ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 288
Скачиваний: 0
Розділення неоднорідних систем
2.1. Класифікація неоднорідних систем
Неоднорідними, або гетерогенними, називають системи, відбутися у ящие, як мінімум, з двох фаз: дисперсної (внутрішньої), зазвичай знаходиться в тонкораздробленном стані, і ді з Персіон (зовнішньої), навколишнього частки дисперсної фази.
Суспензії складаються з рідким дисперсійним і твердої дисперс ної фаз. Залежно від розміру зважених твердих частинок суспензії діляться на грубі з частками розміром> 100 мкм; тон кі, коли розміри твердих частинок складають 0,1. .. 100 мкм, і кол лоидного раств про ри, що містять тверді частинки розмірами ≤ 0,1 мкм.
Емульсії складаються з двох рідких фаз, що не розчиняються одна в іншій: дисперсій н ної і дисперсної. Розмір часток дисперсної фази може коливатися в значних перед е лах. Під дією гравітаційної сили емульсії зазвичай розшаровуються, однак тонкі емульсії з розміром крапель дисперсної фази менше 0,4 ... 0,5 мкм, а також містять стаб і лизатор, стають стійкими і не розшаровуються протягом тривалого брешемо е ні.
Із збільшенням концентрації дисперсної фази може виник нуть стан, коли дисперсна фаза звертається в дисперсійну і навпаки. Такий взаємний перехід званий т ся інверсією фаз.
Піни складаються з рідким дисперсійним і газової дисперсної фаз. За своїми свойс т вам піни близькі до емульсіям.
П илі і дими складаються з газовим дисперсійним і твердої дис палої фаз. Утворюю т ся пилу звичайно при дробленні, змішуванні і транспортуванні твердих матеріалів. Розм е ри твердих частинок пилу становлять від 3 до 70 мкм. Дими образ у ються при горінні. Розмір тве р дих частинок в димах становить 0,3 ... 5 мкм.
Тумани складаються з газовим дисперсійним і рідкої дисперсної фаз. Тумани образ у ються при конденсації. Розмір рідких крапель в тумані 0,3 ... 3 мкм. Пилу, тумани і дими пре д ставляют собою аерозолі.
2. 2. Методи розподілу
У харчових виробництвах часто виникає завдання розділення неоднорідних систем на складові частини. Так, у виробництві вина потрібно його освітлювання, тобто відділення зважу е шенних твердих частинок від рідкої фази; пивне сусло відділяють від дробини; в виробнич т ве цукру суспензію після сатураційних апаратів раз деляют з метою отримання соку, а розділяючи утфель, отримують кри сталліческій цукор. У виробництвах, де для отримання пр про дукта (сухого молока, молочно-овочевих концентратів) використовуються розпилювальні с у шилки, відходять гази уловлюються і очищаються щоб уникнути виносу цінних продуктів і з а бруднення навколишнього середовища.
Основні методи розділення неоднорідних систем в харчовій промисловості - оса ж дення, фільтрування і центріфугірова ня.
Осадження - процес розділення рідких і газових неоднорідних систем під Дейсі т Вієм гравітаційних сил, сил інерції (цент робежной сили) або сил електричного поля. Відповідно раз личают гравітаційне відстоювання, циклонів і відстійне цент ріфуг і рів а ня, електроочістку.
Фільтрування - процес розділення рідких і газових неодно рідних систем с і з користуванням пористої перегородки, здатної пропускати рідину і газ, але затримуючи ю щей зважені частини ци. Фільтрування здійснюється під дією сил тиску або відцентрових сил. Відповідно розрізняють просто фільтрування і відцентрове філь т рів а ня.
Фільтрування більш ефективно для розділення суспензій, емульсій і пилів, ніж оса ж дення.
Мокре поділ - процес уловлювання зважених в газі частинок рідиною.
Застосовується для очищення газів і розділення суспензій.
2. 3. Матеріальний баланс процесів розподілу
Поділу
підлягає неоднорідна система, що
складається з речовини а (дисперсій
н ная фаза) і зважених часток b (Дисперсна
фаза). G c -
Кількість вихідної суміші, кг; х з -
Вміст речовини b у
вихідній суміші, мас. %; G n -
Кількість продукту, кг; х п -
З о тримання речовини b в
очищеному продукті, мас. %; G o - Кількість
осаду, кг; x о -
з о тримання речовини b в
осаді, мас. %; 
При відсутності втрат речовин матеріальний баланс поділу можна представити так:
за загальною кількістю речовин G c = G п + G о;
за кількістю зважених речовин (дисперсної фазі)
Спільне рішення цих рівнянь дозволяє визначити кількість очищеного продукту
(2.
1)
і кількість осаду
(2.
2)
Зміст зважених часток у очищеному продукті і в осаді вибирається в з а висимости від технологічних вимог і залежить від методу поділу.
Ефективність поділу характеризується ефектом поділу
Рівняннями (2. 1) і (2. 2) описується також п роцесс змішання. З рівняння (2. 1) може бути знайдена концентрація зваженої речовини в отриманій суміші
де: G п і G про - кількості змішаних продуктів; х п і х о - масові концентрації в цих продуктах зважених часток; G с - кількість кінцевої суміші.
2. 4. Кінетика розподілу неоднорідних систем
Кінетика осадження. Розглянемо рух частинки під дією гравітаційної сили у в'язко й середовищі (рис. 2. 1). На частку будуть діяти сила тяжіння G, архимедова сила А і сила тертя Т.
Рис. 2. 1. Сили, що діють на частинку у в'язкому середовищі
Обсяг
частинки довільної форми пропорційно нален
лінійного розміру в третьому ступені: V
= k 1 l 3, де 
-
Коефіцієнт, що залежить від форми
частинки; l -
типовий е ський розмір частки (діаметр).
Якщо
щільність твердої частинки 
т т, а
рідини (газу,
пари) 
ж ж, то
на частку де й ствуют сила тяжіння G
= k 1 l 3 
T g
і підйомна сила А
= k 1 l 3 
жg
g, спрямована
в бік, пр про протилежний до напрямку
сили тяжіння. Під
дією різниці цих сил частинка пров е
міщується в рідині.
На
одиницю поверхні частки з боку рідини
дей ствуют
сили тертя T
= 
dv
/ dn, де 
-
Коефіцієнт дінамічес кой
в'язкості рідини; dv
/ dn -
Зміна швид про сти руху жид кістки
в напрямку, нормальному до поверхні
частинки. Сума сил
тр е ня Т залежить
від площі поверхні
частки k 2 l 2 (Де k г - Коефіцієнт,
що враховує форму част і ці) і становить T
= k 2 l 2 
dv
/ dn
Згідно з другим законом механіки рівнодіюча сил тяжкості, підйомної та тр е ня дорівнює масі частинки, помноженої на прискорення:
(2.
3)
Це рівність є диференціальним рівнянням осадження ня частинок під Дейсі т Вієм сили тяжіння.
Рівняння (2. 3) не може бути вирішено в загальному вигляді, тому для визначення ск про рости осадження частинок необхідно його прео бразовать в критеріальне рівняння.
Наведемо
рівняння (2. 3) до безрозмірного виду,
поділивши всі його члени на 
(2.
4)
де: 
-
Константа, що залежить від форми частинки
і звана коефіцієнтом н тому форми
частинки.
Сел
ле множення членів рівняння (2. 4) на
параметричний критерій (відношення
щільності твердої частинки до щільності
рідини 
(2.
5)
З рівняння (2. 5) можна отримати критерії подібності для процесу осадження част і ці.
З першого члена рівняння (2. 5) за допомогою методів теорії подібності отримаємо
(2.
6)
з другого члена -
(2.
7)
де: Re
= 
-
Критерій Рейнольдса, що характеризує
гидродинамич е ське подобу при обтіканні
частинки рідиною.
Після множення виразу (2. 6) на Re 2 отримаємо
(2.
8)
де: Ar - критерій Архімеда, який характеризує відношення різниці сил тяж е сти і підйомної до підйомної силі; v - кінематична в'язкість.
Таким чином, і з диференціального рівняння (2. 3) отримуємо критеріальне ура в нання, що описує процес осадження:
(2.
9)
де: А - коефіцієнт; h - показник ступеня, який визначається експериментальним п у тем.
На
підставі експериментальних даних
встановлено такі режими обложена е ня
частки в рідини: ламінарний (Re
для ламінарного режиму
при
Re <1,85 або 
<0,33;
(2. 10)
для перехідного режиму
при 
або 
(2.
11)
для турбулентного режиму
при
Re> 500 або 
(2.
12)
За значенням критерію Рейнольдса визначається швидкість осадження частинки в жи д кістки під дією сили тяжіння
(2.
3)
яка у разі ламінарного руху може бути визначена за рівнянням Ст про кса, п про Лучано п віслюку перетворення рівняння (2. 10):
(2.
14)
де: d - діаметр частинки.
Формула (2. 14) справедлива для твердих частинок правильної сфе рической форми. Ск про рость осадження частинок неправильної форми менше.
У разі осадження крапель рідини в рідкому середовищі процес ускладнюється тим, що форма крапель безперервно змінюється. Для визначення швидкості осадження крапель можна р е комі н довать формулу