Разделение неоднородных систем в поле сил тяжести

Расчет сводится к определению размеров аппаратов и эффективности разделения. Эффективность разделения характеризуется степенью очистки НС и определяется следующим образом:

                              (4.1)

Здесь , ,  – количество входящей, выходящей
и уловленной пыли в аппарате соответственно. Для определения степени очистки необходимо знать состав пыли, который может быть представлен в виде интегральной кривой распределения (рис. 4.1).

По экологическим или по экономическим соображениям определим степень очистки пыли . Тогда по интегральной кривой распределения можно установить минимальный диаметр частицы , который должен быть уловлен в аппарате. В дальнейшем расчет ведется для этой частицы . Тогда частицы диаметром  и более будут уловлены
в аппарате (на рис. 4.1 – заштрихованная часть).

Рис. 4.1. Интегральная кривая распределения пыли

Определим скорость осаждения частицы, имеющей диаметр . Для осаждения мелких частиц, как жидких, так и твердых, можно использовать формулы:

для ламинарного режима: ;

при переходном режиме: ;               (4.2)

при турбулентном режиме: .

С достаточной для практики точностью величину  при всех режимах осаждения частицы можно рассчитать по формуле Тодеса:

                                 (4.3)

Скорость стесненного осаждения, как уже отмечалось, меньше скорости  одиночных частиц. Скорость стесненного осаждения частиц можно определить по следующей формуле с учетом порозности осаждения e:

                          (4.4)

При осаждении капель жидкости в жидкой среде благодаря внутренним циркуляциям в капле скорость движения капли может быть больше до 50 %, чем скорость твердой сферической частицы эквивалентного диаметра. При присутствии ПАВ внутренняя циркуляция капель резко снижается, капли можно считать твердыми. В случае чистых капель скорость осаждения увеличивается до некоторого критического значения, затем рост  прекращается.

Расчет скоростей осаждения крупных частиц проводят
по эмпирическим формулам.

На рис. 4.2 представлена схема для расчета отстойника. Здесь  – объемный расход НС,  – средняя скорость потока НС по поперечному сечению аппарата.

Рис. 4.2. К расчету отстойника

Частицу с диаметром  поместим в самое невыгодное положение, она находится в верхней точке входного сечения аппарата (положение 1). При своем движении по аппарату со скоростью  частица должна сесть на дно аппарата (положение 2). Объемный расход  равен:

                                  (4.5)

где  – время осаждения частицы, b – ширина аппарата. Время осаждения может быть определено по скорости осаждения частицы:

                                         (4.6)

С учетом (4.6) из (4.5) получим:

                              (4.7)

Итак, объемная производительность аппарата равна произведению площади осаждения S на скорость осаждения частицы. В формулу (4.7) высота аппарата h в явном виде не входит. Однако площадь поперечного сечения аппарата  надо принимать такой, чтобы обеспечить ламинарный режим движения потока по длине аппарата.
При турбулентном режиме оседание частиц на дно будет затруднено.

Следует заметить, что формула (4.7) является приближенной, поскольку мы при её выводе приняли равенство скоростей горизонтального движения обеих фаз. Возможны другие обстоятельства, ухудшающие процесс разделения НС в реальных промышленных аппаратах: возможность вихреобразования в области ввода НС, наличие застойных зон и т.д. Поэтому при инженерном расчете рекомендуется увеличить значение площади осаждения S, полученной по формуле (4.7), на 30–50 %.