Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 [ 119 ] 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

в газовых системах объем пыли и тумана весьма мал; при подсчетах объема газов его можно не учитывать.

Рассчитывая объем осажденной пыли, следует помнить, что она содержит много газа и поэтому ее плотность, определяемая из опыта, значительно (иногда в несколько раз) меньше плотности твердого вещества.

Размеры частиц существенно влияют на процесс разделения: дисперсные системы разделяются тем труднее, чем мельче частицы. Очень мелкие частицы (менее 0,5 мкм) становятся чувствительными к ударам молекул жидкости и газа при броуновском движении; вследствие этого они не отделяются отстаиванием. Размер частиц газовых суспензий зависит от их происхождения: пыль и брызги механического происхождения, образовавшиеся, например, при дроблении, пересыпании и т.д., состоят из сравнительно крупных частиц размерами порядка десятков микрон; дым и туман, образующиеся в результате конденсации паров каких-либо веществ (легкоплавкие металлы, смолы, кислоты) или протекания химических реакций в газовой среде, состоят из очень мелких частиц размерами в несколько микрон или даже долей микрона.

ГЛАВА XII ОТСТАИВАНИЕ

Разделение дисперсных систем под действием силы земного притяжения называют отстаиванием. Если дисперсная фаза (взвешенные частицы или капли жидкости) имеет плотность выше, чем дисперсионная (сплошная) фаза, то она движется вниз и, достигнув ограничительной поверхности, образует слой осадка или тяжелой жидкости и наоборот, если плотность дисперсной фазы меньше, то частицы всплывают. После разделения фаз они могут быть выведены из аппарата раздельно. Процесс отстаивания широко применяется в нефтегазопереработке и нефтехимии для обезвоживания и обессоливания нефти, отделения дистиллятов от воды после перегонки с водяным паром, очистки нефтяных топлив от загрязнений (вода, частицы катализатора, продукты коррозии, соединения кремния, кальция, алюминия), отделения газа от жидкости в газосепараторах, очистки сточных вод от загрязнений (нефть, нефтепродукты, нефтесодержащий шлам, избыточный активный ил, твердые механические примеси) и т.п. Важным показателем процесса отстаивания является скорость осаждения частиц под действием силы тяжести.

СКОРОСТЬ ОСАЖДЕНИЯ

Рассмотрим процесс отстаивания на примере осаждения частицы шарообразной формы. На частицу, находящуюся в жидкости (рис. XII-1), действуют сила тяжести, равная весу частицы,

Рис. XII-1. Схема действия сил на частицу, движущуюся в неподвижной среде

И подъемная сила, которая по закону Архимеда равна весу жидкости, вытесненной частицей.

где Рч - плотность взвешенных частиц; - плотность сплошной фазы; д - ускорение свободного падения; d - диаметр частицы.

Если Рч > р, то частица начинает двигаться вниз с ускорением. Среда оказывает сопротивление движению частицы, определяемое в общем случае законом Ньютона:

R = M, 2

где I - безразмерный коэффициент сопротивления среды; W - скорость движения (осаждения) частицы; S - площадь поперечного сечения частицы (для шарообразной частицы, S = 7rdV4).

На основе закона о равенстве силы произведению массы на ускорение получаем

m = G-G-R.

Итак, скорость движения осаждающейся частицы увеличивается, но одновременно растет и сопротивление среды R . На определенном участке пути скорость частицы достигает величины, при которой сопротивление среды R оказывается равным движущей силе G - С , и тогда дальнейшее осаждение частицы в среде происходит с постоянной скоростью, называемой скоростью осаждения (отстаивания) Woe- Записывая это условие

G - G - Я = О

и подставляя развернутые значения сил, получим 4 2

p,g-r-рж-г---- = 0.

(XII.1)

Определяем скорость осаждения

(рч -СжУя

(XII.2)

Величина коэффициента сопротивления среды зависит от режима движения (осаждения) частицы. Для очень мелких частиц или при большой вязкости среды, когда скорость осаждения мала, сопротивление среды проявляется в основном в виде трения (рис. XII-2, а). В соответствии с терминологией гидравлики такое осаждение называют происходящим в ламинарном режиме.

При осаждении в маловязкой среде сравнительно крупные частицы приобретают относительно большую скорость, и тогда сопротивление среды проявляется в основном в образовании турбулентных вихрей; трение играет подчиненную роль, и его величину не учитывают. Такое осаждение называют происходящим в турбулентном режиме (рис. XII-2, б).

Возможен также и промежуточный (переходный) режим, при котором значения сопротивления от вихреобразования и трения сопоставимы.

Переход одного вида движения в другой характеризуется численным значением критерия Рейнольдса

где \1 - вязкость сплошной среды.

Экспериментально установлено, что ламинарный режим имеет место при Re < 2,0 (отдельными авторами предельные численные значения критерия Re, соответствующие ламинарному режиму движения, принимаются от 0,2 до 2,0), турбулентный режим наблюдается при Re > 500, а при 2,0 < < Re < 500 существует переходный режим.

Рис. XII-2. Схема движения твердого тела в среде:

а - при ламинарном режиме; б - при турбулентном режиме