12-mavzu. Suyuilikli turli jismlarni ajratish. Turli jinsli tizimlarning turlari va ularning ajratish usullari. Reja: 1

12-mavzu. Suyuilikli turli jismlarni ajratish. Turli jinsli tizimlarning turlari va ularning ajratish usullari.
Reja:
1. Gravitatsion chщktirish. Cho‘kish tezligi.
2. Stoks tenglamasi. Siqilgan holatdagi cho‘kish tezligi.
3. Cho‘ktiruvchi qurilmalar
Kimyo sanoatida suyuqliklar va gazlarni tozalash yoki ular tarkibidan nodir mahsulotlarni chiqarib olishda geterogen sistemalarni ajratish jarayonlari qo‘llaniladi. Fizik holatiga ko‘ra ko‘p jinsli sistemalar qo‘yidagi turlarga bo‘linadi:
• suspenziya - butun suyuq faza ichida tarqalgan qattiq zarrachalardan iborat sistema (suspenziya qattiq zarrachalarning o‘lchamiga ko‘ra qo‘pol va mayin suspenziyaga, hamda loyqa va kolloid eritma kabi turlarga bo‘linadi);
• emul'siya - bir suyuqlik ichida tarqalgan, unda erimaydigan boshqa suyuqlik tomchilaridan iborat sistema;
• ko‘pik - suyuq faza va uning ichida tarqalgan gaz pufakchalaridan tashkil topgan sistema;
• tutun va chang - gaz va uning ichida tarqalgan qattiq material zarrachalaridan iborat sistema (tutundagi qattiq zarrachalarning o‘lchami 0,3...5 mkm, changdagilariniki esa 5...100 mkmgacha bo‘ladi);
• tuman - kondensasiya tufayli hosil bo‘lgan 0,3 ... 3 mkm o‘lchamli suyuqlik tomchilarining gaz faza ichida tarqalishidan hosil bo‘lgan sistema.
Yuqorida keltirilgan ko‘p jinsli sistemalar ichida ishlab chiqarish amaliyotida suspenziyalar bilan ishlash nisbatan ko‘proq o‘rin egallaydi. Ma'lumki, suspenziya tarkibidagi zarrachalarning o‘lchami qancha katta bo‘lsa sistemani ajratish usuli qanaqa bo‘lishidan qat'iy nazar, u shuncha jadal boradi. Shuning uchun ayrim hollarda ajratish jarayonlarida zarrachalarni sun'iy kattalashtirishning quyidagi usullari qo‘llaniladi:
- koagulyasiya-suspenziya tarkibiga suvda yaxshi eruvchi va zarrachalarni kattalashtirib, ulardan parcha jismlar hosil qiluvchi qo‘shimcha kimyoviy modda-kaogulent kiritish;
- flokulyasiya-suspenziya tarkibiga yuqori molekuyar birikmalar kiritish.
Koagulyasiyada sirtiga qo‘shimcha modda o‘tirishi hisobiga alohida olingan zarrachaning o‘zi kengaysa, flokulyasiyada uzun molekulalar birdaniga bir nechta zarrachani birlashtirib ancha yirik jism hosil qiladi.
Sanoatda koagulyant sifatida Al2(SO4)3 va boshqa moddalar, flokulyant sifatida sintetik poliakrilamid, tabiiy moddalardan kraxmal, sellyuloza va boshqalar qo‘llaniladi.
Sanoatda geterogen sistemalarni ajratishning qo‘yidagi usullari qo‘llaniladi: cho‘ktirish, fil'trlash, sentrifugalash, ho‘llab ajratish (yuvish deb atalsa ham bo‘ladi).
Suyuqlik yoki gaz tarkibidagi qattiq zarrachalarni yoki suyuqlik tomchilarini og‘irlik, markazdan qochma yoki elektr kuchlari yordamida ajratish cho‘ktirishning mohiyatini tashkil etadi. Og‘irlik kuchi ta'sirida cho‘ktirish tindirish deyiladi. Bu jarayonlarning jadalligi va samaradorligi juda kichik bo‘lganligi sababli ulardan faqat ajratishning sifatiga qattiq talablar qo‘yilmagan hollarda foydalanish mumkin. Bugungi kunda kimyo sanoatida tindirish jarayoni qo‘llanilmaydi desak xato qilmaymiz. Shuning uchun bu jarayon haqida alohida to‘xtalmaymiz.
Suyuqlik yoki gazlarni o‘tkazib, ular ichidagi qattiq zarrachalarni tutib qoladigan g‘ovak to‘siqlar yordamida ajratish fil'trlash deyiladi. Bu jarayon bosim kuchlari yoki markazdan qochma kuchlar hisobiga amalga oshiriladi. Qattiq zarrachalardan tozalangan suyuqlik fil'trat deyiladi.
Suspenziya va emul'siyalarni markazdan qochma kuchlar maydonida ajratish sentrifugalash jarayonining mohiyatini tashkil etadi.
Ho‘llab ajratishda gaz tarkibidagi zarrachalar biror suyuqlik yordamida ushlab qolinadi.
Ko‘p jinsli tizimlarni ajratishning istiqbolli usullaridan biri, ularni markazdan qochma kuchlar ta'sirida ajratish hisoblanadi. Bunday jarayonlar suspenziyalarni ajratishga qaratilgan bo‘lsa, u sentirfugalash, uni amalga oshirishga mo‘ljallangan uskunalar esa sentrifugalar deyiladi.
Ko‘p jinsli tizimlarni ajratishning sanoatda keng qo‘llaniladigan usullari to‘g‘risida quyidagi mavzularda to‘xtalamiz.
Cho‘ktirish jarayoni va qurilmalari
Texnikada turli jinsli sistemalarni tashkil etuvchi fazalar yoki komponentlarga ajratishga to‘g‘ri keladi. Ajratish usullarini tanlashda turli jinsli sistemani tashkil etuvchi fazalarning holatiga, qattiq yoki suyuq zarrachalarning o‘lchamiga, fazalar o‘rtasidagi zichliklar farqiga, muhitning qovushoqligiga ahamiyat berish kerak.
Kimyo texnologiyasida turli jinsli sistemalarni ajratish uchun quyidagi gidromexanik usullardan foydalaniladi:
1) cho‘ktirish, 2) fil'trlash, 3) sentrifugalash, 4) suyuqlik yordamida ajratish.
Og‘irlik kuchi, inersiya kuchlari yoki elektrostatik kuchlar yordamida suyuqlik va gazsimon turli jinsli sistemalar tarkibidagi qattiq yoki suyuq zarrachalarni ajratish cho‘ktirish deb ataladi.
Agar cho‘ktirish og‘irlik kuchi ta'sirida olib borilsa, bu jarayon tindirish deb yuritiladi. Tindirish asosan turli jinsli sistemalarni birlamchi ajratish uchun ishlatiladi.
Cho‘ktirish jarayoni va qurilmalari. Cho‘ktirish usuli suspenziya, emul'siya va changli gazlarni ajratish uchun ishlatiladi. Chuktirish tezligi kichik bulgani sababli bu usul asosa

Bu tenglama Stoks tenglamasi deb yuritiladi va Re<2 bo‘lgan hollarda ishlatiladi. Turbulent rejimda, ya'ni Re>500 bo‘lganda inersiya kuchlaridan ustun turadi. Turbulent rejim uchun cho‘kish tezligi quyidagi tenglamadan topiladi:

Cho‘ktirish turli jinsli sistemalarni ajratishning boshqa usullariga nisbatan eng oddiy usuli hisoblanadi. Odatda, cho‘ktirish jarayonidan birlamchi ajratish usuli sifatida foydalaniladi. Bu jarayon suspenziyani fil'trlash orqali ajratishni tezlashtiradi. Cho‘ktirish jarayoni cho‘ktiruvchi yoki quyiltiruvchi qurilmalarda olib boriladi. Cho‘ktirish qurilmalari davriy, uzluksiz va yarim uzluksiz rejimda ishlatiladigan qurilmalarga bo‘linadi. O‘z navbatida, uzluksiz ishlaydigan cho‘ktirish qurilmasi bir, ikki va ko‘p yarusli (qavatli) bo‘ladi.
Turli jinsli sistemalarni ajratish uchun ko‘p yarusli cho‘ktiruvchi bir yarusli qurilmalarga qaraganda samaraliroq hisoblanadi. Cho‘ktiruvchi qurilmalarni hisoblashda birinchi navbatda cho‘kish yuzasi aniklanadi.
Vaqt birligi ichida tozalangan suyuqqlik hajmi kuyidagi tenglamadan topiladi:

Tozalangan suyuqlikning miqdori quyidagicha aniqlanadi: