Процессы получения неоднородных систем

Неоднородными или гетерогенными системами называют системы, состоящие из двух и более нескольких фаз. Большинство промышленных химико-технологических процессов относится к гетерогенным.

Механизм гетерогенных процессов сложен, т.к. представляет собой совокупность взаимосвязанных физико-химических явлений и химических реакции или только физико-химических явлений. Увеличение движущей силы гетерогенного процесса достигается повышением концентрации реагирующих веществ, проведением процесса при оптимальных температурах, давлении и т.п., максимальным развитием межфазной поверхности, влиянием на гидродинамические условия процесса.

Процессы, основанные на взаимодействии газообразных и жидких фаз (Г-Ж), широко используются в химической и смежных с ней отраслях промышленности. Процессы с участием твердых и жидких фаз также служат основой многих производств.

Любая неоднородная бинарная система состоит из дисперсной (внутренней) фазы и дисперсионной среды или сплошной (внешней) фазы, в которой распределены частицы дисперсионной фазы.

В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Суспензии – неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц (МКМ) суспензии условно делят на грубые (более 100), тонкие (0,5-100) и мелкие (0,1-0,5)

Эмульсии – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой. Размер частиц дисперсной фазы может колебаться в широких пределах. Под действием силы тяжести эмульсии расслаиваются, но при незначительных размерах капель (менее 0,4 – 0,5 МКМ) или при добавлении стабилизаторов эмульсии становятся устойчивыми и долго не расслаиваются. С увеличением концентрации дисперсной фазы появляется возможность обращения (ниверсии) фаз.

Пены – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа, эти газо - жидкостные системы по своим свойствам близки к эмульсиям.

Пыли и дымы – системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого вещества. Пыли образуются обычно при механическом распределении частиц в газе (при давлении, смешивании, транспортировке твердых материалов и др.). Размеры частиц пылей – 3 – 70 МКМ. Дымы получаются в процессах конденсации паров (газов) при переходе их в жидкое состояние или твердое, при этом образуются твердые взвешенные в газе частицы 0,3 – 5 МКМ. При образовании дисперсной фазы из частиц жидкости примерно таких же размеров (0,3 – 5 МКМ) возникают системы, называемые туманами. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы, называемые аэрозолями.

Для приготовления эмульсий, суспензий, а также для интенсификации химических, тепловых, диффузионных процессов широко применяется перемешивание в жидких средах. В последнем случае перемешивание осуществляется непосредственно в предназначенном для проведения этих процессов аппаратах, снабженных перемешивающими устройствами.

Способы перемешивания определяются агрегатным состоянием перемешиваемых материалов и целью перемешивания.

Независимо от того, какая среда смешивается с жидкостью – газ, жидкость или твердое сыпучее вещество – различают два основных способа: механический (с помощью мешалок различных конструкций, и пневматический (сжатый воздухом или инертным газом).

Кроме того, применяют перемешивание в трубопроводах, куда помещают винтовые насадки, специальные вставки и с помощью сопел и насосов. Наиболее важными характеристиками перемешивающих устройств являются 1) эффективность; 2) интенсивность.

Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена по-разному в зависимости от цели перемешивания.

Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированной продолжительности процесса.

Для экономичного проведения процесса надо, чтобы требуемый эффект перемешивания достигался за наиболее короткое время. При оценке расхода энергии перемешивающим устройством следует учитывать общий расход энергии за время, необходимое для получения заданного результата перемешивания.