Дисперсные системы

Дисперсные системы.
Дисперсные системы занимают объем V, состоящий из объемов твердых зерен (частиц) VT и свободного объема просветов между ними VCB: V = VT + VCB. Объемная доля просветов VCB/V =ε. называется порозностью. Очевидно, доля твердой фазы (ее объемная концентрация) составляет 1- ε. Условимся порозность и другие характеристики неподвижного слоя выделять индексом "0". В случае часто используемых частиц округлой формы ε0 обычно близка к 0,4.

а — идеальный слой, б — фиктивный слой; 1 — корпус аппарата, 2 — газораспределительная решетка, 3 — неподвижный зернистый слой.
На модель фиктивного слоя должны быть наложены ограничения, чтобы его гидравлическое сопротивление в самом деле было равно искомому для идеального слоя. Эти ограничения сформулируем на основе уравнения Дарси — Вейсбаха.
Элементы этого уравнения для фиктивного и идеального слоев должны совпадать:
1) длины путей газа в фиктивном и идеальном слоях должны быть одинаковыми;
2) свободные объемы VCB в фиктивном и идеальном слоях должны быть одинаковыми, тогда при одинаковых расчетных скоростях w будут равными и истинные скорости wи;
3) диаметры каналов в фиктивном слое должны соответствовать эквивалентным диаметрам De в идеальном; это важно и в аспекте совпадения чисел Reи ≡wиDeρ/μ, а значит и коэффициентов гидравлического сопротивления λг в фиктивном и идеальном слоях;
4) должны быть одинаковы поверхность трения потока о стенки каналов Fф в фиктивном слое и поверхность твердых частиц Fид в идеальном.
При соблюдении этих условий расчет сопротивления идеального слоя можно вести по формулам для фиктивного слоя.

Разновидности псевдоожиженных систем:
а — однородный слой; б — неоднородный слой (кипящий слой): 1 — газовый пузырь, 2 — шлейф пузыря, 3 — плотная ("непрерывная") фаза слоя; в — поршневой слой: 1 — поршень твердого материала, 2 — газовая пробка; г — слой с каналообразованием: 1 — малоподвижный твердый материал, 2 — канал (свищ).

К определению гидравлического сопротивления псевдоожи-женного слоя: а — общий случай, б — псевдоожижение в поле сил тяжести.
Рассмотрим первоначально общий случай псевдоожижения твердого материала в поле внешних массовых сил, характеризу-емых ускорением а.
Выделим в ПС элементарный участок dz, в пределах которого эффективная (с учетом сил выталкивания) масса ТМ равна dmэ. Пусть нормальное к а сечение слоя f=var, закон его изменения по высоте слоя известен. Баланс сил, удерживающих массу dmэ в состоянии равновесия (псевдоожижения), запишется (соответственно ОБС для контура, совпадающего с элементарным объемом fdz):

Отстаивание в поле сил тяжести.

Отстаивание в поле центробежных сил.
а — вертикальная центрифуга, б — горизонтальная центрифуга, в — поперечное сечение центрифуги;
1 — корпус центрифуги, 2 — кольцевая крышка, 3 — ось вала центрифуги, 4 — радиальное ребро;
I — суспензия, II — характерная твердая частица в текущем положении (сп- свободная поверхность жидкости).

Обеспыливание воздуха

Фильтрация
1 — корпус фильтра, 2 — фильтрующая перегородка;
I — суспензия, II — фильтрат, III — осадок
Схема фильтрования ясна из рис. Фильтрование проис-ходит под действием разности давлений Δр=р1-р2. В общем случае к этой разности надо еще добавить гидростатическое давление жидкостного столба высотой h над перегородкой:
Δр=р1-р2 + ρgh