Файл: Авдеев, Н. Я. Аналитико-статистические исследования кинетики некоторых физико-химических процессов учеб. пособие.pdf

ультразвуковая обработка почвенных суспензий по определен­ ной методике [131, 132]. Гранулометрическая характеристика почв, подвергшихся ультразвуковому воздействию [131, 132], полученная аналитическим методом расчета [133— 135], пред­ ставлена табл. 64, 65.

Анализируя данные табл. 64, 65, замечаем, что при постоян­ ной интенсивности ультразвука для подзолистых почв 3,6 вт/см2 и для деградированного чернозема 6 вт/см2 параметры а и р уравнений (38) являются функциями продолжительности ульт­ развукового воздействия. При этом параметр а с увеличение^ времени ультразвукового воздействия ассимптотично монотонно

Подвергая статистической обработке совокупности значений параметров а и р, полученных по способу наименьших квадратов [12, 13], находим, что для их аппроксимации могут быть приме­ нены выражения вида:

114

шейся ультразвуковому воздействию при напряжении 4 кв,

удельной поверхности (сг0) и коэффициента неоднородности (/) с увеличением времени ультразвукового воздействия монотонно увеличивается, а сами эти величины асимптотически приближа­ ются к постоянным значениям. При этом удельная поверхность системы по сравнению с исходным образцом увеличивается при­ мерно в 6—7 раз, коэффициент неоднородности—в 2—3 раза. Мо­ нотонно-асимптотический характер изменения имеют и фракции системы с размерами частиц менее 5 мк, а для образцов почв [131 ] и фракции с размерами частиц 50—250 мк. Причем, если содержание фракций с размерами частиц менее 5 мк за все время ультразвукового воздействия увеличивается в 3 раза, то содер­ жание фракций 50—250 мк, наоборот, за это время уменьшается в 2 раза. Содёржание фракций с размерами частиц ‘5—50 мк (табл. 64) и 10—50 мк (табл. 65) почти не изменяется. Эта види­ мая внешняя независимость от ультразвукового воздействия не­ которой части фракций почвы объясняется, по-видимому, нали­ чием в системе динамического равновесия. Следует заметить, что характер изменения гранулометрических характеристик от про­ должительности ультразвукового воздействия идентичен для обоих видов почв, подвергшихся ультразвуковой обработке в различное время и в различных условиях. Другие примеры ана­ логичных исследований По применению ультразвуковых колеба­ ний в дисперсионном анализе почв представлены в табл. 1І7, 118 приложения.

§ 26. Акустический метод разделения суспензий

Получение высокодисперсных систем узкого фракционного состава, классификация суспензий по размерам частиц и ускоре­ ние этих процессов представляют актуальные задачи в производ­ стве абразивных материалов, при получении катализаторов для процессов, работающих с псевдоожиженным слоем, а также в производстве смазочных материалов в лакокрасочной, фарма­ цевтической и многих других отраслях промышленности.

Не менее важной является и проблема дальнейшего совер­ шенствования технологии фильтрации тонкодисперсных суспен­

115

зий, например, в случае извлечения ценных продуктов из сброс­ ных фильтратов промывных вод или для ускорения технологи­ ческих процессов отделения твердых частиц-от жидкости.

В самые последние годы появились сообщения о перспектив­ ном применении для этих целей акустических методов [137—140]. В то же время закономерности работы акустических фильтров и физическая сущность происходящих при этом процессов пока не

акустического фильтра на полные гранулометрические характе­ ристики 5% суспензии нефтяного кокса широкого фракционного состава (0—300 мк) в бензине.

Изучение процесса классификации суспензии кокса при раз­ личных режимах колебаний фильтрующего элемента проводилось по технологической схеме, приведенной на рис. 13.

Напорная емкость I для питания фильтра классификатора 3 устанавливалась на высоте 2 метров от плоскости фильтрующего элемента 4.

Рис. ІЗ.Общая схема фильтрации: 1 — напорный бачок; 2—магнитострик- ционнын преобразователь или элек­ тромагнитный вибратор; 3—фильтр- классификатор; 4 — емкость осадка; 5— емкость фильтрата; 6 — источ­ ник электромагнитных колебаний

Готовая суспензия (фильтрат) поступала в мерную емкость 5. Скорость фильтрации определялась с помощью мерной емко­ сти и секундомера.

116

Непрошедшие через фильтрующий элемент частичной суспен­ зии собирались в конической части аппарата, откуда направля­ лись в емкость осадка 4. Из емкости 5 после окончания процес­ са фильтрации отбиралась проба суспензии для ситового или седиментационного анализа.

Через фильтр, в зависимости от его размеров и концентрации твердой фазы, пропускалось от 2 до 20 литров суспензии. Фильт­ рующий элемент приводился в колебательное движение с помо­ щью магнитострикционного преобразователя или электромагнит­ ного вибратора 2.

Фракционный состав суспензии определяли седиментометрическим методом [32] с последующим аналитическим расчетом кривой накопления осадка, внешней удельной поверхности а0 радиусов частиц наивероятнейших фракций R, средневзвешен­ ных размеров частиц R и коэффициентов неоднородности систе­ мы / [2, 13].

Рис. 14. Изменение дисперсного сос­ тава продукта в зависимости от ам­

На рисунке 14 и в табл. 66 приведены дифференциальные кривые распределения частиц по их размерам и гранулометричес­ кие характеристики суспензии нефтяного кокса, прошедшего через непрерывно колеблющуюся с частотой 100 гц сетку со сто­ роной ячейки 100'мк при различных амплитудах колебаний.

117

Т а б л и ц а 66

Гранулометрические характеристики дисперсной фазы 5% суспензии нефтяного кокса при различных амплитудах колебаний

(сетка tOO мк, частота 100 гц)

Из табл. 66 видно, что при увеличении амплитуды колебания фильтрующего элемента дисперсность частиц сепарированной суспензии понижается: содержание грубых фракций с размерами частиц более 20 мк значительно увеличивается, содержание фрак­ ций с размерами менее 15 мк уменьшается, а содержание средних фракций с размерами частиц 15—20 мк практически не меняется.

Если при колебаниях фильтрующего элемента с амплитудой А = 10 мк частиц с размером до 10 л/лс в отфильтрованной систе­ ме содержится 42%, то при А = 400 мк их количество уменьши­ лось до 10%.

Начиная с амплитуды колебаний 100 мк и больше, основная масса (60%) сепарированной суспензии состоит из частиц с раз­

фильтрующего элемента в пределах исследованных значений поч­

радиусом частиц наивероятнейшей фракции. Размер частиц ос­ новной фракции, прошедшей через вибрирующий элемент, в 3— 6 (для больших Л) и в 8—10 (для меньших А) раз меньше диаго­ нали ячейки фильтрующей сетки.

118

Весьма интересным для понимания механизма процесса явля­ ется факт возрастания дисперсности продукта с увеличением частоты импульсного возбуждения фильтрующего элемента (табл. 67).

Т а б л и ц а 67

Гранулометрическая характеристика дисперсной фазы суспензии нефтяного кокса при различной частоте импульсов возбуждения фильтрующего элемента

Из табл. 67 видно, что содержание крупных фракций, про­ шедших через сетку (размер ячейки 45 мк, основная частота и амплитуда акустических колебаний 20 кгц и 5 мк соответственно), коэффициент неоднородности системы /, средневзвешенный и наиболее вероятные радиусы уменьшаются, а удельная поверх­ ность ст0, наоборот, несколько увеличивается с ростом частоты повторения импульсных колебаний фильтрующего элемента. Если при частоте импульсов 50 гц фракция частиц больше 15 мк составляла 14%, то при частотах 750 и 1000 гц такие час­ тицы в отфильтрованной суспензии не содержатся: основную массу частиц (70%) составляют при этом фракции с размерами < 1 0 мк. Характерно, что наибольшее изменение дисперсности фильтрованного продукта наблюдается при увеличении частоты импульсов до 250 гц. Незначительное изменение показателей дисперсности при частотах импульсов более 250 гц свидетель­ ствует о наличии определенного предела классификационной способности акустического фильтра, работающего на импульс­ ном режиме.

Физическая основа эффектов акустического фильтра, возбуж­ даемого импульсно, пока еще не ясна.

Особенности и механизм процессов акустической сепарации частиц суспензии удается несколько выяснить с помощью скорост­

ію