محاسبه مواد فرآیند. تعیین نرخ رسوب ذرات فرآیند ته نشینی ذرات جامد در آب

جدول 1.2 طبقه بندی فرآیندهای جداسازی سیستم های ناهمگن را با نیروی محرکه نشان می دهد.

نیروی محرکه اصلی	سیستم ناهمگن
جاذبه زمین	گاز-جامد مایع-جامد	دفاع	رسوب دهنده گرد و غبار- دوربین نایا. سامپ
اختلاف فشار	مایع-جامد گاز-جامد	فیلتراسیون
نیروی گریز از مرکز	گاز جامد مایع-جامد	ته نشینی یا فیلتراسیون	سیکلون. هیدروسیکلون. سانتریفیوژ فیلتر. سانتریفیوژ رسوبی
قدرت میدان الکتریکی	گاز جامد	ته نشینی	رسوب دهنده الکترواستاتیک

جدول 1.2

جدول 1.3

2.2. ته نشینی

رسوب گرانشی

ته نشینی فرآیند جداسازی سیستم های ناهمگن مایع و گاز (تعلیق، غبار) با آزادسازی ذرات جامد است. ته نشینی توسط نیروی جاذبه را ته نشینی می گویند. به طور عمده، ته نشینی برای جداسازی اولیه اولیه سیستم های ناهمگن استفاده می شود. ته نشینی شامل حرکت ذرات جامد در مایع یا گاز است.

بیایید حرکت یک ذره کروی را در یک محیط ساکن در نظر بگیریم (شکل 2.1). هنگامی که جسمی در یک مایع حرکت می کند یا هنگامی که مایع متحرکی در اطراف آن جریان دارد، مقاومتی برای غلبه بر آن ایجاد می شود و همچنین برای اطمینان از حرکت یکنواخت بدن، مقدار معینی انرژی باید صرف شود. مقدار مقاومتی که ایجاد می شود به حالت حرکت و شکل بدنه روان بستگی دارد.

631 " style="width:473.55pt;border-collapse:collapse">

کجا https://pandia.ru/text/79/143/images/image216_0.gif" width="32" height="32">.gif" width="261" height="66">; ;

، قطر ذرات کجاست. - چگالی محیط؛ چگالی ذرات جامد؛ نرخ رسوب؛ - ضریب مقاومت محیط (بدون ابعاد).

در شکل بسط یافته، معادله (2.1) به شکل زیر خواهد بود:

که در آن نرخ رسوب برابر خواهد بود با:

سه حالت ته نشینی وجود دارد: آرام، گذرا و متلاطم.

در حالت رسوب آرام (شکل 2.2 آ) مایع به آرامی در اطراف ذره بدون ایجاد گرداب جریان می یابد. سرعت و اندازه ذرات کوچک است، اما ویسکوزیته محیط بالا است. انرژی فقط برای غلبه بر نیروهای اصطکاک صرف می شود. با افزایش نرخ رسوب (در طول رژیم انتقال)، نیروهای اینرسی نقش مهمی را در جریان بازی می کنند که منجر به جدا شدن لایه مرزی از سطح بدن می شود که به کاهش فشار کمک می کند. پشت جسم متحرک در مجاورت آن و تشکیل گرداب ها (شکل 2.2) ب). در حالت رسوب آشفته، یک جریان گردابی در پشت ذره حرکت می کند (شکل 2.2). V).

https://pandia.ru/text/79/143/images/image232_0.gif" width="106" height="29">. در حالت انتقال و https://pandia.ru/text/79/143/images/image235_0.gif" width="88 height=31" height="31">).

در حالت آرام، نرخ رسوب با استفاده از فرمول استوکس تعیین می شود:

با محاسبه، حالت رسوب تعیین می شود. با دانستن رابطه بین رینولدز و ارشمیدس برای یک حالت معین (ص 36)، معیار رینولدز و سپس نرخ رسوب را پیدا می کنیم: .

در حالت آرام Ar36، انتقالی 36https://pandia.ru/text/79/143/images/image242_0.gif" width="13" height="16">83000 و آشفته - Ar>83000.

رابطه بین معیارها و به شرح زیر است:

برای حالت لامینار ، انتقالی و متلاطم ، ضریب شکل (یا عامل) که تفاوت شکل یک ذره از یک کره را در نظر می گیرد، کجاست. برای ذرات با شکل نامنظم، سرعت ته نشینی کمتر است، بنابراین سرعت محاسبه شده برای یک ذره کروی در یک ضریب تصحیح ضرب می شود. ψ ، که< 1.

همه استدلال‌های بالا در صورتی معتبر هستند که رسوب‌گذاری محدود (رایگان) نباشد، زمانی که ذرات همسایه بر حرکت یکدیگر تأثیر نمی‌گذارند. رسوب آزاد در سوسپانسیون های رقیق و سوسپانسیون های گازی (با غلظت حجمی فاز جامد کمتر از 5٪) در غیاب تأثیر متقابل ذرات فاز پراکنده مشاهده می شود. اگر غلظت ذرات زیاد باشد (رسوب محدود)، با ته نشین شدن آنها، ذرات با یکدیگر تماس پیدا می کنند و مقاومت در برابر رسوب بیشتر از یک ذره می شود. در نتیجه میزان رسوب کاهش می یابد. هنگامی که رسوب گذاری محدود می شود، بسته به غلظت سوسپانسیون، اصلاحاتی در نرخ محاسبه شده اعمال می شود. برای محاسبات تقریبی، سرعت ته نشینی واقعی برابر با نیمی از سرعت ته نشینی نظری یک ذره کروی است.

دستگاه هایی برای جداسازی سیستم های ناهمگن تحت تأثیر گرانش

ته نشین شدن ذرات جامد توسط نیروی جاذبه را ته نشینی می گویند. ته نشینی عمدتاً برای جداسازی اولیه اولیه سیستم های ناهمگن استفاده می شود. ساده ترین مخزن ته نشینی گرد و غبار (گازهای غبارآلود) است دودکش ته نشینی(شکل 2.3).

نصب پارتیشن های عمودی در مجرای گاز منجر به ظهور نیروهای اینرسی می شود که به فرآیند ته نشینی ذرات جامد کمک می کند. گاز گرد و غبار به طور مداوم تامین می شود و گرد و غبار به صورت دوره ای از پناهگاه ها تخلیه می شود.

مشخص است که بهره وری مخازن ته نشینی با سطح ته نشینی نسبت مستقیم دارد. بنابراین، نصب قفسه های افقی 2 اینچ محفظه ته نشینی گرد و غبار(شکل 2.4) بهره وری دستگاه را به طور چشمگیری افزایش می دهد. پارتیشن بازتابی عمودی 3 توزیع یکنواخت گاز را بین قفسه ها تضمین می کند. درجه خالص سازی در چنین محفظه هایی کم و بین 30 تا 40 درصد است و ذرات 5 میکرون و کوچکتر به هیچ وجه از گاز جدا نمی شوند.

برای جدا کردن سیستم تعلیق، به طور مداوم کار می کند مخزن ته نشینی با همزن پارویی 3 (شکل 2.5). این یک مخزن استوانه ای شکل 1 با پایین مخروطی شکل 2 و یک شیار حلقوی 4 در امتداد لبه بالایی دستگاه است. یک میکسر در مخزن نصب شده است که مجهز به پاروهایی است که رسوب (لجن) را به طور مداوم به سوراخ تخلیه مرکزی منتقل می کند و همزمان https://pandia.ru/text/79/143/images/image251_0.gif" align= "left" width="446 " height="254">شکل 2.6 نشان می دهد مخزن ته نشینی مداوم برای جداسازی امولسیون. این یک مخزن افقی 1 با یک پارتیشن سوراخ شده 2 است که از اختلال مایع در مخزن ته نشینی توسط جریانی از امولسیون به داخل دستگاه جلوگیری می کند و جریان را به طور مساوی در سطح مقطع مخزن ته نشینی توزیع می کند. فازهای سبک و سنگین جدا شده از طرف مقابل مخزن ته نشینی تخلیه می شوند. سطح جداسازی مایعات سبک و سنگین توسط یک تنظیم کننده سطح یا شیر هیدرولیک 3 (سیفون، "اردک") حفظ می شود.

دستگاه هایی برای جداسازی سیستم های ناهمگن تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز

سرعت ته نشینی تحت تأثیر گرانش کم است و برای افزایش آن، فرآیندهای ته نشینی در میدان نیروهای گریز از مرکز انجام می شود. برای ایجاد میدانی از نیروهای گریز از مرکز، معمولاً از یکی از دو روش استفاده می‌شود: یا حرکت چرخشی جریان را در یک دستگاه ثابت فراهم می‌کنند، یا جریان به یک دستگاه دوار هدایت می‌شود. در مورد اول، این فرآیند در طوفان ها، در مورد دوم - در انجام می شود سانتریفیوژهای ته نشینی (بارشی).. نیروهای گریز از مرکز در سیکلون (شکل 2.7) به دلیل تامین مماسی گاز به بدنه استوانه ای دستگاه 1 ایجاد می شوند. به لطف این ورودی گاز، حرکت چرخشی حول لوله ای که در امتداد محور دستگاه قرار دارد و در نظر گرفته شده است، به دست می آورد. برای حذف گاز تصفیه شده ذرات گرد و غبار تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره های محفظه 1 پرتاب می شوند و وارد قیف تخلیه 3 می شوند. با این حال، کاهش شعاع سیکلون منجر به افزایش سرعت جریان و افزایش مقاومت هیدرولیکی می شود.

بنابراین، در نرخ های جریان بالای گاز غبارآلود، به جای یک سیکلون با قطر بزرگ، چندین عنصر سیکلون کوچکتر نصب می شود که در یک محفظه ترکیب شده و به طور موازی کار می کنند. چنین وسایلی نامیده می شوند طوفان های باتری(شکل 2.8).

https://pandia.ru/text/79/143/images/image255_0.gif" align="left" width="280" height="342">از آنجایی که اطمینان از تامین مماسی گاز غبارآلود برای هر یک دشوار است. عنصر سیکلون، مورد استفاده قرار می گیرد اصل دیگر برای ایجاد جریان های چرخشی، نصب تیغه های ثابت بر روی لوله های داخلی سیکلون ها است.

برای ته نشینی ذرات جامد از مایع در میدانی از نیروهای گریز از مرکز، از آنها استفاده می کنند هیدروسیکلون ها، که از نظر نسبت قطعات و اجزای جداگانه با سیکلون های معمولی متفاوت است.

نیروهای گریز از مرکز بزرگ و فاکتورهای جداسازی بالا را می توان در آن به دست آورد سانتریفیوژهای بارشی. در شکل 2.9 نمودار را نشان می دهد سانتریفیوژ ته نشینی دسته ای. قسمت اصلی سانتریفیوژ یک درام جامد 2 است که بر روی یک محور دوار 1 نصب شده است. تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز، ذرات جامد از سیستم تعلیق به سمت دیواره های درام پرتاب می شوند و لایه ای از رسوب را تشکیل می دهند. مایع شفاف شده (مرکز) در یک محفظه ثابت 3 (پوشش) ریخته می شود و از طریق یک لوله در قسمت پایین آن خارج می شود. در پایان ته نشینی، سانتریفیوژ متوقف شده و رسوب به صورت دستی تخلیه می شود.

در شکل 2.10 نشان داده شده است سانتریفیوژ ته نشینی پیوسته با شفت افقی و تخلیه رسوب پیچ. تعلیق از طریق یک لوله به درام داخلی جریان می یابد و از طریق پنجره ها به یک درام ته نشینی مخروطی دوار پرتاب می شود، جایی که تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز از هم جدا می شود.

مایع شفاف شده (سانتر) به قسمت وسیع درام می رود، به داخل یک محفظه ثابت جریان می یابد و از طریق یک لوله از آن خارج می شود. رسوب بر روی دیواره های درام رسوب می کند و به دلیل تفاوت جزئی در سرعت چرخش درام و پیچ، توسط یک پیچ حرکت می کند.

سانتریفیوژهای ته نشینی برای جداسازی امولسیون ها اغلب نامیده می شوند جداکننده ها. جداکننده های دیسک پیوسته به طور گسترده استفاده می شود (شکل 2.11). امولسیون از طریق لوله مرکزی وارد قسمت پایین یک درام چرخان (روتور) می شود که مجهز به بسته ای از پارتیشن های مخروطی - صفحات با سوراخ است. با عبور از سوراخ، امولسیون در لایه های نازک بین صفحات توزیع می شود. در هنگام جداسازی، مایع سنگین‌تر با نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره درام پرتاب می‌شود، در امتداد آن حرکت می‌کند و از سوراخ خارج می‌شود.

مایع سبک تر به مرکز درام حرکت می کند و از طریق کانال حلقوی خارج می شود. مسیر حرکت سیال با فلش نشان داده می شود. سرعت چرخش درام 5000 - 7000 دور در دقیقه است.

اگر یک سیستم تعلیق خوب جدا شود، از جداکننده هایی با صفحات بدون سوراخ استفاده می شود. فاز پراکنده جامد تعلیق روی سطح هر صفحه (به جز صفحه بالایی) رسوب می کند، از روی آنها می لغزد و در نزدیکی دیواره درام جمع می شود. مایع شفاف شده به سمت مرکز درام حرکت می کند، بالا می رود و از آن خارج می شود.

لجن به صورت دستی یا خودکار تخلیه می شود. جداکننده های دیسکی با بهره وری بالا و کیفیت جداسازی بالا مشخص می شوند.

سانتریفیوژهایی با سرعت بسیار بالا (تا 60 هزار دور در دقیقه) و فاکتورهای جداسازی بزرگ (بیش از 3500) را اولتراسانتریفیوژ یا سوپرسانتریفیوژ می گویند. نیروهای گریز از مرکز عظیمی که در آنها ایجاد می شود برای جداسازی سوسپانسیون ها و امولسیون ها استفاده می شود. برای دستیابی به فاکتورهای جداسازی بالا، ابرسانتریفیوژها شعاع کمی دارند. در یک سوپرسانتریفیوژ لوله‌ای با عملکرد دوره‌ای (شکل 2.12)، سیستم تعلیق از طریق یک لوله به یک درام به سرعت در حال چرخش 1، محصور در یک محفظه 2 جریان می‌یابد. در داخل درام لوله‌ای (روتور) با دیواره‌های جامد، تیغه‌های شعاعی 3 وجود دارد که مانع می‌شود. مایع از عقب ماندن در پشت دیواره های درام هنگام چرخش. ذرات جامد سوسپانسیون روی دیواره های درام می نشینند و مایع شفاف شده از طریق سوراخ های بالای 8 از آن به بیرون پرتاب می شود و از قسمت بالایی بدنه خارج می شود. پس از توقف سانتریفیوژ و جداسازی درام، رسوب به صورت دستی حذف می شود.

چنین سانتریفیوژها فقط برای جداسازی سوسپانسیون هایی با محتوای فاز جامد کوچک (بیش از 1٪) استفاده می شود.

برای جداسازی امولسیون، از سوپرسانتریفیوژهای لوله‌ای پیوسته استفاده می‌شود که با دستگاه پیچیده‌تری در قسمت بالایی روتور مشخص می‌شوند که امکان حذف جداگانه مایعات جدا شده را فراهم می‌کند.

رسوب گذاری تحت تأثیر نیروهای میدان الکتریکی

رسوب ذرات جامد و مایع پراکنده در یک میدان الکتریکی (الکترودپوست) به شما این امکان را می دهد که به طور موثر گاز را از ذرات بسیار کوچک تصفیه کنید. این بر اساس یونیزاسیون مولکول های گاز توسط یک تخلیه الکتریکی است.

برای ته نشینی ذرات در میدان نیروهای الکتریکی از رسوب دهنده های الکتریکی استفاده می شود که با توجه به شکل الکترودها به لوله ای و صفحه ای تقسیم می شوند و بسته به نوع ذرات خارج شده از گاز به خشک (غبار خشک جمع آوری شده) و مرطوب (گرد و غبار مرطوب حذف می شود). رسوب دهنده الکترواستاتیک لوله ای(شکل 2.13) با جریان مستقیم ولتاژ بالا (حدود 60 هزار ولت) تغذیه می شود و دستگاهی است که در آن الکترودهای جمع کننده 2 قرار دارد که به شکل لوله هایی با قطر 0.15 - 0.3 متر و طول 3 - ساخته شده است. 4 متر در امتداد محور لوله ها از الکترودهای تاج 1 ساخته شده از سیم با قطر 1.5 - 2 میلی متر عبور می کنند که از یک قاب 3 که بر روی مقره ها 5 قرار دارد آویزان شده است. گاز غبارآلود وارد می شود. دستگاه از اتصالات پایینی عبور می کند و سپس داخل لوله ها حرکت می کند. 2. از آنجایی که سطوح الکترودها متفاوت است، در الکترود با بار منفی که به شکل سیم ساخته می شود، قدرت میدان الکتریکی بالایی ایجاد می شود و تخلیه تاج رخ می دهد. نشانه خارجی یونیزاسیون، درخشش لایه گاز یا تشکیل "کرونا" در کاتد است. یون های دارای بار منفی به شکل لوله هایی به سمت الکترود مثبت (آند) جریان می یابند. در راه خود، ذرات گرد و غبار را "بمباران" می کنند، جذب می شوند و بار منفی به آنها می دهند. ذرات گرد و غبار با بار منفی به سمت الکترود مثبت هجوم می آورند، تخلیه می شوند و روی سطح آن می نشینند و گاز تصفیه شده از طریق اتصالات بالایی دستگاه را ترک می کند.

در رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک خشک، گرد و غبار به صورت دوره‌ای با تکان دادن الکترودها با استفاده از دستگاه مخصوص حذف می‌شود. درجه تصفیه 95-99٪ است.

2.3 فیلتر کردن

فیلتراسیون- فرآیند جداسازی سوسپانسیون ها و گازهای غبارآلود با استفاده از پارتیشن های متخلخلی که فاز جامد را حفظ کرده و اجازه عبور مایع را می دهد (شکل 2.14). نیروی محرکه فیلتراسیون اختلاف فشار در سیستم تعلیق اولیه و پشت پارتیشن فیلتر است.

631 " style="width:473.55pt;border-collapse:collapse">

جایی که V- حجم فیلتر؛ اف- سطح فیلتر؛ - مدت زمان فیلتراسیون؛ روبا- مقاومت لایه رسوبی؛ R مقاومت پارتیشن فیلتر است.

طرح های اصلی فیلتر

با توجه به روش عمل، فیلترها به دستگاه های دوره ای و پیوسته تقسیم می شوند. با هدف - فیلترهایی برای جداسازی سیستم تعلیق و فیلترهایی برای تصفیه هوا و گازهای صنعتی. فیلترهای زیر استفاده می شود: پارچه، شن و ماسه. زغال سنگ (پارتیشن دانه ای)؛ توری فلزی؛ سرامیک متخلخل (پارتیشن سفت و سخت) و غیره. ساده ترین و پرکاربردترین آنها در صنعت فیلترهای nutsch یا druk (فیلترهای دسته ای) و همچنین فیلترهای دیسکی، شنی، کارتریج، قاب و محفظه هستند. فیلترهای پیوسته عبارتند از: خلاء، درام، تسمه، چرخشی و غیره.

Nutsch - فیلترهاتحت خلاء یا فشار بیش از حد کار می کنند.

برنج. 2.15. فیلتر مکش باز که تحت خلاء کار می کند:

1 - بدن؛ 2 - تعلیق;

3 - پارتیشن فیلتر;

4 - بستر متخلخل; 5 - اتصالات خروجی فیلتر، متصل به

پمپ خلاء

برنج. 2.16. فیلتر ناچ بسته شده:

1 - بدن؛ 2 - گرمایش

پیراهن؛ 3 - حلقه

تقسیم بندی؛ پایین 4 تاشو؛ 5 - پارتیشن فیلتر; 6 - شبکه پشتیبانی;

7 - مش. 8 - پوشش قابل جابجایی;

9 - سوپاپ اطمینان.

هنگام کار فیلتر ناچ خلاء(شکل 2.15) فیلتراسیون با ایجاد فشار کاهش یافته در زیر پارتیشن فیلتر انجام می شود. رسوب از بالا به صورت دستی برداشته می شود.

Nutsch که تحت فشار بیش از حد هوای فشرده کار می کند (شکل 2.16) دارای دستگاه راحت تری برای حذف رسوب است که هنگام پایین آوردن و چرخاندن قسمت پایین فیلتر به صورت دستی از بافل فیلتر خارج می شود. حجیم بودن و تخلیه دستی رسوب اجازه نمی دهد که این دستگاه ها به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند.

فیلتر دسته ای فشار مثبت رایج است فیلتر پرس فریم(شکل 2.17). این فیلتر از صفحات و قاب های متناوب تشکیل شده است که پارچه فیلتر بین آنها بسته می شود. دال ها دارای سطح صاف در لبه ها و سطح موجدار در وسط هستند (شکل 2.18).

برنج. 2.18. صفحه (الف)، قاب (ب) و مجموعه (ج) فیلتر پرس فریم:

1 - سوراخ هایی در صفحات و قاب ها که در هنگام مونتاژ کانالی برای تامین سیستم تعلیق تشکیل می دهند. 2- سوراخ هایی در صفحات و قاب ها که کانالی برای تامین مایع لباسشویی ایجاد می کند. 3 - خمیدگی برای عبور آویز به داخل قاب ها. 4 - فضاهای داخلی قاب ها; 5 - پارتیشن فیلتر; 6 - راه راه صفحات. 7 - کانال های موجود در صفحات برای خروج فیلتر در مرحله فیلتراسیون یا مایع شستشو - در مرحله شستشوی رسوب. 8 - کانال های مرکزی در صفحات برای جمع آوری فیلتر یا مایع شستشو. 9- روی فیلتر یا خطوط خروجی مایع شستشو ضربه بزنید

قاب توخالی فیلتر پرس بین دو صفحه قرار می گیرد و محفظه 4 را برای رسوب تشکیل می دهد. سوراخ های 1 و 2 در صفحات و قاب ها منطبق هستند و به ترتیب کانال هایی را برای عبور آب تعلیق و شستشو تشکیل می دهند. پارتیشن های فیلتر ("دستمال") بین دال ها و قاب ها قرار می گیرند، سوراخ هایی که در آنها منطبق با سوراخ های دال ها و قاب ها هستند. فشرده سازی اسلب ها و قاب ها با استفاده از گیره های پیچ یا هیدرولیک انجام می شود. تعلیق تحت فشار از طریق کانال 1 و خروجی 3 به فضای توخالی (محفظه) داخل قاب ها پمپ می شود. فاز مایع تعلیق از پارتیشن های فیلتر 5 عبور می کند، در امتداد شیارهای راه راه 6 به کانال های 7 و سپس به کانال های 8 حرکت می کند که در مرحله فیلتر برای همه صفحات باز هستند. هنگامی که فضای (محفظه) 4 با رسوب پر می شود، عرضه سوسپانسیون متوقف شده و شستشوی رسوب آغاز می شود. در مرحله شستشو، مایع شستشو از طریق کانال های جانبی 2 تامین می شود که پارتیشن های رسوب و فیلتر را شستشو می دهد و از طریق شیرهای 9 تخلیه می شود. در پایان شستشو، رسوب با هوای فشرده دمیده می شود و سپس صفحات و قاب ها از هم جدا می شوند. . رسوب تا حدی به یک کلکتور نصب شده در زیر فیلتر می ریزد و قسمت باقی مانده از رسوب به صورت دستی تخلیه می شود. در صورت لزوم دستمال ها تعویض می شوند.

برنج. 2.19. نمودار فیلتر خلاء درام:

1 - درام سوراخ شده؛ 2 - مش موج دار؛ 3 - پارتیشن فیلتر شده;

4 - رسوبات; 5 - چاقو برای رسوب زدایی; 6 - تغار برای تعلیق; 7 - میکسر تاب دار; 8 - دستگاه تامین مایع لباسشویی; 9 - محفظه ها (سلول های) درام؛

10 - لوله های اتصال; 11 - قسمت چرخشی سر توزیع؛

12 - قسمت ثابت سر توزیع; I - منطقه فیلتراسیون و مکش فیلتر. II - منطقه برای شستشوی رسوب و مکش آب شستشو؛ III - منطقه حذف رسوب؛ IV - منطقه تمیز کردن پارچه فیلتر

در میان فیلترهای پیوسته، رایج ترین آنها هستند فیلترهای خلاء درام(شکل 2.19). این فیلتر دارای یک درام سوراخ دار استوانه ای دوار 1 است که با توری موج دار فلزی 2 پوشانده شده است که پارچه فیلتر روی آن قرار دارد. درام در تعلیق غوطه ور است و توسط پارتیشن های شعاعی به تعدادی محفظه 9 تقسیم می شود. هر محفظه توسط یک لوله 10 به حفره های مختلف قسمت ثابت 12 سر توزیع متصل می شود. لوله ها در قسمت چرخشی 11 سر توزیع ترکیب می شوند. به همین دلیل، هنگامی که درام 1 می چرخد، محفظه های 9 به ترتیب خاصی به منابع خلاء و هوای فشرده متصل می شوند. با چرخش کامل درام، هر محفظه از چندین منطقه عبور می کند.

منطقه I - فیلتر و مکش فیلتر در تماس با سوسپانسیون است و به منبع خلاء متصل می شود. تحت تأثیر خلاء، فیلتر به داخل محفظه می رود و از طریق یک لوله از دستگاه خارج می شود و رسوب 4 روی پارچه فیلتر باقی می ماند.

Zone II - شستشوی رسوب و مکش آب شستشو نیز به وکیوم متصل می شود و مایع شستشو با استفاده از دستگاه 8 به رسوبات می رسد. از رسوب عبور کرده و از طریق لوله از دستگاه خارج می شود.

منطقه III - حذف رسوب. در اینجا رسوب ابتدا با استفاده از خلاء خشک می شود و سپس محفظه به منبع هوای فشرده متصل می شود که باعث خشک شدن و سست شدن رسوب می شود. هنگامی که محفظه با رسوب خشک شده به چاقوی 5 نزدیک می شود، هوای فشرده متوقف می شود و رسوب از سطح پارچه می ریزد.

رسوب برای جداسازی تقریباً تعلیق ها تحت تأثیر گرانش استفاده می شود. این فرآیند در دستگاه هایی به نام مخازن ته نشینی انجام می شود. برای محاسبه مخازن ته نشینی، لازم است سرعت ته نشینی محاسبه شود، یعنی. سرعت حرکت ذرات جامد در مایع

برای به دست آوردن فرمول برای محاسبه نرخ ته نشینی، حرکت یک ذره جامد کروی در یک مایع ثابت تحت تأثیر گرانش را در نظر بگیرید. اگر ذره ای تحت تأثیر گرانش ته نشین شود، سرعت حرکت آن در مایع ابتدا به دلیل شتاب گرانش افزایش می یابد. همزمان با افزایش سرعت ذره، مقاومت محیط در برابر حرکت آن افزایش می یابد، بنابراین شتاب ذره کاهش یافته و پس از مدتی برابر با صفر می شود. در این حالت در نیروهای وارد بر ذره تعادل ایجاد می شود و با سرعت ثابت که همان سرعت ته نشینی است به طور یکنواخت حرکت می کند.

بیایید نیروهای وارد بر ذره ته نشین شده در مایع را در نظر بگیریم (شکل 4.3).

طبق قانون دوم نیوتن

شکل 4.3 - نیروهای وارد بر ذره هنگام حرکت در یک محیط چسبناک:

- جاذبه زمین؛

- نیروی ارشمیدس (بلند کردن)؛

– نیروی مقاومت محیط؛

ما به ذرات کوچک نگاه می کنیم. آنها خیلی سریع شروع به حرکت یکنواخت با سرعت ثابت می کنند. بنابراین، می توانیم بپذیریم که، یعنی. تقریبا هیچ شتاب ذره ای وجود ندارد یا نادیده گرفته می شود ( )

. (4.4)

, (4.5)

, (4.6)

قطر ذرات کجاست شاخص ” ” – ذره، ” ” – مایع.

. (4.7)

, (4.8)

که در آن (زتا) ضریب مقاومت است.

- فشار دینامیکی یا انرژی جنبشی

شستن واحد حجم؛

- پرتاب یک ذره بر روی صفحه ای عمود بر جهت آن

حرکات زیرا ذره یک کره است، سپس سطح مقطع آن است.

تعیین میزان رسوب. بیایید عبارات (4.7) و (4.8) را با (4.4) جایگزین کنیم.

. (4.9)

، از اینجا (4.10)

. (4.11)

برای محاسبه سرعت ته نشینی با استفاده از فرمول (4.11) باید مقدار آن را دانست. ضریب پسا بستگی به حالت جریان سیال در اطراف ذره دارد. در مختصات لگاریتمی، وابستگی به شکلی است که در شکل 4.4 نشان داده شده است. محاسبه سرعت طبق رابطه (4.11) فقط با روش تقریب متوالی به ترتیب زیر انجام می شود:

1. تعیین شده توسط رژیم رسوب.

2. در فرمول (4.10) عبارت مربوط به حالت را به جای ;

3. نرخ رسوب از معادله به دست آمده محاسبه می شود.

4. مقدار معیار رینولدز و حالت رسوب با سرعت تعیین می شود.

5. اگر حالت متفاوت است، سرعت را دوباره محاسبه کنید.

شکل 4.4 - نمای وابستگی ضریب پسا به معیار رینولدز برای حالت های مختلف رسوب ذرات (در مختصات لگاریتمی).

روشی که در بالا برای محاسبه نرخ رسوب مورد بحث قرار گرفت، خیلی راحت و وقت گیر نیست. بنابراین، برای سهولت استفاده در عمل محاسبه، لیاشچنکو روش دیگری را پیشنهاد کرد. بر اساس این روش، سرعت از معیار رینولدز، مربع و جایگزین در معادله (4.10) بیان می شود. ).

, (4.13)

بیایید بیان را در نظر بگیریم

, (4.14)

معنای فیزیکی معیار ارشمیدس این است که رابطه بین گرانش، ویسکوزیته و نیروی ارشمیدس را در نظر می گیرد.

ما یک معادله معیار برای محاسبه نرخ رسوب به دست می آوریم:

(4.15)

نحوه محاسبه سرعتبارش با استفاده از روش لیاشچنکو.

1. مقدار معیار ارشمیدس را با استفاده از عبارت (4.14) محاسبه کنید.

2. حالت رسوب را تعیین می کنیم و فرمولی را برای محاسبه ضریب مقاومت انتخاب می کنیم. این امکان پذیر است، زیرا طبق معادله معیار (4.15) بین و مطابقت یک به یک وجود دارد. اما معیار ارشمیدس، بر خلاف , به سرعت ته نشینی بستگی ندارد، بلکه تنها با ابعاد هندسی ذره و خواص ماده ذره در محیط مایع تعیین می شود.

حالت حرکت آرام

در حرکت آرام، که در سرعت‌های کم و اندازه‌های کوچک اجسام یا با ویسکوزیته بالای محیط مشاهده می‌شود، بدن توسط یک لایه مرزی مایع احاطه شده و به آرامی در اطراف جریان دارد (شکل 4.5). از دست دادن انرژی در چنین شرایطی عمدتاً تنها با غلبه بر مقاومت اصطکاک همراه است. معیار رینولدز

شکل 4.5 - حرکت یک ذره در یک محیط مایع در حالت های مختلف: آرام ()، انتقالی () و آشفته ().

برای آرام

; ; در .

بنابراین، اگر< 2, то < 36 - ламинарный режим осаждения (обтекания частицы).

حالت رانندگی انتقالی

با افزایش سرعت حرکت یک جسم، نیروهای اینرسی به طور فزاینده ای نقش مهمی را ایفا می کنند. تحت تأثیر این نیروها، لایه مرزی از سطح بدن جدا می شود که منجر به کاهش فشار پشت جسم متحرک در مجاورت آن و تشکیل گرداب های محلی تصادفی در یک فضای معین می شود. شکل 4.5). در این حالت، اختلاف فشار سیال در سطح جلویی (پیشانی) بدن، در مواجهه با جریان اطراف بدن، و در سطح عقب (پشت) آن به طور فزاینده ای از اختلاف فشاری که در جریان جریان آرام در اطراف بدن رخ می دهد، بیشتر می شود.

برای انتقالیحالت رسوب، جایگزینی به بیان (4.15)

; در .

یک ذره جامد یا قطره مایع که تحت تأثیر گرانش در یک مایع چسبناک حرکت می کند، در نهایت سرعت ثابتی پیدا می کند. این نرخ رسوب نامیده می شود. اگر چگالی ذره کمتر از چگالی مایع باشد، با سرعت صعود به سمت بالا حرکت می کند. این سرعت ها با حروف vg (g - گرانش) مشخص می شوند. نرخ نشست / صعود توسط پارامترهای فیزیکی زیر تعیین می شود:

قطر ذرات d, m

چگالی ذرات ρp، kg/m3

چگالی فاز پیوسته، ρl، kg/m3

ویسکوزیته فاز پیوسته η, kg/m,s

شتاب گرانش g = 9.81 m/s2.

اگر مقادیر تمام پارامترهای فوق مشخص باشد، می توان نرخ ته نشینی/ صعود یک ذره یا قطره را با استفاده از فرمول زیر که از قانون استوکس مشتق شده است (فرمول 1) محاسبه کرد:

با جایگزینی این مقادیر در فرمول به دست می آوریم:

همانطور که از نتیجه به دست آمده می بینیم، گلبول های چربی بسیار آهسته بالا می روند. در عمل، گلبول‌های چربی توده‌های بزرگی تشکیل می‌دهند و خیلی سریع‌تر روی سطح شناور می‌شوند.

جداسازی دوره ای توسط گرانش

تصویر 1

در ظرف A نشان داده شده در شکل. 1، حاوی مایعی است که در آن ذرات جامد با همان اندازه و چگالی بیشتر از مایع معلق هستند. مدت زمان زیادی طول می کشد تا ذرات روی سطح مایع به پایین فرو بروند.

زمان ته نشینی را می توان با کاهش این فاصله کاهش داد. ارتفاع کشتی (B) کاهش یافت و مساحت آن افزایش یافت به طوری که حجم آن بدون تغییر باقی ماند. فاصله رسوب گذاری (h2) به 1/5 گزینه اول (h) و زمان لازم برای جداسازی کامل کسرها نیز به 1/5 کاهش یافت (شکل 2).

شکل 2

جدایی مداوم توسط گرانش

ساده ترین ظرفی که در آن ذرات با قطرهای مختلف را می توان به طور مداوم از مایع جدا کرد در شکل 1 نشان داده شده است. 3. مایعی حاوی ذرات به صورت لجن از یک سر وارد ظرف شده و در انتهای دیگر تحت فشار معینی به سمت خروجی حرکت می کند. هنگام حرکت، ذرات بسته به قطرشان با سرعت های متفاوتی ته نشین می شوند.

شکل 3

با جداسازی مداوم سوسپانسیون از مایع در ظرفی با صفحه های افقی، کانال های ته نشینی دائماً با ذرات جمع شده در آنها مسدود می شوند. در نهایت این روند متوقف خواهد شد. در یک کشتی با صفحه های شیبدار، نشان داده شده در شکل. 4، ذرات رسوب‌شده روی صفحه‌ها تحت تأثیر گرانش از روی صفحه‌ها می‌لغزند و در پایین ظرف جمع می‌شوند.

شکل 4

چرا ذرات رسوب‌شده روی صفحه‌ها توسط مایعی که بین صفحه‌ها به سمت بالا جریان دارد، جذب نمی‌شوند؟ توضیح در شکل داده شده است. 5 که روی آن

بخشی از قسمتی از کانال بارش نشان داده شده است. هنگامی که مایعی بین صفحه‌ها جریان می‌یابد، نزدیک‌ترین لایه مرزی آن به صفحه‌ها توسط اصطکاک ترمز می‌شود و بنابراین سرعت آن به صفر می‌رسد. یک لایه مرزی ساکن اثر ترمز بر روی لایه همسایه دارد و به همین ترتیب به سمت مرکز کانال، جایی که سرعت حداکثر است.

شکل 5

پروفیل سرعت حاصل مطابق شکل 5 است - جریان آرام در کانال. بنابراین ذرات رسوب شده در یک منطقه مرزی ثابت تنها تحت تأثیر گرانش قرار می گیرند.

سطح رسوبی که هنگام عبور از یک کشتی شیب دار حداکثر جریان استفاده می شود باید از قبل طراحی شده باشد. برای استفاده کامل از ظرفیت مخزن جداسازی، لازم است تا حد امکان سطحی برای ذرات ته نشین شده فراهم شود. فاصله ای که در آن رسوب رخ می دهد مستقیماً بر توان عملیاتی ظرف تأثیر نمی گذارد، اما حداقل عرض کانال معین باید حفظ شود تا از گرفتگی کانال ها با ذرات ته نشین جلوگیری شود.

یک ویژگی کلی مشخص سوسپانسیون ها، پودرها، امولسیون ها و ذرات معلق در هوا، به ویژه اگر رقیق شده باشند، تمایل ذرات فاز پراکنده به ته نشین شدن یا شناور شدن است. ته نشین شدن ذرات فاز پراکنده را رسوب گذاری و شناور شدن ذرات را رسوب گذاری معکوس می گویند.

هر ذره در سیستم توسط نیروی گرانش (نیروی گرانش) و نیروی بالابر ارشمیدس عمل می کند:

این نیروها ثابت و در جهات مختلف هدایت می شوند، نیروی حاصله که باعث رسوب می شود برابر است با:

از آنجایی که ته نشینی در یک محیط خاص رخ می دهد، در طول حرکت آرام یک ذره مقاومت ایجاد می کند - نیروی اصطکاک متناسب با سرعت حرکت ذره:

بنابراین، نیروی وارد بر ذره در حین حرکت برابر است با:

با افزایش سرعت و افزایش ضریب اصطکاک به اندازه کافی، لحظه ای فرا می رسد که نیروی اصطکاک به نیرویی می رسد که باعث رسوب می شود و بنابراین نیروی محرکه F صفر می شود.

بیان نیروی اصطکاک ناشی از حرکت ذرات کروی را می توان به شکل قانون استوکس نشان داد: .

با جایگزینی آن در معادله به دست آمده و بیان حجم ذره بر حسب شعاع آن، به دست می آوریم:

1) قانون استوکس در صورتی معتبر است که ذرات فاز پراکنده مستقل از یکدیگر ته نشین شوند، که فقط در سیستم های رقیق اتفاق می افتد.

2) به طور معمول، ذرات در سیستم های پراکنده و فاز پراکنده جامد شکل نامنظمی دارند. در هنگام ته نشینی آزاد، یک ذره غیر کروی در جهت حرکت به گونه ای جهت گیری می شود که حداکثر مقاومت را در برابر حرکت ایجاد کند که باعث کاهش سرعت ته نشینی می شود.

3) قانون استوکس ممکن است در حالت آشفته رسوب ذرات رعایت نشود.

4) قانون استوکس وجود اصطکاک داخلی یا اصطکاک ویسکوز را زمانی فرض می کند که مرز (سطح) حرکت یک ذره نسبت به محیط در داخل یک محیط پراکندگی قرار گرفته باشد که ویسکوزیته آن ضریب اصطکاک را تعیین می کند. اگر برهمکنش سطحی کوچک باشد، مرز (سطح) حرکت ذرات نسبت به محیط ممکن است با فصل مشترک فاز منطبق شود و اصطکاک بیرونی باشد. این منجر به وقوع لغزش می شود که حرکت ذره را تسریع می کند.

5) کاربرد قانون استوکس نیز با پراکندگی ذرات محدود می شود. ذرات بزرگ (بیش از 100 میکرومتر) می توانند به سرعت حرکت کنند، ذرات بسیار کوچک فوق میکروتروژنز هستند.<0,1 мкм) осаждаются настолько медленно, что следить за такой седиментацией практически невозможно.

اصل روش ته نشینی تجزیه و تحلیل پراکندگی، اندازه گیری میزان ته نشینی ذرات، معمولاً در یک محیط مایع است. اندازه ذرات از روی نرخ رسوب با استفاده از معادلات مناسب محاسبه می شود. این روش تعیین توزیع اندازه ذرات و بر این اساس، محاسبه سطح ویژه آنها را ممکن می سازد.

پ در طول تجزیه و تحلیل رسوب پراکندگی سیستم های چند دیسپرس، زمان ته نشینی ذرات بخش های جداگانه تعیین می شود، نرخ ته نشینی آنها و اندازه ذرات مربوطه محاسبه می شود. برای انجام این کار، ابتدا وابستگی جرم رسوب ته نشین شده را به زمان اندازه گیری کنید، نموداری از این وابستگی بسازید که به آن منحنی ته نشینی می گویند و سپس تمام ویژگی های ضروری سیستم پراکنده از آن مشخص می شود.

روش های گرافیکی و تحلیلی برای محاسبه منحنی رسوب گذاری وجود دارد.

آر منحنی ته نشینی واقعی یک سیستم چند پراکنده معمولاً صاف است و مربوط به بخش‌های بی‌نهایت کوچک است؛ مماس‌ها در هر نقطه از این منحنی رسوب‌گذاری یک کسر بی‌نهایت کوچک معین را منعکس می‌کنند.

نتایج تجزیه و تحلیل رسوب پراکندگی سیستم‌های چند پراکنده نیز در قالب منحنی‌های توزیع اندازه ذرات ارائه شده است که درجه پراکندگی چند سیستم را مشخص می‌کند.

منحنی توزیع یک مشخصه بصری و راحت از پراکندگی چندگانه سیستم است که از آن به راحتی می توان محتوای کسرهای مختلف را تعیین کرد. این شبیه به منحنی توزیع اندازه منافذ ساخته شده است. معمولاً ابتدا منحنی توزیع انتگرال بدست می آید، با در نظر گرفتن دقت مقادیر متوسط بدست آمده از شعاع ذرات کسری تراز می شود و سپس منحنی توزیع تفاضلی از آن ساخته می شود. گاهی اوقات یک منحنی دیفرانسیل بلافاصله ساخته می شود. مقادیر شعاع بر روی محور آبسیسا رسم می شود. نسبت افزایش کسرهای جرمی به تفاوت در شعاع ذرات کسرهای همسایه Δx/Δr i بر روی محور ارتین رسم شده است. با رسم مستطیل های جداگانه برای هر کسری (هیستوگرام) روی نمودار و اتصال وسط اضلاع بالایی آنها با منحنی صاف، منحنی دیفرانسیل توزیع اندازه ذرات سیستم پلی دیسپرس به دست می آید.

با استفاده از معادله انیشتین، ویسکوزیته sol AgC را محاسبه کنیدلدارای غلظت 10 درصد وزنی و حاوی ذرات کروی است. چگالی AgCل: 5.56 10 3 کیلوگرم\ متر 3 ; ویسکوزیته و چگالی محیط پراکندگی 1 · 10 است -3 Pa s و 1000 کیلوگرم بر متر 3 به ترتیب.

کارت امتحانی شماره 6

تاثیر پراکندگی بر واکنش ترمودینامیکی استخراج معادله تراکم مویرگی کلوین. تأثیر پراکندگی بر حلالیت، ثابت تعادل یک واکنش شیمیایی و دمای انتقال فاز.

واکنش ترمودینامیکی توانایی یک ماده برای تبدیل شدن به حالت دیگری را مشخص می کند، به عنوان مثال، برای عبور از فاز دیگر یا وارد شدن به یک واکنش شیمیایی. این نشان دهنده فاصله یک حالت معین از ماده یا سیستم اجزاء از حالت تعادل تحت شرایط خاص است. واکنش ترمودینامیکی با میل ترکیبی شیمیایی تعیین می شود که می تواند به صورت تغییر در انرژی گیبس یا تفاوت در پتانسیل شیمیایی بیان شود.

واکنش پذیری به درجه پراکندگی ماده بستگی دارد، تغییری که در آن می تواند منجر به تغییر فاز یا تعادل شیمیایی شود.

افزایش متناظر در انرژی گیبس dG d (به دلیل تغییر در پراکندگی) را می توان در قالب یک معادله ترکیبی از قوانین اول و دوم ترمودینامیک نشان داد:

برای یک ماده مجزا V=V m و در T=const داریم:

با جایگزینی رابطه لاپلاس در این معادله، دریافت می کنیم:

برای انحنای کروی:

اگر انتقال یک ماده از فاز متراکم به فاز گازی در نظر گرفته شود، انرژی گیبس را می توان بر حسب فشار بخار بیان کرد و آن را ایده آل در نظر گرفت. تغییرات اضافی در انرژی گیبس مرتبط با تغییر در پراکندگی عبارتند از:

با جایگزینی این عبارت، دریافت می کنیم:

رابطه حاصل را معادله کلوین (معادله تراکم مویرگی) می نامند.

برای غیر الکترولیت ها می توان آن را به صورت زیر نوشت:

از این معادله مشخص می شود که با افزایش پراکندگی، حلالیت افزایش می یابد و یا پتانسیل شیمیایی ذرات یک سیستم پراکنده بیشتر از ذرات بزرگ به میزان 2 σV/r است.

درجه پراکندگی همچنین می تواند بر تعادل یک واکنش شیمیایی تأثیر بگذارد:

با افزایش پراکندگی، فعالیت اجزاء افزایش می یابد و مطابق با این، بسته به درجه پراکندگی مواد اولیه و محصولات واکنش، ثابت تعادل شیمیایی در یک جهت یا جهت دیگر تغییر می کند.

با تغییر در پراکندگی مواد، دمای انتقال فاز تغییر می کند.

رابطه کمی بین دمای انتقال فاز و پراکندگی از روابط ترمودینامیکی ناشی می شود.

برای انتقال فاز:،

برای ذرات کروی:

مشاهده می شود که با کاهش اندازه ذرات r، دمای ذوب و تبخیر ماده کاهش می یابد (H f.p. > 0).

ماهیت حرکت براونی مفهوم و تعریف تغییر ریشه-میانگین مربع در جهت انتخاب شده. رابطه بین میانگین جابجایی ریشه و ضریب انتشار (ورودی معادله انیشتین- اسمولوچوفسکی).

اساس اثبات حرکت مولکولی حرارتی در اجسام، کشف توسط رابرت براون گیاه شناس انگلیسی در سال 1827، با استفاده از میکروسکوپ، از حرکت مداوم ذرات بسیار کوچک - هاگ های سرخس (گرده) معلق در آب بود. ذرات بزرگتر در یک حالت نوسان ثابت در اطراف موقعیت تعادل بودند. ارتعاشات و حرکات ذرات با کاهش اندازه آنها و افزایش دما شتاب می گیرد و با هیچ تأثیر مکانیکی خارجی همراه نیست.

تفسیری مبتنی بر نظری از حرکت براونی - مشارکت ذرات فاز پراکنده سیستم‌های فرامیکروتروژن در حرکت حرارتی - به طور مستقل توسط اینشتین (1905) و اسمولوچوفسکی (1906) ارائه شد.

تحقیقات انجام شده در نهایت ماهیت حرکت براونی را ثابت کرد. مولکول های محیط (مایع یا گاز) با ذره ای از فاز پراکنده برخورد می کنند که در نتیجه آن تعداد زیادی ضربه از همه طرف دریافت می کند.

E اینشتین و اسمولوچوفسکی مفهوم جابجایی متوسط ذرات را برای بیان کمی حرکت براونی ذرات معرفی کردند. اگر هنگام مشاهده حرکت یک ذره سل زیر میکروسکوپ، مکان آن در فواصل زمانی مساوی مشخص شود، می توان مسیر حرکت آن را بدست آورد. از آنجایی که حرکت در فضای سه بعدی اتفاق می افتد، مجذور میانگین مسافت طی شده توسط یک ذره در هر دوره زمانی برابر است با .

بنابراین، در زیر میکروسکوپ، پیش‌بینی جابه‌جایی یک ذره بر روی صفحه در طول مدتی مشاهده می‌شود.

با انحرافات احتمالی یکسان ذره، جهت آن بین جهات x و y خواهد بود، یعنی در زاویه 45 درجه نسبت به هر مختصات. از اینجا یا .

با توجه به انحرافات به همان اندازه احتمالی، میانگین حسابی جابجایی ها صفر است. بنابراین، ریشه میانگین مسافت های مربعی طی شده توسط ذره استفاده می شود:

انیشتین و اسمولوچوفسکی، با فرض وحدت ماهیت حرکت براونی و حرکت حرارتی، یک رابطه کمی بین میانگین جابجایی یک ذره (که گاهی اوقات دامنه جابجایی نامیده می شود) و ضریب انتشار D برقرار کردند.

اگر حرکت براونی نتیجه حرکت حرارتی مولکول های محیط باشد، می توان در مورد حرکت حرارتی ذرات فاز پراکنده صحبت کرد. این بدان معنی است که فاز پراکنده، که مجموعه ای از تعداد ذرات است، باید از قوانین آماری یکسان نظریه جنبشی مولکولی که برای گازها یا محلول ها اعمال می شود، پیروی کند.

D برای ایجاد ارتباط بین میانگین جابجایی (جابجایی) یک ذره و ضریب انتشار، اجازه دهید لوله ای با سطح مقطع S پر از یک سل را تصور کنیم که غلظت ذرات آن از چپ به راست کاهش می یابد. انتشار ذرات سل نیز در همین جهت پیش می رود (که در نمودار با فلش مشخص شده است). اجازه دهید در دو طرف خط MN دو بخش کوچک 1 و 2 را انتخاب کنیم که ابعاد آنها در جهت انتشار برابر با Δ است - میانگین جابجایی مربع در طول زمان τ. اجازه دهید غلظت جزئی سل را در حجم های این مقاطع به ترتیب با ν 1 و ν 2 نشان دهیم (ν 1 >ν 2). تصادفی بودن حرکت حرارتی منجر به احتمال مساوی انتقال فاز پراکنده از هر دو حجم به سمت راست و چپ خط MN می شود: نیمی از ذرات به سمت راست و نیمی دیگر به سمت چپ حرکت می کنند. مقدار فاز پراکنده در زمان τ از حجم 1 به سمت راست حرکت می کند: و از حجم 2 به سمت چپ (در جهت مخالف): .

از آنجایی که |Q 1 | > |س 2 | (ν 1 >ν 2)، سپس مقدار کل ماده منتقل شده از طریق صفحه MN به سمت راست توسط رابطه تعیین می شود.

گرادیان غلظت در مسافت در جهت انتشار را می توان به صورت زیر بیان کرد:

با جایگزین کردن، دریافت می کنیم:

مقایسه این رابطه با قانون اول انتشار فیک: ، بالاخره داریم:

این معادله بیانگر قانون انیشتین-اسمولوچوفسکی است که بر اساس آن مجذور جابجایی میانگین با ضریب انتشار و زمان متناسب است.

برای هیدروسول A با بار منفیل 2 اس 3 ، آستانه انعقاد با CS اضافه شده استلبرابر با 49 میلی مول در لیتر. با استفاده از قانون Deryagin، آستانه انعقاد الکترولیت هایی مانند Na را محاسبه کنید 2 اسO 4 MgCل 2 و Aلسیل 3 .

کارت امتحانی شماره 7

روش های بدست آوردن سیستم های پراکنده: پراکندگی و تراکم. معادله Rehbinder برای کار پراکندگی. کاهش جذب در استحکام (اثر Rebinder). تراکم فیزیکی و شیمیایی. انرژی گیبس برای تشکیل یک هسته فاز جدید در طول تراکم همگن. نقش فوق اشباع

پراکندگی و تراکم روش هایی برای تولید سیستم های پراکنده آزاد هستند: پودرها، سوسپانسیون ها، سل ها، از جمله ذرات معلق در هوا، امولسیون ها و غیره. نتیجه پیوند مولکول ها، اتم ها یا یون ها در سنگدانه ها است.

کار تغییر شکل الاستیک و پلاستیک متناسب با حجم بدن است:

کار تشکیل یک سطح جدید در حین پراکندگی متناسب با افزایش سطح است:

کل کار صرف شده برای پراکندگی با معادله Rehbinder بیان می شود:

تخریب مواد را می توان با استفاده از اثر Rehbinder تسهیل کرد - کاهش جذب در استحکام مواد جامد. این اثر باعث کاهش انرژی سطحی با کمک سورفکتانت ها می شود که در نتیجه تغییر شکل و تخریب جامد آسان تر می شود.

فرآیند تراکم شامل تشکیل یک فاز جدید بر روی سطوح موجود (دیواره یک ظرف، ذرات مواد خارجی - هسته های تراکم) یا روی سطح هسته هایی است که به طور خود به خود در نتیجه نوسانات چگالی و غلظت یک ماده ایجاد می شوند. در سیستم در مورد اول، تراکم ناهمگن نامیده می شود، در مورد دوم - همگن.

برای جلوگیری از بازگشت ماده متراکم به فاز اولیه و ادامه چگالش، سیستم اصلی باید فوق اشباع باشد. در غیر این صورت، تراکم نمی تواند رخ دهد، و هسته های تراکم نیز ناپدید می شوند (با تبخیر، انحلال، ذوب).

با تراکم همگن، تشکیل خود به خود هسته رخ می دهد. انرژی سطحی به عنوان یک مانع بالقوه برای تراکم عمل می کند. انرژی هسته‌زایی گیبس (مطابق با معادله ترکیبی قانون اول و دوم ترمودینامیک) به صورت چهار جزء آنتروپی، مکانیکی، سطحی و شیمیایی بیان می‌شود.

برای فازهای مایع و گاز، می‌توانیم خود را به دو جزء اول انرژی هسته‌زایی گیبس محدود کنیم.

E اگر درجه فوق اشباع کمتر از بحرانی باشد، هسته های در حال ظهور به طور خود به خود تبخیر می شوند (حل می شوند). اندازه آنها کمتر از حد بحرانی است، بنابراین انرژی گیبس با کاهش اندازه هسته کاهش می یابد. گاهی اوقات راحت است که یک محلول یا بخار فوق اشباع را تحت این شرایط به عنوان یک سیستم پراکنده ناهمگن تصور کنیم که در آن تعداد زیادی هسته دائماً در حال تشکیل و ناپدید شدن یک فاز جدید وجود دارد. در نقطه بحرانی، ناپایداری تعادل در این واقعیت آشکار می شود که احتمال یکسانی برای ظهور و ناپدید شدن هسته های تراکم وجود دارد.

اگر درجه فوق اشباع از یک مقدار بحرانی بیشتر باشد، هسته های در حال ظهور به طور خود به خود رشد می کنند.

انرژی بحرانی گیبس از تشکیل هسته های تراکم مربوط به نقطه بحرانی است - حداکثر تابع ΔG = f(r):

بنابراین، انرژی گیبس تشکیل هسته در هنگام تراکم همگن برابر با یک سوم انرژی سطحی هسته است. اگر شعاع هسته را در نقطه بحرانی پیدا کنیم، اولین مشتق انرژی گیبس را برابر با صفر قرار دهیم و آن را به این عبارت جایگزین کنیم، به دست می‌آییم:

از این رابطه نتیجه می شود که انرژی تشکیل یک هسته تراکم به درجه فوق اشباع بستگی دارد و اندازه شعاع بحرانی هسته نیز به آن بستگی دارد. هر چه درجه فوق اشباع بالاتر باشد، انرژی گیبس برای تشکیل هسته کمتر و اندازه هسته های حاصل که قادر به رشد بیشتر هستند کوچکتر می شود.

روش های جداسازی سیستم های ناهمگن: ته نشینی، فیلتراسیون، سانتریفیوژ، جداسازی مرطوب.

ته نشینیفرآیند جداسازی است که در آن ذرات جامد و مایع معلق در مایع یا گاز از فاز پیوسته تحت تأثیر گرانش، نیروی گریز از مرکز، نیروهای اینرسی و نیروهای الکتریکی جدا می شوند.

فیلتراسیون- فرآیند جداسازی با استفاده از یک پارتیشن متخلخل که می تواند اجازه عبور مایع یا گاز را بدهد، اما در خود نگه دارد.

ذرات معلق نیروی محرکه فرآیند اختلاف فشار است.

تمیز کردن گاز مرطوب- فرآیند به دام انداختن ذرات معلق در گاز توسط هر مایعی، تحت تأثیر گرانش یا نیروهای اینرسی، و برای تصفیه گازها و جداسازی سوسپانسیون ها استفاده می شود.

سانتریفیوژ- جداسازی در میدان نیروهای گریز از مرکز سیستم های پخش مایع با ذرات بزرگتر از 100 نانومتر. برای جداسازی فازهای جزء (مایع - کنسانتره یا فیلتر، جامد - رسوب) از سیستم‌های دو جزئی (تعلیق، امولسیون) و سه جزئی (امولسیون حاوی فاز جامد) استفاده می‌شود.

در عمل سانتریفیوژ، از دو روش جداسازی سیستم های ناهمگن مایع استفاده می شود: فیلتراسیون گریز از مرکز و ته نشینی گریز از مرکز. در حالت اول ، سانتریفیوژها با روتور سوراخ دار ساخته می شوند که روی دیواره داخلی (پوسته) آن یک پارتیشن فیلتر گذاشته شده است - سانتریفیوژهای فیلتر ، در حالت دوم - با روتور ته نشینی دارای پوسته جامد - سانتریفیوژهای ته نشینی. سانتریفیوژهای ته نشینی-فیلتر ترکیبی نیز تولید می شوند که هر دو اصل جداسازی را ترکیب می کنند.

2. عوامل موثر بر سرعت رسوب ذرات.

سرعت رسوب به خواص فیزیکی فازهای پراکنده و پراکنده، غلظت فاز پراکنده و دما بستگی دارد. سرعت رسوب یک کروی منفرد ذرات با معادله استوکس توصیف می شوند:

Woc = /18μc;

که در آن Woc نرخ رسوب آزاد یک ذره جامد کروی، m/s است.

d - قطر ذرات، m. ρτ - چگالی ذرات جامد، کیلوگرم بر متر مکعب؛

ρс – چگالی محیط، کیلوگرم بر متر مکعب؛ μс – ویسکوزیته دینامیکی محیط، Pa.s.

معادله استوکس فقط برای حالت کاملاً آرام حرکت ذرات قابل استفاده است، زمانی که عدد رینولدز Re< 1,6, и не учитывает ортокинетич, коагуляцию, поверхностные явления, влияние изменения концентрации твердой фазы, роль стенок сосуда и др. факторы.

برای ذرات با شکل نامنظم، سرعت ته نشینی کمتر است و بنابراین سرعت محاسبه شده برای یک ذره کروی باید در ضریب تصحیح φ ضرب شود که ضریب شکل (یا ضریب) نامیده می شود.

دبلیو= φ* دبلیوتوپ oc .

جایی که دبلیو- نرخ ته نشینی ذرات جامد با شکل دلخواه، m/s.

φ – فاکتور شکل.

ضرایب شکل ذرات:

مکعب، φ = 0.806;

مستطیلی، φ = 0.58؛ - گرد، φ = 0.69;

لایه ای، φ = 0.43؛ - زاویه ای، φ = 0.66.

3. فرآیندهای شناورسازی.

فلوتاسیون برای حذف ناخالصی های پراکنده نامحلول از فاضلاب که به طور خود به خود خوب ته نشین نمی شوند استفاده می شود. در برخی موارد از فلوتاسیون برای حذف مواد محلول (مثلاً سورفکتانت ها) نیز استفاده می شود.

روش های زیر برای تصفیه شناور فاضلاب متمایز می شود:

با آزاد شدن هوا از محلول ها؛

با پراکندگی هوا مکانیکی؛

با تامین هوا از طریق مواد متخلخل؛

الکتروفلوتاسیون؛

شناورسازی شیمیایی

شناورسازی با آزادسازی هوا از محلول ها برای تصفیه فاضلاب هایی که حاوی ذرات بسیار کوچک آلاینده هستند استفاده می شود. ماهیت روش ایجاد یک محلول فوق اشباع از هوا در مایع زباله است. هنگامی که فشار کاهش می یابد، حباب های هوا از محلول آزاد می شوند که آلاینده ها را شناور می کنند.

بسته به روش ایجاد محلول فوق اشباع هوا در

آب متمایز می شود: - خلاء؛ - فشار؛ - فلوتاسیون حمل و نقل هوایی

در فلوتاسیون خلاء، فاضلاب از قبل با هوا در فشار اتمسفر در یک محفظه هوادهی اشباع می شود و سپس به محفظه فلوتاسیون فرستاده می شود، جایی که یک پمپ خلاء خلاء 30 تا 40 کیلو پاسکال را حفظ می کند. حباب های ریز منتشر شده در محفظه برخی از آلاینده ها را از بین می برند. فرآیند فلوتاسیون حدود 20 دقیقه طول می کشد.

مزایای این روش عبارتند از:

تشکیل حباب های گاز و چسبندگی آنها به ذرات، که در یک محیط آرام رخ می دهد.

مصرف انرژی برای فرآیند حداقل است.

ایرادات:

میزان اشباع فاضلاب با حباب های گاز ناچیز است، بنابراین نمی توان از این روش در غلظت های بالای ذرات معلق، حداکثر 250 - 300 میلی گرم در لیتر استفاده کرد.

لزوم ساخت مخازن شناور مهر و موم شده هرمتیک و قرار دادن مکانیزم اسکراپر در آنها.

واحدهای فشار رایج تر از واحدهای خلاء هستند، آنها در عملکرد ساده و قابل اعتماد هستند. شناورسازی فشار به شما امکان می دهد فاضلاب را با غلظت ماده معلق تا - 5 گرم در لیتر تصفیه کنید. برای افزایش درجه تصفیه، گاهی اوقات مواد منعقد کننده را به آب اضافه می کنند.

فرآیند در دو مرحله انجام می شود:

1) اشباع آب با هوا تحت فشار؛

2) انتشار گاز محلول تحت فشار اتمسفر.

پراکندگی مکانیکی هوا در کارخانه های فلوتاسیون توسط توربین های پمپی - پروانه ها، که یک دیسک با پره های رو به بالا هستند، فراهم می شود. چنین تاسیساتی به طور گسترده برای تصفیه فاضلاب با محتوای بالای ذرات معلق (بیش از 2 گرم در لیتر) استفاده می شود. هنگامی که پروانه می چرخد، تعداد زیادی جریان گرداب کوچک در مایع ایجاد می شود که به حباب هایی با اندازه معین شکسته می شود. درجه راندمان سنگ زنی و تمیز کردن به سرعت چرخش پروانه بستگی دارد: هر چه سرعت بیشتر باشد، حباب کوچکتر و کارایی فرآیند بیشتر می شود.

4. تبادل یون

مبتنی بر فرآیند تبادل بین یون های موجود در محلول و یون های موجود در سطح فاز جامد - مبدل یونی است. این روش ها استخراج و استفاده از ناخالصی های ارزشمند مانند ترکیبات آرسنیک و فسفر، کروم، روی، سرب، مس، جیوه و سایر فلزات و همچنین سورفکتانت ها و مواد رادیواکتیو را ممکن می سازد. مبدل های یونی به مبدل های کاتیونی و مبدل های آنیونی تقسیم می شوند. کاتیون ها در مبدل های کاتیونی و آنیون ها در مبدل های آنیونی مبادله می شوند. این تبادل را می توان به صورت نمودار زیر نشان داد. مبدل کاتیونی: Me+ + H[K] → Me[K] + H+.

مبدل آنیونی: SO – 24 + 2[A]OH → [A]2SO4 + 2OH- یکی از ویژگی‌های مبدل‌های یونی، ماهیت برگشت‌پذیر واکنش‌های تبادل یونی است. بنابراین، می توان یون های "کاشته شده" روی مبدل یونی را با واکنش معکوس "حذف" کرد. برای این کار مبدل کاتیونی با محلول اسیدی و مبدل آنیونی با محلول قلیایی شسته می شود. به این ترتیب، بازسازی مبدل های یونی انجام می شود.

برای تصفیه فاضلاب تبادل یونی از فیلترهای دوره ای و پیوسته استفاده می شود. فیلتر دوره ای یک مخزن استوانه ای بسته با یک دستگاه زهکشی شکافی است که در پایین آن قرار دارد و از تخلیه یکنواخت آب در کل سطح فیلتر اطمینان می دهد.

ارتفاع لایه بارگذاری مبدل یونی 1.5 - 2.5 متر است. فیلتر می تواند در مدار موازی یا جریان مخالف کار کند. در حالت اول، هم فاضلاب و هم محلول احیا از بالا، در حالت دوم، آب فاضلاب از پایین و محلول احیا کننده از بالا تامین می شود.

عملکرد فیلتر تبادل یونی تا حد زیادی تحت تأثیر محتوای ذرات معلق در فاضلاب عرضه شده است. بنابراین، قبل از ورود به فیلتر، آب تحت تصفیه مکانیکی قرار می گیرد.

یکی از انواع روش تبادل یونی تصفیه فاضلاب الکترودیالیز است - این روشی است برای جداسازی یونها تحت تأثیر نیروی الکتروموتور ایجاد شده در محلول در دو طرف غشای جداکننده آن. فرآیند جداسازی در الکترودیالایزر انجام می شود. تحت تأثیر جریان الکتریکی مستقیم، کاتیون‌ها که به سمت کاتد حرکت می‌کنند، از طریق غشاهای تبادل کاتیونی نفوذ می‌کنند، اما توسط غشاهای تبادل آنیونی حفظ می‌شوند و آنیون‌ها که به سمت آند حرکت می‌کنند، از غشاهای تبادل آنیونی عبور می‌کنند، اما حفظ می‌شوند. توسط غشاهای تبادل کاتیونی

در نتیجه، یون های یک ردیف از محفظه ها به یک ردیف از محفظه های مجاور خارج می شوند. آب تصفیه شده از نمک ها از طریق یک کلکتور و یک محلول غلیظ از طریق دیگری آزاد می شود.

الکترودیالایزرها برای حذف نمک های محلول در فاضلاب استفاده می شوند. غلظت مطلوب نمک 3 تا 8 گرم در لیتر است. تمام الکترودیالایزرها از الکترودهایی استفاده می کنند که عمدتاً از تیتانیوم پلاتینه ساخته شده اند.

5. انعقاد، لخته سازی. منطقه برنامه

انعقادفرآیند بزرگ شدن ذرات پراکنده در نتیجه برهمکنش و پیوند آنها به سنگدانه ها است. در تصفیه فاضلاب از انعقاد برای تسریع فرآیند ته نشینی ناخالصی های ریز و مواد امولسیون شده استفاده می شود. برای از بین بردن ذرات پراکنده کلوئیدی از آب موثر است، به عنوان مثال. ذرات 1-100 میکرون در اندازه. در فرآیندهای تصفیه فاضلاب، انعقاد تحت تأثیر مواد خاصی که به آنها اضافه می شود - منعقد کننده ها اتفاق می افتد. منعقد کننده ها در آب، تکه هایی از هیدروکسیدهای فلزی را تشکیل می دهند که به سرعت تحت تأثیر گرانش ته نشین می شوند. پولک ها توانایی جذب ذرات کلوئیدی و معلق و تجمع آنها را دارند. زیرا از آنجایی که ذره کلوئیدی بار منفی ضعیفی دارد و تکه های منعقد کننده بار مثبت ضعیفی دارند، جاذبه متقابل بین آنها ایجاد می شود. نمک های آلومینیوم و آهن یا مخلوطی از آنها معمولاً به عنوان منعقد کننده استفاده می شوند. انتخاب ماده منعقد کننده به ترکیب آن، خواص فیزیکوشیمیایی، غلظت ناخالصی ها در آب و pH ترکیب نمک آب بستگی دارد. سولفات آلومینیوم و هیدروکلراید آلومینیوم به عنوان منعقد کننده استفاده می شود. از نمک های آهن، سولفات آهن و کلرید آهن و گاهی مخلوط آنها به عنوان منعقد کننده استفاده می شود.

لختهفرآیند تجمع ذرات معلق زمانی است که ترکیبات مولکولی بالا - فلوکولانت ها - به فاضلاب اضافه می شوند. بر خلاف منعقد کننده ها، در طی لخته سازی، تجمع نه تنها از طریق تماس مستقیم ذرات، بلکه در نتیجه برهمکنش مولکول های جذب شده روی ذرات منعقد کننده اتفاق می افتد. لخته سازی برای تشدید فرآیند تشکیل فلکه های آلومینیوم و هیدروکسید آهن به منظور افزایش سرعت رسوب آنها انجام می شود. استفاده از لخته سازها باعث کاهش دوز منعقد کننده ها، کاهش مدت زمان فرآیند انعقاد و افزایش سرعت ته نشینی لخته های حاصل می شود. برای تصفیه فاضلاب از لخته سازهای طبیعی و مصنوعی استفاده می شود. انواع طبیعی شامل نشاسته، اترها، سلولز و غیره می باشد. فعال ترین لخته کننده دی اکسید سیلیکون است. از بین لخته سازهای آلی مصنوعی، پلی آکریل آمید بیشترین کاربرد را در کشور ما دارد. مکانیسم اثر لخته سازها بر اساس پدیده های زیر است: جذب مولکول های لخته بر روی سطح ذرات کلوئیدی، تشکیل ساختار شبکه ای از مولکول های لخته، چسبندگی ذرات کلوئیدی در اثر نیروهای واندروالس. تحت عمل لخته سازها، ساختارهای سه بعدی بین ذرات کلوئیدی تشکیل می شود که قادر به جداسازی سریعتر و کاملتر از فاز مایع هستند. دلیل پیدایش چنین ساختارهایی جذب ماکرومولکول های لخته ساز بر روی چندین ذره با تشکیل پل های پلیمری بین آنهاست. ذرات کلوئیدی دارای بار منفی هستند که فرآیند انعقاد متقابل با آلومینیوم یا هیدروکسید آهن را تقویت می کند.

6. جذب تعریف. منطقه برنامه

جذب- فرآیند جذب انتخابی یک یا چند جزء از مخلوط گاز یا مایع توسط سطح جاذب جامد. فاز گاز یا مایعی که جزء که باید حذف شود در آن قرار دارد حامل (گاز حامل یا مایع حامل) نامیده می شود. ماده جذب شده یک جاذب، ماده جذب شده یک جاذب و جسم جامد (جاذب) یک جاذب است.

روش های جذب به طور گسترده برای تصفیه عمیق فاضلاب از مواد آلی محلول پس از تصفیه بیوشیمیایی و همچنین در تاسیسات محلی در صورتی که غلظت این مواد در آب کم باشد و تجزیه زیستی یا بسیار سمی باشند استفاده می شود. استفاده از تاسیسات محلی در صورتی توصیه می شود که ماده با مصرف ویژه کم جاذب به خوبی جذب شود.

جذب برای خنثی کردن فاضلاب از فنل ها، علف کش ها، آفت کش ها، ترکیبات نیترو معطر، سورفکتانت ها، رنگ ها و غیره استفاده می شود.

مزیت روش راندمان بالای آن، توانایی تصفیه فاضلاب حاوی چندین ماده و همچنین بازیابی این مواد است.

7-جذب تعریف. منطقه برنامه

جذب فرآیند جذب گازها یا بخارات حاصل از گاز یا مخلوط بخار و گاز توسط جاذب های مایع است. این فرآیند انتخابی و برگشت پذیر است.

دو مرحله در فرآیندهای جذب دخیل است - گاز و مایع. فاز گاز از یک گاز حامل غیر قابل جذب و یک یا چند جزء قابل جذب تشکیل شده است. فاز مایع محلولی از جزء جذب شده (هدف) در یک جاذب مایع است. در طول جذب فیزیکی، حامل گاز و جاذب مایع نسبت به جزء انتقال بی اثر و نسبت به یکدیگر یکی هستند.

روش های زیادی برای تصفیه گازهای خروجی از دی اکسید گوگرد پیشنهاد شده است، اما تنها تعداد کمی از آنها در عمل کاربرد پیدا کرده اند. این به دلیل این واقعیت است که حجم گازهای خروجی زیاد است و غلظت SO2 در آنها کم است؛ گازها با دمای بالا و محتوای گرد و غبار قابل توجه مشخص می شوند. برای جذب می توان از آب، محلول های آبی و سوسپانسیون نمک های فلزات قلیایی و قلیایی خاکی استفاده کرد.

بسته به ویژگی های تعامل بین جاذب و جزء استخراج شده از مخلوط گاز، روش های جذب به روش های مبتنی بر قوانین جذب فیزیکی و روش های جذب همراه با واکنش شیمیایی در فاز مایع (شیمیایی) تقسیم می شوند.

8. جذب فیزیکی و شیمیایی.

در جذب فیزیکیانحلال گاز با یک واکنش شیمیایی همراه نیست (یا حداقل این واکنش تأثیر قابل توجهی بر فرآیند ندارد). در این حالت، فشار تعادلی کم و بیش قابل توجهی جزء بالای محلول وجود دارد و جذب دومی فقط تا زمانی اتفاق می‌افتد که فشار جزئی آن در فاز گاز بیشتر از فشار تعادل بالای محلول باشد. در این حالت، استخراج کامل جزء از گاز تنها با جریان مخالف و تامین یک جاذب تمیز که حاوی جزء به داخل جاذب نباشد امکان پذیر است. در طول جذب فیزیکی، انرژی برهمکنش بین مولکول های گاز و جاذب در محلول از 20 کیلوژول بر مول تجاوز نمی کند.

در جذب شیمیایی(جذب همراه با واکنش شیمیایی) جزء جذب شده در فاز مایع به شکل یک ترکیب شیمیایی متصل می شود. در یک واکنش برگشت ناپذیر، فشار تعادلی جزء بالای محلول ناچیز بوده و جذب کامل آن امکان پذیر است. در طول یک واکنش برگشت پذیر، فشار قابل توجهی از جزء بالای محلول وجود دارد، اگرچه کمتر از زمان جذب فیزیکی است. مولکول های گاز محلول با جزء فعال جاذب شیمیایی واکنش می دهند (انرژی برهمکنش مولکول ها بیش از 25 کیلوژول بر مول است) یا تفکیک یا تداعی مولکول های گاز در محلول رخ می دهد. گزینه های جذب متوسط با انرژی برهمکنش مولکول ها 20-30 کیلوژول بر مول مشخص می شوند. چنین فرآیندهایی شامل انحلال با تشکیل پیوند هیدروژنی، به ویژه جذب استیلن توسط دی متیل فرمامید است.

9. تصفیه فاضلاب با استخراج.

استخراج مایع برای تصفیه فاضلاب های حاوی فنل، روغن، اسیدهای آلی، یون های فلزی و غیره استفاده می شود.

امکان سنجی استفاده از استخراج برای تصفیه فاضلاب با غلظت ناخالصی های آلی در آن تعیین می شود.

تصفیه فاضلاب با استخراج شامل سه مرحله است.

مرحله ی 1– اختلاط شدید فاضلاب با استخراج کننده (حلال آلی). در شرایط سطح تماس توسعه یافته بین مایعات، دو فاز مایع تشکیل می شود. یک فاز - عصاره - حاوی ماده استخراج شده و استخراج کننده است، فاز دیگر - رافینیت - آب زائد و استخراج کننده.

2 ثانیه- جداسازی عصاره و رافینیت؛ 3- بازسازی عصاره گیری از عصاره و رافینیت.

برای کاهش محتوای ناخالصی های محلول به غلظت های زیر حداکثر مجاز، لازم است که استخراج کننده و میزان عرضه آن به فاضلاب به درستی انتخاب شود. هنگام انتخاب یک حلال، باید گزینش پذیری، خواص فیزیکی و شیمیایی، هزینه و روش های احیای احتمالی آن را در نظر گرفت.

نیاز به استخراج ماده استخراج کننده از عصاره به این دلیل است که باید به فرآیند استخراج بازگردانده شود. بازسازی را می توان با استفاده از استخراج ثانویه با حلال دیگر و همچنین تبخیر، تقطیر، واکنش شیمیایی یا رسوب انجام داد. اگر نیازی به بازگرداندن آن به چرخه نیست، استخراج کننده را بازسازی نکنید.

10. فرآیندهای اکسیداسیون و احیا الکتروشیمیایی.

برای تصفیه فاضلاب از ناخالصی های مختلف محلول و پراکنده، از فرآیندهای اکسیداسیون آندی و احیای کاتدی، انعقاد الکتریکی، الکتروفلوکولاسیون و الکترودیالیز استفاده می شود. تمام این فرآیندها زمانی روی الکترودها اتفاق می افتد که جریان الکتریکی مستقیم از فاضلاب عبور می کند. روش‌های الکتروشیمیایی استخراج محصولات با ارزش از پساب را با استفاده از یک طرح خالص‌سازی فن‌آوری خودکار نسبتاً ساده، بدون استفاده از معرف‌های شیمیایی ممکن می‌سازد. عیب اصلی این روش ها مصرف بالای انرژی است.

تصفیه فاضلاب با استفاده از روش های الکتروشیمیایی می تواند به صورت دوره ای یا مداوم انجام شود.

11. فرآیندهای انعقاد الکتریکی، الکتروفلوتاسیون، الکترودیالیز

انعقاد الکتریکی.هنگامی که فاضلاب از فضای بین الکترودی الکترولیز عبور می کند، الکترولیز کف، پلاریزاسیون ذرات، الکتروفورز، فرآیندهای ردوکس و برهمکنش محصولات الکترولیز با یکدیگر رخ می دهد. هنگام استفاده از الکترودهای نامحلول، انعقاد می تواند در نتیجه پدیده های الکتروفورتیک و تخلیه ذرات باردار روی الکترودها، تشکیل موادی در محلول (کلر، اکسیژن) رخ دهد که نمک های حلالیت را روی سطح ذرات از بین می برند. از این فرآیند می توان برای تصفیه آب با محتوای کم ذرات کلوئیدی و پایداری کم آلاینده ها استفاده کرد. برای تصفیه فاضلاب صنعتی حاوی آلاینده های بسیار پایدار، الکترولیز با استفاده از فولاد محلول یا آند آلومینیوم انجام می شود. تحت تأثیر جریان، فلز حل می شود و در نتیجه کاتیون های آهن یا آلومینیوم وارد آب می شوند که در هنگام ملاقات با گروه های هیدروکسید، هیدروکسیدهای فلزی را به شکل ورقه ها تشکیل می دهند. انعقاد شدید رخ می دهد.

مزایای روش انعقاد الکتریکی: نصب فشرده و سهولت کار، عدم نیاز به معرف، حساسیت کم به تغییرات شرایط فرآیند تمیزکاری (دما، PH، وجود مواد سمی)، تولید لجن با خواص ساختاری و مکانیکی خوب. عیب این روش افزایش مصرف فلز و برق است. انعقاد الکتریکی در صنایع غذایی، شیمیایی و خمیر و کاغذ استفاده می شود.

الکتروفلوتاسیون.در این فرآیند، فاضلاب از ذرات معلق با استفاده از حباب‌های گازی که در جریان الکترولیز آب تشکیل می‌شوند، تصفیه می‌شود. حباب های اکسیژن در آند و حباب های هیدروژن در کاتد ظاهر می شوند. این حباب ها که در فاضلاب بالا می روند، ذرات معلق را شناور می کنند. هنگام استفاده از الکترودهای محلول، تکه های منعقد کننده و حباب های گاز تشکیل می شوند که به شناورسازی کارآمدتر کمک می کند.

الکترودیالیزروشی برای جداسازی یون ها تحت اثر نیروی محرکه ای است که در محلولی در دو طرف غشای جداکننده آن ایجاد می شود. فرآیند جداسازی در الکترودیالایزر انجام می شود. تحت تأثیر جریان الکتریکی مستقیم، کاتیون‌ها که به سمت کاتد حرکت می‌کنند، از طریق غشاهای تبادل کاتیونی نفوذ می‌کنند، اما توسط غشاهای تبادل آنیونی حفظ می‌شوند و آنیون‌ها که به سمت آند حرکت می‌کنند، از غشاهای تبادل آنیونی عبور می‌کنند، اما حفظ می‌شوند. توسط غشاهای تبادل کاتیونی در نتیجه، یون های یک ردیف از محفظه ها به یک ردیف از محفظه های مجاور خارج می شوند.

12. فرآیندهای غشایی

اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون فرآیندهای فیلتر کردن محلول ها از طریق غشاهای نیمه تراوا تحت فشار بیش از فشار اسمزی هستند. غشاها به مولکول های حلال اجازه عبور می دهند و املاح را به دام می اندازند. با اسمز معکوس، ذرات (مولکول ها، یون های هیدراته) جدا می شوند که اندازه آنها از اندازه مولکول های حلال تجاوز نمی کند. در اولترافیلتراسیون، اندازه ذرات منفرد د h یک مرتبه بزرگتر است.

اسمز معکوس، که نمودار آن در نمودار نشان داده شده است، به طور گسترده ای برای نمک زدایی آب در سیستم های تصفیه آب نیروگاه های حرارتی و شرکت های صنایع مختلف (نیمه هادی ها، لوله های تصویر، داروها و غیره) استفاده می شود. در سال های اخیر برای تصفیه برخی از فاضلاب های صنعتی و شهری استفاده از آن آغاز شده است.

ساده ترین نصب اسمز معکوس شامل یک پمپ فشار بالا و یک ماژول (عنصر غشایی) است که به صورت سری به هم متصل شده اند.

کارایی فرآیند به خواص غشاهای مورد استفاده بستگی دارد. آنها باید دارای مزایای زیر باشند: توانایی جداسازی بالا (انتخاب پذیری)، بهره وری ویژه بالا (نفوذپذیری)، مقاومت در برابر تأثیرات محیطی، ویژگی های ثابت در حین کار، مقاومت مکانیکی کافی، هزینه کم.

برای اولترافیلتراسیون، مکانیسم جداسازی دیگری پیشنهاد شده است. مواد محلول بر روی غشا باقی می مانند زیرا اندازه مولکول های آنها بزرگتر از اندازه منافذ است یا به دلیل اصطکاک مولکول ها در برابر دیواره های منافذ غشا. در واقع، پدیده های پیچیده تری در فرآیند اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون رخ می دهد.

فرآیند جداسازی غشایی به فشار، شرایط هیدرودینامیکی و طراحی دستگاه، ماهیت و غلظت فاضلاب، محتوای ناخالصی‌های موجود در آن و همچنین دما بستگی دارد. افزایش غلظت محلول منجر به افزایش فشار اسمزی حلال، افزایش ویسکوزیته محلول و افزایش پلاریزاسیون غلظت می شود، یعنی کاهش نفوذپذیری و انتخاب پذیری. ماهیت املاح بر گزینش پذیری تأثیر می گذارد. با وزن مولکولی یکسان، مواد معدنی بهتر از مواد آلی روی غشا باقی می مانند.

13. پراکندگی مواد مضر در جو.

برای اطمینان از اینکه غلظت مواد مضر در لایه زمینی اتمسفر از حداکثر حداکثر غلظت منفرد مجاز تجاوز نمی کند، انتشار گرد و غبار و گاز از طریق لوله های در ارتفاع بالا به جو پخش می شود. توزیع انتشار گازهای گلخانه ای صنعتی که از دودکش ها در اتمسفر ساطع می شود از قوانین انتشار آشفته پیروی می کند. روند پراکندگی گازهای گلخانه ای به طور قابل توجهی تحت تأثیر وضعیت جو، مکان شرکت ها، ماهیت زمین، ویژگی های فیزیکی انتشار، ارتفاع لوله، قطر دهانه و غیره است. حرکت افقی ناخالصی ها عمدتاً با سرعت باد تعیین می شود و حرکت عمودی با توزیع دما در جهت عمودی تعیین می شود.

با دور شدن از لوله در جهت انتشار گازهای گلخانه ای صنعتی، غلظت مواد مضر در لایه زمینی اتمسفر ابتدا افزایش می یابد، به حداکثر می رسد و سپس به آرامی کاهش می یابد، که به ما اجازه می دهد در مورد وجود سه مورد صحبت کنیم. مناطق آلودگی جوی نابرابر: منطقه انتقال توده انتشار که با محتوای نسبتاً کم مواد مضر در لایه لایه زمینی جو مشخص می شود. منطقه دود - منطقه ای با حداکثر محتوای مواد مضر و منطقه کاهش تدریجی سطح آلودگی.

با توجه به روش فعلی، حداقل ارتفاع Hmin یک لوله تک بشکه برای پراکندگی انتشار گاز و هوا با دمای بالاتر از دمای محیط با فرمول تعیین می شود.

H min =√AMk F mn/MPC 3 √1/QΔT،

که در آن A ضریبی است که به گرادیان دمای جو بستگی دارد و شرایط را برای پراکندگی عمودی و افقی مواد مضر تعیین می کند. بسته به شرایط هواشناسی منطقه نیمه گرمسیری آسیای مرکزی A=240; برای قزاقستان، منطقه ولگا پایین، قفقاز، مولداوی، سیبری، شرق دور و سایر مناطق آسیای مرکزی - 200؛ شمال و شمال غرب قلمرو اروپای اتحاد جماهیر شوروی، منطقه ولگا میانه، اورال و اوکراین - 160؛ بخش مرکزی قلمرو اروپایی اتحاد جماهیر شوروی - 120؛

M مقدار ماده مضر منتشر شده در جو است، g/s.

Q نرخ جریان حجمی مخلوط گاز و هوا است که از همه لوله ها خارج می شود، m 3 / s.

k F ضریبی است که میزان ته نشین شدن ذرات معلق انتشار یافته در جو را در نظر می گیرد. برای گازها k F = 1، برای گرد و غبار زمانی که راندمان تمیز کردن تصفیه خانه گاز بیش از 0.90-2.5 و کمتر از 0.75-3 باشد.

ΔT اختلاف دما بین مخلوط گاز و هوای ساطع شده و هوای اتمسفر اطراف است. دمای هوای محیط بر اساس میانگین دمای گرم ترین ماه در ساعت 13:00 گرفته می شود.

m و n ضرایب بی بعدی هستند که شرایط خروج مخلوط گاز و هوا از دهانه منبع انتشار را در نظر می گیرند.