.З.Каган. Процессы и аппараты химической технологии. Госхимиздат, М., 1962, с. 294], включающий измерение вязкости жидкой фазы, соответствующей температуре суспензии, и содержания твердого в суспензии, в котором вязкость суспензии определяют по эмпирическому уравнению:

μ с =μ ж ,

где μ ж - коэффициент вязкости жидкой фазы, сП,

ε - доля жидкой фазы в единице объема суспензии, д.е.,

4,5 - коэффициент приведения.

Основной недостаток способа состоит в том, что в нем не учитывается влияние скорости перемещения суспензии. Для ньютоновских жидких сред по мере увеличения скорости перемещения значение коэффициента μ с повышается, а на неньютоновских, наоборот, - понижается. Поэтому приведенное уравнение не пригодно для определения коэффициента вязкости суспензий, в которых при их перемещении - перемешивании или перекачивании - проявляется тиксотропность, присущая неньютоновским средам.

Последний из рассмотренных способов, как наиболее близкий по существу к заявляемому, принят за прототип.

Задачей изобретения является учет скорости сдвига суспензии при определении ее вязкости с использованием стандартного вискозиметра, на котором возможен замер скорости сдвига и термостатирование перемешиваемой суспензии, что позволит повысить точность определения вязкости суспензии.

Технический результат достигается тем, что способ определения вязкости суспензии включает измерение вязкости жидкой фазы μ ж и суспензии μ с при различных скоростях сдвига S i и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1-ε), графическое построение функциональных зависимостей μ жi =ft и μ ci =fS i , (1-ε), определение коэффициентов значения содержания твердого (1-ε) и значений вязкости μ ci по уравнению:

где t - температура суспензии, °С,

Коэффициент, учитывающий влияние относительной скорости сдвига и содержания твердого на изменение структуры суспензии и (1-ε),

K t - температурный коэффициент (K t =1 при t≤60°С, K t =1,07 при t=61-90°С),

K ОС - коэффициент приведения (К ОС ≠1, 10).

Исследования реологических характеристик суспензий проводились на ротационном вискозиметре системы Брукфилд (Brookfield 2005 Catalog. Viscometers, Rheometers; Texture Analyzers for Laboratory and Process Applications). На данном приборе вязкость определяется через измерение крутящего момента, который возникает на валу шпинделя, погруженного в исследуемую среду - суспензию. Во время измерений можно менять частоту вращения шпинделя (n шп) посредством переключения тумблера, а также подбирать диаметр шпинделя (d шп). Суспензия помещается в термостатированный стакан несколько большего диаметра (D ст) и при необходимости перемешивается в стакане магнитной мешалкой. Частота вращения шпинделя пересчитывается в скорость сдвига (S) по формуле:

где r шп, R ст - радиусы шпинделя и стакана соответственно.

Для определения коэффициентов, входящих в уравнение определения вязкости, замеры выполняются при изменении параметров суспензии: содержания твердого Т/Ж или (1-ε), μ ж и температуры t, а также S (не менее 3-х замеров на каждом параметре).

На примере суспензий красного шлама с Т/Ж=1,2; 1,0; 0,5 и 0,33 (1-ε=0,257; 0,224; 0,126 и 0,087 соответственно), и концентрацией раствора по Na 2 O=2,5 г/л и Al 2 О 3 =2 г/л, термостатированных при t=25-60°С и 90°С (μ ж =0,7 и 0,4 соответственно) были измерены на ротационном вискозиметре коэффициенты динамической вязкости μ ci при скоростях сдвига S=0,8-1,61-4 с -1 (режим соответствует перемещению суспензии в сгустителе), S=8,05-16,6-34,7 с -1 (при перемешивании в цепных мешалках) и S=80,8-159 с -1   (при гидротранспорте в трубе).

Результаты измерений μ ci представлены на фиг.1 в виде функциональной зависимости μ ci =fT/Ж для приведенных выше значений S i , t и μ ж:

S=0,8-4 с -1 , кривая 1 (t≤60°С), кривая 2 (t=90°C),

S=8,05-34,7 с -1 , кривая 3 (t≤60°С), кривая 4 (t=90°C),

S=80,8-159 с -1 , кривая 5 (t≤60°С), кривая 6 (t=90°C).

Таблица
Расчетные значения коэффициентов, входящих в уравнение
Наименование параметра	Значение коэффициентов, д.е.
Т/Ж (1-ε)	1,2 (0,257)	1,0 (0,224)	0,5 (0,126)	0,33 (0,087)
K S1	t, °C	μ ж	S=0,8-4,0 с -1 (при сгущении)
	60	0,7	4,3	4,24	4,18	4,12
90	0,4
K S2	60	0,7	S=8,05-34,7 с -1 (при перемешивании)
	4,04	3,93	3,77	3,56
90	0,4
K S3	60	0,7	S=80,8-159 с -1 (при гидротранспорте)
	3,96	3,71	3,23	3,01
90	0,4
К ос =14 кругом, K t =1 при t≤60°С, K t =1,07 при t=61-90°C кругом

Для нахождения промежуточных значений коэффициентов K S построен по данным таблицы график на фиг.2 зависимости K S =fS для:

1. Т/Ж=1,2 или (1-ε)=0,257,

4. 0,33 (0,087).

Пригодность уравнения с использованием коэффициентов таблицы проверялась на примере нижеприведенного расчета.

Пример. В суспензии красного шлама была измерена на ротационном вискозиметре вязкость μ С =3000 сП при скорости сдвига S=1,61 с -1 , определены содержание твердого Т/Ж=0,33 или (1-ε)=0,087 и концентрация раствора (жидкой фазы), для которой значение μ ж =0,7 при температуре 25°С. Подставляя значения коэффициентов из таблицы, соответствующие условиям измерения, определим расчетную величину вязкости данной суспензии по предложенному выше уравнению:

μ ci =0,7·(1+0,087·14 4,12·1)=0,7+0,061·14 4,12 ;

lg(μ ci -0,7)=lg0,061+4,12·lg14=-1,215+4,12·1,146=-1,215+4,72=3,505;

μ ci =0,7+3200=3200,7 сП.

По вискозиметру μ с =3000 сП. Следовательно, относительная погрешность измерения составит:

Δ max =(3200,7-3000)·100/3000=6,69%.

На более густой суспензии с Т/Ж=1,2 измеренная величина вязкости при прочих равных условиях составила 12000 сП, а расчетное значение - 12284 сП, для которых Δ min =2,37%.

Таким образом, погрешность расчета по уравнению была в пределах 2,4-6,7%, что вполне допустимо при замерах ротационным вискозиметром такого вида суспензий.

Способ определения вязкости суспензии, включающий измерение вязкости жидкой фазы μ ж и суспензии μ c при различных скоростях сдвига S i и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1-ε), графическое построение функциональных зависимостей μ жi =ft и μ ci =fS i , (1-ε), определение коэффициентов , значения содержания твердого (1-ε) и значений вязкости μ ci по уравнению

где t - температура суспензии;

Коэффициент, учитывающий влияние относительной скорости сдвига и содержания твердого на изменение структуры суспензии и (1-ε);

K t - температурный коэффициент (K t =1 при t≤60°C, K t =1,07 при t=61-90°С),

Видно, что при использовании ПАВ без изменения влагосодержания вязкость снизилась почти в два раза.

Хорошими разжижающими способностями обладают электролиты. С коллоидно-химической стороны процесс дефлокуляции тонкодисперсных систем состоит в обмене двухвалентных катионов сольватного слоя на одновалентные, в значительном увеличении при этом электрокинетического потенциала, что является причиной высвобождения связанной воды. Чем больше обменных катионов, тем больше требуется электролита-разжижителя, но до определенного предела (рис. 22). Вязкость при этом становится минимальной. Дальнейшее увеличение электролита (при неизменном количестве воды) вызывает понижение потенциала из-за увеличения диффузионного слоя; происходит сближение частиц и вязкость системы возрастает. Вязкость проходит через минимум, при котором определяется оптимальная концентрация электролита. На разжижение влияет также и анионная часть электролита. Концентрация электролита влияет и на другие химические показатели суспензии (рис. 23): рН увеличивается, т. е. среда приобретает щелочной характер,  – потенциал изменяется противоположно вязкости, при этом оба показателя хорошо коррелируют.

Регулирование рН является эффективным методом разжижения и стабилизации водных систем. При химическом взаимодействии поверхности частиц с водой часть образующихся продуктов реакции переходит в дисперсионную среду, изменяя рН. На этот процесс существенно влияет введение электролитов, рН суспензий ZrO 2 и ТiO 2 без добавок 6–7 (нейтральные); для SiO 2 – 4–5 (кислые); Аl 2 O 3 – 9 (слабоосновные); МgО – 11 (основные).

Определенные значения рН характерны и для других оксидов, хотя они и считаются практически нерастворимыми. Растворенные частицы становятся заряженными ионами, а молекулы воды поляризуются. Адсорбция соответствующих ионов на поверхности суспензированных частиц создает заряд и изменяет рН. В результате изменения рН можно наблюдать две области максимального разжижения и противоположных значений -потенциала (рис. 24).

Рис. 24. Влияние рН на разжижение суспензий:

а – кислые суспензии; б – основные

В промежуточной области, где происходит перезарядка частиц, значение  снижается, а вязкость возрастает. При этом условно кислые материалы лучше разжижаются при добавке щелочи (например, KаОН), а основные – при добавке кислоты (например, НСl).

На рис. 25 видно наличие двух интервалов рН с удовлетворительными свойствами, так называемых литейных интервалов. В кислой среде создаются наиболее благоприятные условия, так как литейный интервал шире, а значение вязкости при той же влажности несколько ниже. Дефлокулянты снижают вязкость литейных шликеров (рис. 26).
Рис. 25. Изменение вязкости кислых и основных суспензий в зависимости от рН и влажности	Рис. 26. Снижение вязкости литейных шликеров за счет дефлокулянтов

В нейтральной среде суспензия резко загустевает, даже при повышенном значении влажности литье почти невозможно. Суспензии на основе Аl 2 O 3 удовлетворительно дефлокулируют при значениях рН 3–4 и 9–10.

Стабилизация суспензии. В технологических процессах важна временная стабильность дисперсий. Это в первую очередь относится к реологическим характеристикам. Изучение структурообразования суспензий шихт ферритовых порошков разных химических составов показывает, что поведение их во времени различно (рис. 27). Марганец-цинковые (марка 2000 НМ) и никель-цинковые (марка 600 НН) композиции после незначительного тиксотропного упрочнения в течение 1–2 ч стабилизируют свои структурные характеристики. Совершенно другая картина наблюдается у магнийсодержащих ферритов (2,1 ВТ).

Из-за некоторой растворимости оксида в воде (0,007 г/л) наблюдается склонность суспензий к загустению. Исследование кинетики этого процесса показало, что через 5–6 ч после приготовления суспензия становится непригодной для распыления (рис. 28), о чем можно судить по возрастающему модулю деформации Е . Молекулы МgО, находящиеся в растворе, взаимодействуют с водой и образуют довольно прочные связи между твердыми частицами в виде цепей ОН–Мg–О–(МgО) n –Мg–ОН.

Со временем эти цепи создают пространственный каркас и переходят в конденсационно-кристаллизационные структуры, проявляя вяжущие свойства МgО. Для предотвращения явления необходимо ограничение роста цепей и их взаимодействия. Это было достигнуто с помощью введения в состав суспензии 0,5–1,0% лимонной кислоты С 3 Н 5 О(СООН) 3 , которая вступает в химическое взаимодействие с гидратированной поверхностью частиц МgО и его молекулами, находящимися в растворе.

Константа диссоциации лимонной кислоты мала, поэтому реакция протекает медленно. Образующиеся продукты реакции блокируют поверхности частиц МgО и стабильность свойств системы возрастает (рис. 28, кривая 2 ), т. е. суспензия становится текучей и стабильной. Аналогичный эффект дает соляная кислота, но так как это сильная кислота, то время стабильного существования суспензии мало и неприемлемо для производственных условий.

Некоторые органические соединения с сильной полярной группой и цепочкой углеводородных атомов не адсорбируются на поверхности твердой фазы, а размещаются на поверхности раздела жидкой фазы с воздухом. Тогда в дисперсных системах происходит крайне нежелательное для технологии явление дестабилизации суспензий – пенообразование. Это результат того, что понижение поверхностной энергии на указанной границе больше, чем на границе раздела жидкость – твердое тело. Такое явление может иметь место, например, у поливинилового спирта при мокром смешении, измельчении и т. п., а также у некоторых ПАВ-диспергаторов. Пенистая суспензия имеет в два и более раз меньшую плотность, что ухудшает технологичность получаемых из нее пресс-порошков. Разрушить пену можно введением ПАВ-декомпенсатора (пеногасителя), например октилового спирта, сивушного масла и т. п. Октиловый спирт СН 3 (СН 2) 6 СН 2 ОН, не растворяясь в воде, адсорбируется на границе жидкость – воздух, вытесняет пенообразователь внутрь раствора, значительно понижая при этом прочность пленок пузырьков воздуха. Они лопаются и происходит пеногашение (концентрация пеногасителя 0,05%).

Понять физику жидкостей помогает сопоставление свойств жидкостей и газов. Газы имеют значительно меньшую плотность и их молекулы находятся на большом расстоянии друг от друга,чем жидкости. Поэтому они имеют большую длину свободного пробега и реже сталкиваются друг с другом. Именно из-за различия подвижностей молекул в газах и жидкостях механизмы возникновения вязкости в этих веществах также различаются. Молекулярная структура жидкостей можно представить как нечто среднее между структурой твердых кристаллических тел с упорядоченным расположением молекул и структурой газов, молекулы которых расположены хаотически.

Таким образом, вязкость жидкостей во много раз превышает вязкость газов из-за более тесной упаковки молекул.

Теоретически и экспериментально установлено, что вязкость суспензии микрочастиц всегда превышает вязкость растворителя. Чтобы понять почему это так, рассмотрим ньютоновскую жидкость, движение которой вызвано перемещением с постоянной скоростью ограничивающих ее поверхностей. Жидкость между движущимися поверхностями сдвигается, в результате чего в ней происходит диссипация энергии тем интенсивнее, чем больше вязкость жидкости.

Предположим теперь, что в жидкость введены твердые сферические частицы. Они могут вращаться, но в отличие от той жидкости, место которой они заняли, не могут деформироваться. Следовательно, при таком же, как и ранее, перемещении ограничивающих поверхностей средняя скорость сдвига увеличится. Кроме того, поскольку жидкость не может проскальзывать по поверхности частиц в той ее части, которая прилегает к частицам, возникает дополнительный сдвиг. Оба эффекта приводят к увеличению диссипации энергии в жидкости, и, таким образом, ее эффективная вязкость возрастет. При увеличении относительного объема взвешенных частиц должно происходить дальнейшее повышение вязкости, что и подтверждается экспериментально. Но если концентрация частиц не слишком высока, соотношение между скоростью сдвига и напряжением сдвига при любой заданной концентрации постоянно, т.е. суспензия ведет себя как ньютоновская жидкость.

Вязкость суспензии капель или деформируемых частиц также растет с увеличением их относительного объема, но в меньшей степени, чем при таком же увеличении концентрации твердых частиц.Однако, при увеличении скорости сдвига в таких суспензиях капли не только деформируются, но и постепенно ориентируются в направлении и течения. Это означает, что напряжение сдвига растет с увеличением скорости сдвига уже нелинейно. В результате вязкость оказывается зависящей от скорости сдвига, а суспензия – соответственно неньютоновской жидкостью.

(Слайд 1-23) Кроме того, поведение суспензий твердых и деформируемых частиц может усложняться и становиться неньютоновским и в результате взаимодействия между частицами. Это взаимодействие обусловлено силами притяжения и отталкивания, а также тем, что жидкость, изменившая свое движение под действием одной частицы, изменяет движение других частиц. Эффективную вязкость μ с разбавленной суспензии твердых невзаимодействующих сферических частиц одинакового размера, обладающих нейтральной плавучестью (т.е. не оседающих и не всплывающих), в жидкости с вязкостью μ 0 впервые вычислил в 1906 г Альберт Эйнштейн. Он предсказал, что если объемная концентрация частиц с (в долях единицы) мала по сравнению с 1, то относительная вязкость суспензии μ отн (равная отношению эффективной вязкости к вязкости жидкой фазы суспензии) определяется соотношением.

Этот результат подтвержден экспериментально для значений с , не превышающих примерно 0,1. Для больших значений с нужно учитывать сложное взаимодействие частиц, а это связано с введением членов, пропорциональных концентрации частиц. В 1932 г Тэйлор обобщил вывод Эйнштейна на суспензии капель, которые сохраняют сферическую форму, например, благодаря поверхностному натяжению. Соответствующее соотношение имеет вид

, (1-29)

где - вязкость жидкости, образующей капли. Когда становится бесконечно большим, т.е. когда капли оказываются, в сущности, твердыми частицами, это соотношение сводится к предыдущему.

(Слайд 1-24) Для того чтобы идентифицировать зависимость вязкости цельной крови необходимо построить зависимость сдвига напряжения от скорости сдвига . Однако, как указывалось выше, вязкость крови и плазмы также изменяется с пробами из-за различий в составе. Чтобы избежать этих различий напряжение сдвига нормализуется по отношению к вязкости плазмы проб (кажущаяся вязкость) и получают зависимость напряжение сдвига/вязкость плазмы от скорости сдвига.

Как можно заметить, эти данные подтверждают нелинейное поведение особенно при низких скоростях сдвига. Интересно заметить, что кривые идут не из начала координат и для движения крови необходимо преодолеть некий порог напряжения .

Cлайд 1-24 .Экспериментальная зависимость нормализованного напряжения сдвига от скорости сдвига для крови (Whitmore,1968)

Если зависимость цельной крови следует степенному закону

τ = k γ n

то данные могут представлены прямой линией напряжение сдвига - скорость сдвига в логарифмической шкале.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Биофизика кровообращения

Введение.. разрабатывая данный курс в рамках специальности биомедицинская техника пришлось столкнуться с проблемой как..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Слайд 1-3.
Пусть два цилиндра с разным диаметром или площадью сечения (А1 и А2) соединены между собой трубкой. Если цилидры открыты в атмосферу, то жидкость установиться на одном уровне.Есл

Слайд 1-5.
Как уже говорили, давление Р = сила / площадь И, если силу выражать в Ньютонах, то давление будет: 1 Ньютон/м2 = 1 Паскаль (Ра) В системе един

Закон сохранения массыгласит, что масса не может исчезать или появляться - и этот принцип называется принципом сохранения массы
Если обозначим массу втекающей жидкости как ∫ ρ 1n dA , А1 (где v1n

Слайд 1-11.
Как мы уже говорили, жидкость может определяться как субстанция, которая постоянно деформируется при воздействии сдвиговых или тангенсальных напряжений. Рассмотрим две параллельные плоскости в попе

Слайд 1-12
Как видно из графика,ньютоновская жидкость представляется прямой линией, проходящей из начала координат с наклоном μ.К сожалению, все жидкости не следу

Хо Хо+DХ
Cлайд 1-13.Силы,действующие на прямоугольный элемент жидкости в потоке. Пусть, например, элемент жидкости движется в направлении х в прямолинейном потоке,

К манометрам
Слайд 1-14. Эксперимент Пуазейля. В стенке трубы проделаны через небольшие интервалы маленькие отверстия для измерения давления. Д

Слайд 1-15.
Как мы уже отмечали, вязкая сила торможения, с которой стенка действует на прилегающий к ней слои жидкости, последовательно передается все более удаленным слоям. Это обуслов

N-кинематическая вязкость (m/r)
Если подставить размерности в данное уравнение, то можно увидеть что число Рейнольдса Re является безразмерной величиной. КогдаRe &

Слайд 1-16
Анатомия сосудов организма в целом и индивидуального органе состоит как из последовательных, так и параллельных сосудистых компонентов (см.слайд) Кровь, выбрасываемая сердцем, поступает в

Потери энергии при стенозе сосуда
Очевидно, что на длине трубы произойдет падение давления (PЕ – потенциальная энергия) согласно уравнению Пуазейля. П

Слайд 1-19
Турбулентное течение возникает при гладком течении, когда ламинарный поток разрушается. В сердечно-сосудистой системе это происходит в области сужений сердечных клапанов или артериальные русла, в м

Слайд 1-20.
Рассмотрим процессы, возникающие в очень длинной прямой трубке, если к жидкости приложен медленно колеблющийся градиент давления. При этом течение будет замедляться, останавливаться, измен

Cлайд 1-21.
Для характеристики такого потока весьма полезным безразмерным параметром является число Уомерсли a,показывающее, как сильно отличается пуазейлевский профиль скоростей при ламинарно

Изменение амплитуды и фазы потока при синусоидальном градиенте с увеличением параметра a
Здесь представлено изменение амплитуды и фазы колебательного потока при синусоидальном градиенте давления с увеличением параметра a. При этом амплитуда характеризуе

Слайд 1-25.
Первые исследования крови с помощью современных вискозиметров показали, что вязкость цельной крови человека зависит от скорости сдвига в диапазоне 0.1- 120 с-1, тогда ка

Эффект гематокрита
Главным условием, определяющим вязкость крови, является объемная концентрация эритроцитов, которая измеряется по показателю гематокрита Н – кажущееся объемная концентрация э

Методы измерения вязкости
Слайд1-28. Вязкость крови измеряют в основном двумя методами: ротационным и капиллярным. А) Ротационный метод Ротационные виск

Б) Капиллярный вискозиметр
В капиллярном вискозиметре радиуса R и длиной L , если поток и перепад давления может быть точно измерен, коэффициент вязкости определяется из уравнения Пуазейля

Гемолиз крови
Как мы помним из курса биологии гемолиз крови это процесс разрушения мембраны эритроцита. При разрушении эритроцита гемоглобин выходит в плазму крови. При этом по концентрации свободного (

Отстойники - самые простые аппараты для разделения суспензий. Для них характерны малые эксплуатационные и капитальные затраты. Однако отстойники имеют небольшую движущую силу, громоздки, а также в них не очень качественно отделяются мелкие частицы. Отстойники используются для предварительного разделения суспензий, которые содержат много твердой фазы или крупные частицы.

Центрифуги и гидроциклоны обладают гораздо большей производительностью по сравнению с отстойниками. В данных аппаратах можно отделять мелкодисперсные частицы. Недостатком таких аппаратов, особенно это касается центрифуг, является высокая стоимость эксплуатационных расходов и самого аппарата. К тому же их нельзя использовать для отделения частиц, обладающим абразивным действием.

Достаточно эффективно разделять суспензии при помощи фильтрующих центрифуг и фильтров. В таких аппаратах помимо фильтрации, происходит промывка и просушка осадка. Недостатком таких аппаратом является их дороговизна и сложность.

Скорость гравитационного разделения суспензии снижается с уменьшением размера твердых частиц, а также разности плотности обеих фаз. В случае переходного или ламинарного режим осаждения скорость разделения суспензий снижается при росте вязкости жидкой среды.

Скорость разделения может быть увеличена в поле центробежной силы. Чтобы этого достигнуть, суспензию помещают внутрь цилиндрического барабана, который вращается вокруг своей оси с большой угловой скоростью ω. При этом суспензия получает вращательное движение с такой же угловой скоростью ω. Благодаря этому твердая частица, имеющая массу т, радиус вращения r, попадает под действием гравитационной силы mg и центробежной силы mω 2 r. Данный процесс называется центрифугированием, а аппараты, которые используются для его осуществления - центрифугами.

На практике центрифугирование ω 2 r»g. Именно поэтому гравитационной силой, как правило, пренебрегают и характеризуют напряженность центробежного силового поля величиной ω 2 r. Следовательно, в процессе центрифугирования ускорения оседающих твердых частиц возрастает на величину ω 2 r/g = Ф, называемую фактором разделения. Окружная скорость равна w = ω · r, то

Ф = (ω² · r)/g = w²/(g · r) = Fr ц

где Fr ц является центробежным критерием Фруда.

Осадительные центрифуги являются аппаратами для центрифугального осаждения и используются для разделения суспензий, которые имеют объемную концентрацию твердой фазы до 40%, а также состоят из частиц, размер которых колеблется от 0,005 до 10 мм. В процессе центрифугирования образуется осадок с небольшим содержанием жидкой фазы, а также осветленная жидкость, называемая фугатом .

Центрифуги можно разделить по фактору разделения Ф на нормальные (Ф<3500) и сверхцентрифуги, а также по рабочему режиму центрифуги разделяются на непрерывного и периодического действия. Осадительные центрифуги разделяются на сепарирующие, универсальные, осветляющие и обезвоживающие. К конструктивным характеристикам центрифуг относятся расположение вала и его опор, степень герметизации, способ выгрузки и взрывобезопасность.

Обезвоживающие центрифуги используются для сильного обезвоживания суспензий высокой концентрации. Универсальные центрифуги применяются для разделения низко- и среднеконцентрированных суспензий в том случае, если имеются умеренные требования к чистоте и влажности фугата. Осветляющие центрифуги используются для выделения высокодисперской твердой фазы из суспензий, где ее концентрация невелика. Сепарирующие центрифуги применяются для разделения нестойких эмульсий.

Для того чтобы разделить суспензию, которая имеет объемную концентрацию твердой фазы а о от 5 до 30% и размеры частиц от 5 да 40 мкм, используются центрифуги периодического действия, имеющего механическую выгрузку осадка. Такая центрифуга имеет два режима питания.

По первому режиму питания подача суспензии в барабан идет до его заполнения, а после завершения процесса центрифугирования фугат удаляется по отводной трубке. Конец этой трубки постепенно приближается к поверхности слоя осадка. После этого трубка принимает свое исходное положение. А осадок, который образуется в результате центрифугирования, срезается ножом, который постепенно проникает в этот слой. После завершения нож возвращается в начальное положение, и рабочий цикл начинается заново.

По второму режиму суспензия некоторое время поступает непрерывно, а фугат переливается через борт до того момента, как накапливается осадок определенной толщины. В этот момент прекращается подача суспензии, остаток фугата отводится по трубке. Осадок же срезается ножом, как и в первом режиме.

Для того чтобы разделить тонкодисперсные суспензии, которые имеют размер частиц 0,5-1,5 мкм, а также низкоконцентрированные суспензии, используются трубчатые сверхцентрифуги. Рабочим органом таких центрифуг является вертикальный барабан. Суспензия попадает в центрифугу через дно барабана, потом огибает распределительный диск и перемещается вверх, вращаясь вместе с барабаном. В таком барабане предусмотрено 3-4 ребра, которые обеспечивают суспензии частоту вращения барабана. Благодаря хорошему фактору разделения твердая фаза оседает на стенки барабана, а фугат постоянно удаляется из отверстия, которое находится на головке центрифуги. Осадок необходимо удалят вручную после того, как центрифуга будет остановлена, а ротор - разобран.

Такие центрифуги используются также для разделения стойких эмульсий, которые расслаиваются при продвижении вверх на легкую и тяжелую фазу. Тяжелая фаза при этом удаляется через периферийные отверстия, а легкая фаза - через центральные. Для определения положения разделения обеих фаз используется сменное кольцо, диаметр которого зависит от объемного соотношения и плотности фаз.

Трубчатые центрифуги имеют большую скорость и хорошую удельную производительность при небольшом объеме барабана. Однако из-за большой скорости вращения длина и диаметр барабана ограничены, чтобы достичь максимальной прочности. Поэтому диаметр барабана не может превышать 150 мм, рабочий объем - 10 дм 3 , а длина 1м.