Существуют различные виды разделения твердых и жидких тел, которые представляют собой жидкие неоднородные системы. В зависимости от физического состояния фаз различают следующие системы:
Суспензия Жидкость Твердое вещество
Эмульсия Жидкость Жидкость
ЖНС Дисперсионная Дисперсная
(жидкие неоднородные (сплошная) фаза
системы) фаза
Всякая неоднородная система характеризуется концентрацией дисперсной фазы и размерами ее частиц.
Грубые суспензии >100 мкм
Тонкие суспензии 0,5-100 мкм
Мути 0,1-0,5 мкм
------------------------------------
Коллоидные растворы < 0,1 мкм
Граница определяется появлением броуновского движения твердых частиц. С возникновением броуновского движения частицы не могут осаждаться под действием силы тяжести.
Эмульсии – состоят из несмешивающихся жидкостей и могут расслаиваться под действием силы
тяжести. Эмульсии устойчивы при очень малых размерах дисперсной фазы (< 0,4-0,5 мкм) или при добавлении стабилизаторов (пример-мыло).
Виды разделения твердых и жидких тел.
- прессование;
- отстаивание;
- фильтрование;
- центрифугирование.
Прессование применяется в тех случаях, когда твердая фаза не только превалирует над жидкой, но и прочно удерживает её. Пример – после сливания вытяжки в растительной массе остается еще много экстрагента и его приходится удалять, применяя усилие в виде давления на растительную массу.
Отстаивание – простейший метод отделение жидкости от взвешенных в ней твердых частиц. Принцип отстаивания – смесь жидкости и твердых частиц наливаются в высокие сосуды и оставляют в покое. При этом вследствие разности относительной плотности твердые частицы постепенно оседают на дно, а жидкость становится прозрачной. Процесс этот медленный, но тем не менее его широко применяют для осветления вытяжек при производстве настоек.Оседание взвешенных частиц в жидкой среде подчиняется уравнению Стокса:
d² (γm – γж) g
Vm = ――――――
18Μ
Vm -скорость оседания твердых частиц;
d -диаметр взвешенных частиц, м;
γm -плотность твердых частиц, кг/м³;
γж -плотность жидкости, кг/м³;
g -ускорение силы тяжести (9,81 м/с²);
μ -вязкость жидкой среды (н с/м²).
Сроки отстаивания можно сократить, если укрупнить размер частиц. Отстаивание проводят при
t ≤ 8ºC (ухудшается растворимость твердой фазы и создается препятствие активному развитию микрофлоры). Потери жидкости при отстаивании тем меньше, чем уже диаметр отстойника.
Отстойники – аппараты для разделения суспензий. Различают отстойники периодического и непрерывного действия.
Аппараты непрерывного действия
Одноярусные Многоярусные
Двухъярусные
Отстойники непрерывного действия – суспензия непрерывно подается сверху, сгущенный осадок (СВ =35-55%) оседает на днище и выводится через нижний штуцер. Осветленная жидкость выводится из центральной части отстойника.
Производительность отстойника: V = F·Ws, м³/с.
F – площадь отстойника, м²;
Ws – скорость отстоя, м/с.
Фильтрование – за счет действия пористых перегородок (фильтров), пропускающих жидкость и задерживающих твердые частицы. В фармацевтическом производстве в качестве фильтровальных материалов используются фильтровальная бумага, вата, ткани (марля, фланель, сукно, специальная фильтровальная ткань – бельтинг), стеклянные и керамические пористые плитки, густые металлические сетки.
Мерой задерживающей способности фильтра является степень осветления жидкости.
Первые порции фильтрата получаются мутными и только через некоторое время, он становится прозрачным. Это зависит от того, что фильтровальная перегородка в начале пропускает некоторое количество частиц, диаметр которых меньше диаметра пор фильтра. По мере фильтро-
вания поры начинают забиваться частичками, на фильтрующей поверхности образуется слой вещества, который уплотняет фильтр, уменьшая первоначальный размер пор. Создается новый фильтрующий слой, лежащий на фильтровальном материале. Считается, что фильтрующая способность больше зависит от характера образующегося осадка, чем от лежащего под ним фильтровального материала. Пористая перегородка представляет для фильтруемой жидкости некоторое сопротивление, увеличивающееся по мере нарастания и уплотнения осадка. Для преодоления этого сопротивления требуется определить усилие, достигаемое созданием разности давления (ΔР) до и после фильтрующей перегородки. Разность давлений является движущей силой фильтрации, заставляет жидкость проходить через поры осадка.
Для установления общих закономерностей процесса фильтрации приводится основное уравнение фильтрации:
DV ΔР
―― = ―――――――
Fdτ μ ( Rос+ Rф.п)
DV
―― - скорость фильтрации, м/с;
Fdτ
V – объем фильтра, м³;
F – поверхность ф-я, м²;
τ – время фильтрации,с;
ΔР – разница давлений,н/м²;
μ – динамическая вязкость жидкой фазы, н с/ м²;
Rос – сопротивление слоя осадка, м‾¹;
Rф.п - сопротивление фильтр. перегородки, м‾¹ .
Обычно сопротивлением фильтрующей перегородки пренебрегают.
Необходимая разница давлений достигается:
1) увеличением столба фильтруемой жидкости;
2) добавочным внешним усилием в виде повышенного давления со стороны подачи фильтруемой жидкости (друк - фильтры);
3) созданием разрежения со стороны фильтра, обращенной к фильтрату (нутч- фильтры) .
Промышленные фильтры разделяются по режиму работы на фильтры периодического и непрерывного действия, а по величине рабочего давления – на вакуум-фильтры и фильтры, работающие под давлением.
18Μ
