История развития науки о процессах и аппаратах

А =m_cg,
где m_с — масса вытесненной жидкости, кг;
т_с =(πD³/6)g,
где р_с — плотность среды, в которой осаждается частица, кг/м³.
Таким образом,
А = (πD³/6)р_чg
Сила Р = G — A заставляет частицу осаждаться:
Р = (πD³/6) (р_ч-р_с)g
Сила Р(Н) расходуется на преодоление силы трения R и на создание ускорения движения а:
P=R + та.
Сила R (Н) определяется по закону Ньютона:
R=ξF(ρ_cw²/2)
где ξ— коэффициент сопротивления среды; F— площадь миделевого сечения частицы, м²; w — скорость осаждения, м/с.
Приведенные выражения применяют не только для расчета скорости осаждения твердых частиц, но и для вычислений скорости движения пузырьков газа в жидкости и капель в газе.
Процесс осаждения твердых частиц используют в практических целях для разделения пылей и суспензий, а также для разделения твердых частиц по фракциям (размеру, плотности). В лабораторной практике этот процесс применяют для определения геометрических размеров осаждаемых частиц или физических констант, входящих в выражения для скорости осаждения.
Если форма осаждающихся частиц отличается от сферической, сопротивление их движению возрастает, а скорость уменьшается в' соответствии с поправочным коэффициентом ф, т. е. V₁ = φv. Значения коэффициента φ в зависимости от формы частиц приведены ниже:
Округлая 0,77
Угловатая 0,66
Продолговатая 0,58 Пластинчатая 0,43
3.1.3. Оборудование для осаждения в поле силы тяжести

Твердые частицы осаждают из жидкостей в отстойниках. Различают отстойники периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.

Отстойник периодического действия изображен на рисунке 18.1. Отстаивающаяся смесь заливается в чан отстойника и выдерживается. Если отделяемое вещество более плотное, чем среда (р_ч > р_с), например при разделении крахмального молочка, то частицы плотностью р_ч оседают на дно, образуя концентрированный осадок (шлам). В верхней части отстойника собирается осветленная жидкость (декантат). Высота его слоя h₀. Если же р_ч < р_с, что имеет место, например, при отстаивании молока, то частицы дисперсной фазы поднимаются вверх, образуя слой сливок на поверхности осветленной жидкости. Во всех случаях из отстойника вначале сливается верхний слой (декантат в первом случае и сливки — во втором). После этого выгружается оса­док или сливается осветленный продукт из нижней части отстойника.
Расчет отстойника сводится к определению площади поверхности осаждения F и объема аппарата. При заданном количестве смеси W_CM и концентрации дисперсной фазы С объем осветленного продукта W= W_CM (1 – C). Если он образуется за время τ, то производительность отстойника Q = W/τ = (h₀F)τ. Если известна скорость осаждения v, то v = h₀/τ и тогда расход Q—vF₀, где h₀ —высота слоя декантата в отстойнике или максимальное расстояние, на которое осаждается частица в нем.



Осадок
Рис. 18.1. Схема отстойника периодического действия
Из полученного выражения следует, что производительность отстойника зависит только от его площади, потому что скорость осаждения постоянная, определяемая свойствами продукта. От высоты отстойника его производительность не зависит, так как с ее увеличением пропорционально возрастает время отстаивания.