Тонкослойное отстаивание

Теоретическая площадь отстаивания определяется как сумма проекций пластин тонкослойного модуля на горизонтальную плоскость. Удельная поверхность определяется как отношение площади отстаивания к единице объёма (рис. 1).

Формула расчета:

Формула:

A_s=cos⁡∝/N

A_s

удельная поверхность;

α

угол наклона пластин;

N

расстояние между ними.

Таким образом, для получения большей удельной площади, следует уменьшить величины α и N (рис. 2).

Для непрерывно работающего сепаратора следует выбирать большой угол наклона пластин, что бы модуль самоочищался в процессе работы. Осадок, образующийся в процессе, будет съезжать по пластине под действием силы тяжести и касательного усилия, возникающего под действием потока жидкости (рис. 3).

Формула:

F = g(p_s-p)sin⁡∝ + K(V-V_s)

V

скорость потока, м/с;

p

плотность потока, кг/м3;

V_s

скорость осадка, м/с.

p_s

плотность осадка, кг/м3.

Воздействие силы тяжести пропорционально разности в плотности между осадком и жидкостью.

Касательное усилие пропорционально разнице в скорости между потоком жидкости и осадком. Если направления их движения противоположны, касательное усилие противодействует силе тяжести, затрудняя тем самым удаление осадка.

Однако, при выборе схемы движения потока, следует принять во внимание и другие важные факторы, о которых будет сказано ниже.

Плотность осадка

Лёгкие, хорошо связываемые примеси (например, гидроксиды металлов) могут задерживаться на пластине за счёт сил трения, возникающих между её поверхностью и слоем осадка. Из-за малой разницы в плотности касательное усилие и силы тяжести оказываются величинами одного порядка. Эмпирически установлено, что в случае со-направленного движения потоков жидкости и осадка (прямоточная схема), требуемый угол наклона пластин 30-40 градусов. Если направления потоков противоположны (противоточная схема), то с целью обеспечения эффективной самоочистки пластин, угол следует увеличить до 55-60 градусов.

Объём осадка и сопротивление

Прямоточная схема характеризуется меньшей допустимой объёмной долей примесей в общем объёме потока. На практике, если выбрана прямоточная схема, принимаются дополнительные меры, что бы доля примесей не превышала нескольких процентов. Таким образом, поскольку меньший объём осадка оказывает меньшее сопротивление, для прямоточных схем допускается устанавливать меньшее расстояние между пластинами, чем для противоточных.

Интенсивность потока

В установках с прямоточной схемой и углом наклона 35 градусов достигается максимальная производительность. Но с другой стороны, у таких установок с малым углом наклона, кроме максимальной есть и минимальная пропускная способность, при которой касательное усилие от потока жидкости не в состоянии компенсировать возросшую силу трения. В противоточных установках такого ограничения нет, и они лучше справляются с изменением интенсивности потока.

Вышеперечисленные факторы отражены в таблице 1.

Прямоточная схема наиболее эффективна для лёгких примесей с низким пределом текучести, объёмная доля которых в общем потоке невелика. Такая схема может применяться для флокуляции примесей с последующей очисткой поверхности жидкости. Использование прямоточной схемы оправдано также при больших расходах.

Для тяжёлых мелкодисперных примесей с малой объёмной долей допустимо применение как прямоточной, так и противоточной схем. При этом требуемый угол наклона пластин не будет зависеть от выбранной схемы. Поскольку конструкция пластин для установок с противоточной схемой проще, такая схема в данном случае является предпочтительной и применяется, например, в скрубберах.

Если работа ведётся с суспензиями с большой объёмной долей примесей, должна быть применена противоточная схема. Это касается биологических очистных сооружений с активным илом, очистки сточных вод после протравочных и гальванических установок и других, а также подходит для коагуляции суспензий в химических процессах и горнодобывающей промышленности.