2. Аппаратура разделения гетерогенных систем

Неоднородными, или гетерогенными, называют системы, состоящие, по меньшей мере, из двух фаз. При этом одна из фаз является сплошной, а другая –дисперсной, распределённой в первой в раздробленном состоянии: в виде капель, пузырей, мелких твёрдых частиц и т.д. Сплошную фазу часто называютдисперсиóнной средой. В зависимости от физического состояния фаз различают следующие бинарные гетерогенные системы (рис. 2): суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Суспéнзия– гетерогенная бинарная система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней твёрдых частиц. В зависимости от размеров частиц суспензии условно подразделяют на грубые (с частицами размером более 100 мкм), тонкие (с частицами размером 0,1-100 мкм) и коллоидные растворы (с частицами менее 0,1 мкм).

Эму́льсия– гетерогенная бинарная система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой.

Пена– гетерогенная бинарная система, состоящая из жидкости и распределённых в ней пузырьков газа.

Пыль– гетерогенная бинарная система, состоящая из газа и распределённых в нём твёрдых частиц размером 5-100 мкм. В процессах химической технологии пыль образуется преимущественно при дроблении, смешивании и транспортировке твёрдых материалов.

Дым– гетерогенная бинарная система, состоящая из газа и распределённых в нём твёрдых частиц размером менее 5 мкм; образуется при горении.

Туман– гетерогенная бинарная система, состоящая из газа и распределённых в нём капель жидкости размером менее 3-5 мкм.

Суспензии, эмульсии и пены представляют собой гидродисперсные системы и носят общее название – лиозóли. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы и носят общее название –аэрозóли.

Гетерогенные системы характеризуются концентрацией дисперсной фазы и размерами образующих её частиц. Для эмульсий и пен при определённых концентрациях дисперсной фазы возможен её переход в сплошную; при этом фаза, бывшая сплошной, становится дисперсной. Этот переход называют инверсией фаз.

В большинстве случаев дисперсные системы содержат частицы, различающиеся по размеру, такие системы называют полидисперсными. Они характеризуются фракционным (дисперсным) составом, т.е. долей частиц определённого размера. Иногда встречаются системы, в которых все частицы имеют практически одинаковый размер, их называютмонодисперсными.

Большинство дисперсных систем имеют тенденцию к укрупнению частиц путём их слипания или слияния. Слияние капель и пузырей называют коалесценцией, а слипание твёрдых частиц –коагуляцией.

Процессы разделения гетерогенных систем играют большую роль в химической технологии при подготовке сырья и очистке готовых продуктов, при очистке сточных вод и газовых выбросов, а также при выделении из них ценных компонентов.

Для разделения гетерогенных систем в химической технологии применяют в основном процессы осаждения и фильтрования. Кроме того, для разделения газовых гетерогенных систем применяют так называемую мокрую очистку газов.

Осаждение– процесс разделения гетерогенных систем, в котором взвешенные в жидкости или газе твёрдые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести, инерции, центробежных или электростатических сил.

Фильтрование– процесс разделения гетерогенных систем с помощью пористой перегородки или пористого слоя, способных пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений, которая создаётся избыточным давлением перед фильтром или вакуумом после фильтра, а также может возникнуть под действием силы тяжести или центробежной силы.

Мокрая очистка газов– процесс разделения газовых гетерогенных систем, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание частиц осуществляется, как правило, под действием сил инерции.

Выбор метода разделения зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фазы и вязкости сплошной фазы.