ОСАЖДЕ́НИЕ

ОСАЖДЕ́НИЕ, се­ди­мен­та­ция (от лат. se­di­mentum – осе­да­ние) в хи­ми­че­ской тех­но­ло­гии, гид­ро­ме­ха­нич. про­цесс раз­де­ле­ния дис­перс­ной сис­те­мы в со­от­вет­ст­вии с разл. плот­но­стью её ком­по­нен­тов, осу­ще­ст­в­ляе­мый под дей­ст­ви­ем гра­ви­таци­он­ных или цен­тро­беж­ных сил ли­бо под дей­ст­ви­ем элек­трич. по­ля. Раз­ли­чают три ре­жи­ма О. час­тиц дис­перс­ной фа­зы, оп­ре­де­ляю­щие гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ние при их дви­же­нии: ла­ми­нар­ный, пе­ре­ход­ный, тур­бу­лент­ный. Для ла­ми­нар­но­го ре­жи­ма (10^–4< Re <2, Re – кри­те­рий Рей­нольд­са) за­ви­си­мость ко­эф. гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ния от кри­те­рия Рей­нольд­са вы­ра­жа­ет­ся урав­не­ни­ем ξ = 24/Re; для пе­ре­ход­но­го (2 < Re < 500) – ξ = 18,5/Re^0,6. Для тур­бу­лент­но­го ре­жи­ма (500 < Re < 2·10⁵) ко­эф. гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ния не за­ви­сит от кри­те­рия Рей­нольд­са: ξ = 0,44 (ав­то­мо­дель­ный ре­жим). В осн. при О. ис­поль­зу­ют ла­ми­нар­ный, ре­же пе­ре­ход­ный ре­жим.

О. под дей­ст­ви­ем гра­ви­тац. сил (от­стаи­ва­ние) – про­цесс вы­де­ле­ния час­тиц из не­од­но­род­ных сис­тем, при­ме­няе­мый для сгу­ще­ния, ос­вет­ле­ния или клас­си­фи­ка­ции. При сгу­ще­нии и ос­вет­ле­нии твёр­дую фа­зу вы­де­ля­ют не раз­де­ляя час­ти­цы по раз­ме­рам; при клас­си­фи­ка­ции её де­лят на фрак­ции по ско­ро­сти оса­ж­де­ния ли­бо по плот­но­сти. Ско­рость О. час­тиц при ла­ми­нар­ном ре­жи­ме от­стаи­ва­ния опи­сы­ва­ет­ся урав­не­ни­ем Сто­кса $v=d^2g\Delta\rho/18\mu$, где $d$ – диа­метр оса­ж­дае­мой час­ти­цы, $\Delta\rho$ – раз­ность плот­но­стей дис­перс­ной фа­зы и дис­пер­си­он­ной сре­ды, $g$ – ус­ко­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния, $\mu$ – ди­на­мич. вяз­кость сре­ды. При этом в слу­чае не­сфе­рич­но­сти час­тиц вво­дит­ся ко­эф. фор­мы ψ=S_ш/S_ч, где S_ч, S_ш – пло­ща­ди по­верх­но­стей оса­ж­дае­мой час­ти­цы и сфе­рич. час­ти­цы то­го же объ­ё­ма.

От­стаи­ва­ние яв­ля­ет­ся од­ним из са­мых де­шё­вых про­цес­сов и ис­поль­зу­ет­ся для раз­де­ле­ния сус­пен­зий, пы­лей и эмуль­сий в от­стой­ни­ках пе­рио­дич. и не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия. Про­цесс от­де­ле­ния твёр­дой фа­зы сус­пен­зий от жид­кой пу­тём ме­ха­нич. сли­ва­ния жид­ко­сти с осад­ка на­зы­ва­ет­ся де­кан­та­ци­ей. Для уве­ли­че­ния ско­ро­сти О. мел­ко­дис­перс­ных час­тиц час­то ис­поль­зу­ют спец. ве­ще­ст­ва – коа­гу­лян­ты, спо­соб­ст­вую­щие объ­е­ди­не­нию час­тиц ме­ж­ду со­бой, что уве­ли­чи­ва­ет мас­су оса­ж­дае­мо­го аг­ло­ме­ра­та.

О. в по­ле цен­тро­беж­ных сил инер­ции раз­де­ля­ют сус­пен­зии, пы­ли и эмуль­сии, а так­же трёх­ком­по­нент­ные и др. сис­те­мы в том слу­чае, ко­гда раз­ме­ры час­тиц дис­перс­ной фа­зы не по­зво­ля­ют эф­фек­тив­но раз­де­лять их от­стаи­ва­ни­ем. Раз­ли­ча­ют два спо­со­ба раз­де­ле­ния. От­стой­ное цен­три­фу­ги­ро­ва­ние при­ме­ня­ют ча­ще все­го для ос­вет­ле­ния жид­ко­сти, со­дер­жа­щей не­зна­чит. ко­ли­че­ст­во дис­перс­ной фа­зы – не бо­лее 5%. В этом слу­чае раз­де­ляе­мая смесь за­кру­чи­ва­ет­ся вме­сте с вра­щаю­щим­ся ро­то­ром цен­три­фу­ги, в ко­то­рый по­да­ёт­ся. В ци­клон­ном про­цес­се О. смесь за­кру­чи­ва­ет­ся на вхо­де в не­по­движ­ный ап­па­рат.

Осн. пре­иму­ще­ст­ва­ми цен­три­фу­ги­ро­ва­ния яв­ля­ют­ся ма­лое ко­ли­че­ст­во ма­те­риа­ла в ра­бо­чем про­стран­ст­ве ап­па­ра­та в мо­мент его раз­де­ле­ния, а так­же от­но­си­тель­ная крат­ко­вре­мен­ность про­цес­са. Па­ра­мет­ром, ха­рак­те­ри­зую­щим по­ка­за­тель цен­тро­беж­но­го раз­де­ле­ния, яв­ля­ет­ся цен­тро­беж­ный фак­тор (К_ц), он же цен­тро­беж­ный кри­те­рий Фру­да (Fr_ц), яв­ляю­щий­ся от­но­ше­ни­ем цен­тро­беж­ной си­лы, дей­ст­вую­щей на час­ти­цу в цен­тро­беж­ном по­ле, к си­ле тя­же­сти, дей­ст­вую­щей на ту же час­ти­цу в гра­ви­тац. по­ле. Цен­три­фу­ги, для ко­то­рых К_ц ме­нее 4000, ус­лов­но на­зы­ва­ют нор­маль­ны­ми цен­три­фу­га­ми, при К_ц от 4000 до де­сят­ков тысяч – сверх­цен­три­фу­га­ми. Ско­рость О. час­ти­цы в цен­тро­беж­ном по­ле мо­жет быть по­лу­че­на из ско­ро­сти О. час­ти­цы в гра­ви­тац. по­ле, ум­но­жен­ной на К_ц.

Ци­клон­ные про­цес­сы О. осу­ще­ст­в­ля­ют в ци­кло­нах и гид­ро­ци­кло­нах, в ко­то­рых соз­да­ёт­ся два вра­щаю­щих­ся по­то­ка: ни­схо­дя­щий, в ко­то­ром про­ис­хо­дит вы­де­ле­ние дис­перс­ной фа­зы, и вос­хо­дя­щий, уда­ляю­щий очи­щен­ную жид­кость из ап­па­ра­та. Гид­ро­ци­клон­ные ап­па­ра­ты про­сты и дё­ше­вы в из­го­тов­ле­нии, на­дёж­ны в экс­плуа­та­ции, об­ла­да­ют вы­со­кой про­из­во­ди­тель­но­стью, ком­пакт­ны; при их ис­поль­зо­ва­нии про­цес­сы раз­де­ле­ния лег­ко ав­то­ма­ти­зи­ру­ют­ся, со­блю­да­ют­ся не­об­хо­ди­мые са­ни­тар­но-ги­гие­нич. нор­мы. Для уве­ли­че­ния ка­че­ст­ва раз­де­ле­ния диа­метр ци­кло­нов и гид­ро­ци­кло­нов мо­жет быть умень­шен, а для обес­пе­че­ния не­об­хо­ди­мой про­из­во­ди­тель­но­сти они объ­е­ди­ня­ют­ся в ком­плек­сы с еди­ным вхо­дом – ба­та­реи. Зна­че­ния К_ц в ци­клон­ных и гид­ро­ци­клон­ных ап­па­ра­тах из­ме­ня­ют­ся от 500 до 2000, но мо­гут дос­ти­гать и 5000 (муль­ти­гид­ро­ци­кло­ны). 

О. за счёт элек­трич. сил осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в элек­тро­оса­ди­те­лях (элек­тро­фильт­рах). Раз­де­ле­нию под­вер­га­ют­ся дис­перс­ные сис­те­мы с раз­ме­ром час­тиц дис­перс­ной фа­зы ме­нее 10 мкм: ту­ма­ны (мок­рые элек­тро­оса­ди­те­ли) и ды­мы (су­хие элек­тро­оса­ди­те­ли). Прин­цип элек­тро­оса­ж­де­ния за­клю­ча­ет­ся в том, что га­зо­вый по­ток, со­дер­жа­щий дис­перс­ные час­ти­цы, ио­ни­зи­ру­ют. Раз­ли­ча­ют ио­ни­за­цию са­мо­стоя­тель­ную (за счёт ко­рон­но­го раз­ря­да ме­ж­ду элек­тро­да­ми при дос­ти­же­нии вы­со­кой раз­но­сти по­тен­циа­лов на элек­тродах) и не­са­мо­стоя­тель­ную (под дей­ст­ви­ем рент­ге­нов­ских, УФ-лу­чей, час­тиц ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да и др.). Из-за не­га­тив­но­го влия­ния на ок­ру­жаю­щую сре­ду и об­слу­жи­ваю­щий пер­со­нал не­са­мо­стоя­тель­ная ио­ни­за­ция ис­поль­зу­ет­ся зна­чи­тель­но ре­же, чем са­мо­стоя­тель­ная. При элек­тро­оса­ж­де­нии час­ти­цы при­об­ре­та­ют от­ри­ца­тель­ный за­ряд и пе­ре­ме­ща­ют­ся к по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­но­му элек­тро­ду – стен­ке элек­тро­оса­ди­те­ля, где раз­ря­жа­ют­ся и пе­реме­ща­ют­ся в сбор­ник. Элек­тро­за­тра­ты на элек­тро­оса­ж­де­ние из 1000 м³ га­за – 0,5–0,8 кВт·ч. Гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ние элек­тро­оса­ди­те­лей не­зна­чи­тель­ное (50–200 Па).

О. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют для очи­ст­ки га­зо­вых или жид­ких дис­перс­ных сис­тем от за­гряз­няю­щих твёр­дых час­тиц или взве­шен­ных ка­пель жид­ко­сти, а так­же для вы­де­ле­ния из га­зо­вых или жид­ких фаз цен­ных ком­по­нен­тов.