Formula puta je formula života. Život je putovanje u najnepoznatiji kutak na cijelom svijetu – Vas samog. Niko ne zna njihove granice. A siguran sam da ih uopšte nema. Ne znam šta ću poneti sa sobom na putu, čega ću se odreći, čega ne primetiti, zbog čega ću plakati, smejati se, kajati se. I

Metode odvajanja heterogenih sistema: sedimentacija, filtracija, centrifugiranje, mokra separacija.

Padavine je proces razdvajanja u kojem se čvrste i tečne čestice suspendirane u tekućini ili plinu odvajaju od kontinuirane faze pod utjecajem gravitacije, centrifugalne sile, inercijskih sila i električnih sila.

Filtracija- proces odvajanja pomoću porozne pregrade koja može propustiti tekućinu ili plin, ali zadržava

suspendovane čestice. Pokretačka snaga procesa je razlika u pritisku.

Mokro čišćenje gasom- proces hvatanja čestica suspendovanih u gasu bilo kojom tečnošću, pod uticajem gravitacionih ili inercionih sila, a koristi se za prečišćavanje gasova i odvajanje suspenzija.

CENTRIFUGATION– razdvajanje u polju centrifugalnih sila tečnih disperznih sistema sa česticama većim od 100 nm. Koristi se za odvajanje komponentnih faza (tečnost – centarat ili filtrat, čvrsta materija – sediment) od dvokomponentnih (suspenzija, emulzija) i trokomponentnih (emulzija koja sadrži čvrstu fazu) sistema.

U praksi centrifugiranja koriste se dvije metode odvajanja tečnih heterogenih sistema: centrifugalna filtracija i centrifugalna sedimentacija. U prvom slučaju, centrifuge se izrađuju sa perforiranim rotorom, na čiju je unutrašnju stijenku (ljusku) postavljena filterska pregrada - centrifuge za filtriranje, u drugom - sa rotorom za taloženje koji ima čvrstu školjku - centrifuge za taloženje. Proizvode se i kombinovane centrifuge za taloženje-filtriranje, koje kombinuju oba principa separacije.

2. 2. Faktori koji utiču na brzinu taloženja čestica.

Brzina SEDIMENTACIJE ovisi o fizičkim svojstvima dispergirane i dispergirane faze, koncentraciji dispergirane faze i temperaturi. Brzina SEDIMENTACIJE individualne sfere čestice su opisane Stoksovom jednačinom:

Woc = /18μc ;

gdje je Woc brzina slobodnog taloženja sferne čvrste čestice, m/s;

d – prečnik čestice, m; ρt – gustina čvrstih čestica, kg/m3;

ρs – gustina medija, kg/m3; μs – dinamički viskozitet medija, Pa.s.

Stokesova jednadžba je primjenjiva samo na striktno laminarni način kretanja čestica, kada je Reynoldsov broj Re< 1,6, и не учитывает ортокинетич, коагуляцию, поверхностные явления, влияние изменения концентрации твердой фазы, роль стенок сосуда и др. факторы.

Za čestice nepravilnog oblika, brzina slijeganja je manja, pa se stoga brzina izračunata za sferičnu česticu mora pomnožiti s faktorom korekcije φ, koji se naziva koeficijent oblika (ili faktor).

W= φ* W oc ball .

Gdje W– brzina taloženja čvrstih čestica proizvoljnog oblika, m/s;

φ – faktor oblika.

Koeficijenti oblika čestica:

Kubni, φ = 0,806;

Duguljasto, φ = 0,58 - okruglo, φ = 0,69;

Lamela, φ = 0,43 - ugaona, φ = 0,66;

3. 3. Procesi flotacije.

Flotacija se koristi za uklanjanje nerastvorljivih dispergovanih nečistoća iz otpadnih voda, koje se spontano ne talože dobro. U nekim slučajevima, flotacija se također koristi za uklanjanje topljivih tvari (na primjer, surfaktanata).

Razlikuju se sljedeće metode flotacijske obrade otpadnih voda:

Sa oslobađanjem zraka iz otopina;

Sa mehaničkom disperzijom zraka;

Sa dovodom zraka kroz porozne materijale;

Electroflotation;

Hemijska flotacija.

Flotacija s oslobađanjem zraka iz otopina koristi se za pročišćavanje otpadnih voda koje sadrže vrlo male čestice zagađivača. Suština metode je stvaranje prezasićene otopine zraka u otpadnoj tekućini. Kada se pritisak smanji, iz rastvora se oslobađaju mjehurići zraka koji plutaju zagađivače.

U zavisnosti od načina stvaranja prezasićenog rastvora vazduha u

voda se razlikuje: - vakuum; - pritisak; - flotacija vazdušnim transportom.

U vakuumskoj flotaciji, otpadna voda se prethodno zasićena zrakom pod atmosferskim tlakom u komori za aeraciju, a zatim šalje u flotacionu komoru, gdje vakuum pumpa održava vakuum od 30 - 40 kPa. Sićušni mjehurići koji se oslobađaju u komori uklanjaju neke od zagađivača. Proces flotacije traje oko 20 minuta.

Prednosti ove metode su:

Formiranje plinskih mjehurića i njihovo prianjanje na čestice, koje se događa u mirnom okruženju;

Potrošnja energije za proces je minimalna.

Nedostaci:

Postoji neznatan stepen zasićenosti otpadne vode mjehurićima plina, pa se ova metoda ne može koristiti pri visokim koncentracijama suspendiranih čestica, ne većim od 250 - 300 mg/l);

Potreba za konstruisanjem hermetički zatvorenih flotacionih rezervoara i postavljanjem mehanizama za struganje u njih.

Tlačne jedinice su češće od vakuumskih, jednostavne su i pouzdane u radu. Flotacija pod pritiskom omogućava prečišćavanje otpadnih voda sa koncentracijom suspendovanih materija do – 5 g/l. Da bi se povećao stepen prečišćavanja, vodi se ponekad dodaju koagulansi.

Proces se odvija u dvije faze:

1) zasićenje vode vazduhom pod pritiskom;

2) oslobađanje rastvorenog gasa pod atmosferskim pritiskom.

Mehaničko raspršivanje zraka u flotacijskim postrojenjima osiguravaju turbine tipa pumpe - impeleri, koji su disk sa lopaticama okrenutim prema gore. Ovakve instalacije se široko koriste za prečišćavanje otpadnih voda sa visokim sadržajem suspendovanih čestica (više od 2 g/l). Kada se impeler okreće, u tečnosti nastaje veliki broj malih vrtložnih tokova koji se raspadaju u mjehuriće određene veličine. Stepen efikasnosti mlevenja i čišćenja zavisi od brzine rotacije radnog kola: što je veća brzina, to je manji mehur i veća je efikasnost procesa.

5. 4.Ionska izmjena

zasniva se na procesu razmene između jona u rastvoru i jona prisutnih na površini čvrste faze – jonskog izmenjivača. Ove metode omogućavaju ekstrakciju i korištenje vrijednih nečistoća: jedinjenja arsena i fosfora, hroma, cinka, olova, bakra, žive i drugih metala, kao i surfaktanata i radioaktivnih supstanci. Jonski izmjenjivači se dijele na kationske i anionske. Kationi se izmjenjuju na kationskim izmjenjivačima, a anjoni se izmjenjuju na anjonskim izmjenjivačima. Ova razmjena se može predstaviti kao sljedeći dijagram. Kationski izmjenjivač: Me+ + H[K] → Me[K] + H+.

Anionski izmjenjivač: SO – 24 + 2[A]OH → [A]2SO4 + 2OH- Karakteristika jonskih izmjenjivača je reverzibilna priroda reakcija jonske izmjene. Stoga je moguće „ukloniti“ ione „posađene“ na jonski izmjenjivač obrnutom reakcijom. Da bi se to postiglo, kationski izmjenjivač se ispere otopinom kiseline, a anionski izmjenjivač alkalnom otopinom. Na ovaj način se vrši regeneracija jonskih izmjenjivača.

Za prečišćavanje otpadnih voda jonskom izmjenom koriste se periodični i kontinuirani filteri. Periodični filter je zatvoreni cilindrični rezervoar sa proreznim drenažnim uređajem koji se nalazi na dnu, koji obezbeđuje jednoliku drenažu vode po celom poprečnom preseku filtera.

Visina sloja za punjenje jonskog izmjenjivača je 1,5 – 2,5 m. Filter može raditi u paralelnom ili protustrujnom krugu. U prvom slučaju i otpadna voda i otopina za regeneraciju se dovode odozgo, u drugom slučaju otpadna voda se dovodi odozdo, a otopina za regeneraciju odozgo.

Na rad filtera za izmjenu jona uvelike utiče sadržaj suspendiranih čestica u dovedenoj otpadnoj vodi. Stoga se voda prije ulaska u filter podvrgava mehaničkom pročišćavanju.

Varijanta metode ionske izmjene i tretmana otpadnih voda je elektrodijaliza - ovo je metoda odvajanja jona pod djelovanjem elektromotorne sile stvorene u otopini na obje strane membrane koja ga razdvaja. Proces separacije se provodi u elektrodijalizatoru. Pod uticajem jednosmerne električne struje, kationi, krećući se ka katodi, prodiru kroz membrane za kationsku izmjenu, ali ih membrane za izmjenu anjona zadržavaju, a anjoni, krećući se prema anodi, prolaze kroz membrane za izmjenu anjona, ali se zadržavaju. putem kationskih izmjenjivačkih membrana.

Kao rezultat toga, joni iz jednog reda komora se uklanjaju u susjedni red komora. Voda pročišćena od soli ispušta se kroz jedan kolektor, a koncentrirani rastvor kroz drugi.

Elektrodijalizatori se koriste za uklanjanje soli otopljenih u otpadnoj vodi. Optimalna koncentracija soli je 3 – 8 g/l. Svi elektrodijalizatori koriste elektrode napravljene prvenstveno od platiniziranog titanijuma.

14. 5. Koagulacija, flokulacija. Područje primjene.

Koagulacija je proces uvećanja dispergovanih čestica kao rezultat njihove interakcije i povezivanja u agregate. U tretmanu otpadnih voda, koagulacija se koristi za ubrzavanje procesa taloženja finih nečistoća i emulgiranih tvari. Najefikasniji je za uklanjanje koloidnih dispergovanih čestica iz vode, tj. čestice veličine 1-100 mikrona. U procesima pročišćavanja otpadnih voda, koagulacija nastaje pod utjecajem posebnih tvari koje im se dodaju - koagulanata. Koagulansi u vodi formiraju ljuspice metalnih hidroksida, koje se brzo talože pod utjecajem gravitacije. Pahuljice imaju sposobnost da hvataju koloidne i suspendirane čestice i agregiraju ih. Jer Budući da koloidna čestica ima slab negativan naboj, a koagulantne ljuspice slabo pozitivno, između njih nastaje međusobna privlačnost. Kao koagulansi obično se koriste soli aluminija i željeza ili njihove mješavine. Izbor koagulanta zavisi od njegovog sastava, fizičko-hemijskih svojstava, koncentracije nečistoća u vodi i pH sastava soli vode. Aluminijum sulfat i aluminijum hidrohlorid se koriste kao koagulansi. Od soli željeza, željezni sulfat i željezni hlorid, a ponekad i njihove mješavine, koriste se kao koagulant.

Flokulacija je proces agregacije suspendiranih čestica kada se u otpadnu vodu dodaju visokomolekularna jedinjenja - flokulanti. Za razliku od koagulanata, tokom flokulacije agregacija nastaje ne samo direktnim kontaktom čestica, već i kao rezultat interakcije molekula adsorbiranih na česticama koagulanta. Flokulacija se provodi kako bi se intenzivirao proces formiranja pahuljica aluminij i željeznog hidroksida kako bi se povećala brzina njihovog taloženja. Upotreba flokulanata omogućava smanjenje doze koagulanata, smanjenje trajanja procesa koagulacije i povećanje brzine taloženja nastalih flokula. Za prečišćavanje otpadnih voda koriste se i prirodni i sintetički flokulanti. Prirodni su škrob, eteri, celuloza itd. Najaktivniji flokulant je silicijum dioksid. Od sintetičkih organskih flokulanata, u našoj zemlji se najviše koristi poliakrilamid. Mehanizam djelovanja flokulanta zasniva se na sljedećim pojavama: adsorpcija molekula flokulanta na površini koloidnih čestica, formiranje mrežne strukture molekula flokulanta, adhezija koloidnih čestica zbog van der Waalsovih sila. Pod djelovanjem flokulanta između koloidnih čestica nastaju trodimenzionalne strukture koje su sposobne za brže i potpunije odvajanje od tekuće faze. Razlog za pojavu ovakvih struktura je adsorpcija flokulantnih makromolekula na nekoliko čestica uz formiranje polimernih mostova između njih. Koloidne čestice su negativno nabijene, što pospješuje proces međusobne koagulacije s aluminij ili željeznim hidroksidom.

24. 6.Adsorpcija. Definicija. Područje primjene

Adsorpcija– proces selektivne apsorpcije jedne ili više komponenti iz mješavine plina ili tekućine površinom čvrstog apsorbera. Gasovita ili tečna faza u kojoj se nalazi komponenta koja se uklanja naziva se nosač (nosač ili tečnost nosača). Apsorbirana tvar je adsorbent, apsorbirana tvar je adsorbat, a čvrsto tijelo (apsorbent) je adsorbent.

Metode adsorpcije imaju široku primjenu za dubinsko prečišćavanje otpadnih voda od otopljenih organskih supstanci nakon biohemijskog tretmana, kao i u lokalnim instalacijama ako je koncentracija ovih supstanci u vodi niska i ne razgrađuju se ili su visoko toksične. Upotreba lokalnih instalacija je preporučljiva ako je tvar dobro adsorbirana uz nisku specifičnu potrošnju adsorbenta.

Adsorpcija se koristi za neutralizaciju otpadnih voda od fenola, herbicida, pesticida, aromatičnih nitro spojeva, surfaktanata, boja itd.

Prednost metode je njena visoka efikasnost, sposobnost prečišćavanja otpadnih voda koje sadrže više supstanci, kao i oporavak ovih supstanci.

26. 7.APSorpcija. Definicija. Područje primjene

Apsorpcija je proces apsorpcije gasova ili para iz gasa ili mešavine para i gasa tečnim apsorberima. Ovaj proces je selektivan i reverzibilan.

Dvije faze su uključene u procese apsorpcije - gas i tečnost. Gasna faza se sastoji od neapsorbirajućeg plina nosača i jedne ili više komponenti koje se mogu apsorbirati. Tečna faza je rastvor apsorbovane (ciljne) komponente u tečnom apsorberu. Tokom fizičke apsorpcije, nosač plina i apsorber tekućine su inertni u odnosu na komponentu prijenosa i jedan u odnosu jedan prema drugom.

Predložene su mnoge metode za pročišćavanje izduvnih plinova od sumpor-dioksida, ali su samo neke od njih našle primjenu u praksi. To je zbog činjenice da su zapremine ispušnih plinova velike, a koncentracija SO2 u njima niska; plinove karakteriziraju visoke temperature i značajan sadržaj prašine. Za apsorpciju se mogu koristiti voda, vodeni rastvori i suspenzije soli alkalnih i zemnoalkalnih metala.

U zavisnosti od karakteristika interakcije između apsorbera i komponente ekstrahovane iz gasne mešavine, metode apsorpcije se dele na metode zasnovane na zakonima fizičke apsorpcije i metode apsorpcije praćene hemijskom reakcijom u tečnoj fazi (hemisorpcija).

36. 8.Fizička i hemijska apsorpcija.

At fizička apsorpcija otapanje plina nije praćeno kemijskom reakcijom (ili barem ova reakcija nema primjetan učinak na proces). U ovom slučaju postoji manje ili više značajan ravnotežni pritisak komponente iznad rastvora, a apsorpcija potonje se dešava samo sve dok je njen parcijalni pritisak u gasnoj fazi veći od ravnotežnog pritiska iznad rastvora. U ovom slučaju, potpuna ekstrakcija komponente iz gasa je moguća samo uz protivstrujno strujanje i dovođenje čistog apsorbera koji ne sadrži komponentu u apsorber. Tokom fizičke apsorpcije, energija interakcije između molekula gasa i apsorbenta u rastvoru ne prelazi 20 kJ/mol.

At hemisorpcija(apsorpcija praćena hemijskom reakcijom) apsorbovana komponenta se vezuje u tečnu fazu u obliku hemijskog jedinjenja. U ireverzibilnoj reakciji, ravnotežni pritisak komponente iznad rastvora je zanemariv i moguća je njena potpuna apsorpcija. Tokom reverzibilne reakcije, primetan je pritisak komponente iznad rastvora, iako manji nego tokom fizičke apsorpcije. Molekuli rastvorenog gasa reaguju sa aktivnom komponentom apsorbenta - hemisorbentom (energija interakcije molekula je veća od 25 kJ/mol) ili dolazi do disocijacije ili asocijacije molekula gasa u rastvoru. Opcije srednje apsorpcije karakteriše energija interakcije molekula od 20-30 kJ/mol. Takvi procesi uključuju otapanje sa stvaranjem vodonične veze, posebno apsorpciju acetilena dimetilformamidom.

38. 9. Tretman otpadnih voda ekstrakcijom.

Tekuća ekstrakcija se koristi za pročišćavanje otpadnih voda koje sadrže fenole, ulja, organske kiseline, ione metala itd.

Izvodljivost korištenja ekstrakcije za tretman otpadnih voda određena je koncentracijom organskih nečistoća u njoj.

Prečišćavanje otpadnih voda ekstrakcijom se sastoji od tri faze.

Faza 1– intenzivno miješanje otpadnih voda sa ekstratantom (organskim rastvaračem). U uslovima razvijene kontaktne površine između tečnosti nastaju dve tečne faze. Jedna faza - ekstrakt - sadrži ekstrahiranu supstancu i ekstraktant, druga - rafinat - otpadnu vodu i ekstraktant.

2 s– odvajanje ekstrakta i rafinata; 3- regeneracija ekstrakata iz ekstrakta i rafinata.

Da bi se sadržaj otopljenih nečistoća smanjio na koncentracije ispod maksimalno dozvoljenih granica, potrebno je pravilno odabrati ekstrakant i brzinu njegovog dovoda u otpadne vode. Prilikom odabira rastvarača treba uzeti u obzir njegovu selektivnost, fizička i kemijska svojstva, cijenu i moguće metode regeneracije.

Potreba za ekstrakcijom ekstrakta iz ekstrakta je zbog činjenice da se mora vratiti u proces ekstrakcije. Regeneracija se može izvesti sekundarnom ekstrakcijom sa drugim rastvaračem, kao i isparavanjem, destilacijom, hemijskom reakcijom ili taloženjem. Nemojte regenerisati ekstraktor ako nema potrebe da ga vratite u ciklus.

39. 10. Procesi elektrohemijske oksidacije i redukcije.

Za pročišćavanje otpadnih voda od različitih topljivih i dispergiranih nečistoća koriste se procesi anodne oksidacije i katodne redukcije, elektrokoagulacije, elektroflokulacije i elektrodijalize. Svi ovi procesi nastaju na elektrodama kada se jednosmjerna električna struja propušta kroz otpadnu vodu. Elektrohemijske metode omogućavaju ekstrakciju vrijednih proizvoda iz otpadnih voda pomoću relativno jednostavne automatizirane tehnološke sheme pročišćavanja, bez upotrebe kemijskih reagensa. Glavni nedostatak ovih metoda je velika potrošnja energije.

Prečišćavanje otpadnih voda elektrohemijskim metodama može se provoditi periodično ili kontinuirano.

41. 11.Procesi elektrokoagulacije, elektroflotacije, elektrodijalize

Elektrokoagulacija. Kada otpadna voda prolazi kroz međuelektrodni prostor elektrolizera, dolazi do elektrolize dna, polarizacije čestica, elektroforeza, redoks procesa i međusobne interakcije produkata elektrolize. Kod upotrebe nerastvorljivih elektroda može doći do koagulacije kao posljedica elektroforetskih pojava i pražnjenja nabijenih čestica na elektrodama, stvaranja tvari u otopini (klor, kisik) koje uništavaju solvatacijske soli na površini čestica. Ovaj proces se može koristiti za prečišćavanje vode sa niskim sadržajem koloidnih čestica i niskom stabilnošću kontaminanata. Za pročišćavanje industrijskih otpadnih voda koje sadrže visoko postojane zagađivače, elektroliza se provodi pomoću rastvorljivih čeličnih ili aluminijskih anoda. Pod uticajem struje, metal se otapa, usled čega u vodu prelaze kationi gvožđa ili aluminijuma, koji pri susretu sa hidroksidnim grupama formiraju metalne hidrokside u obliku pahuljica. Dolazi do intenzivne koagulacije.

Prednosti metode elektrokoagulacije: kompaktne instalacije i jednostavnost rada, bez potrebe za reagensima, niska osjetljivost na promjene uslova procesa čišćenja (temperatura, pH, prisustvo toksičnih supstanci), proizvodnja mulja dobrih strukturnih i mehaničkih svojstava. Nedostatak ove metode je povećana potrošnja metala i električne energije. Elektrokoagulacija se koristi u prehrambenoj, hemijskoj i industriji celuloze i papira.

Elektroflotacija. U ovom procesu, otpadna voda se pročišćava od suspendiranih čestica pomoću mjehurića plina koji nastaju tokom elektrolize vode. Na anodi se pojavljuju mjehurići kisika, a na katodi mjehurići vodonika. Uzdižući se u otpadnoj vodi, ovi mehurići plutaju suspendovane čestice. Prilikom upotrebe rastvorljivih elektroda formiraju se ljuspice koagulanata i mjehurići plina, što doprinosi efikasnijoj flotaciji.

Elektrodijaliza je metoda razdvajanja jona pod utjecajem elektromotorne sile stvorene u otopini na obje strane membrane koja je razdvaja. Proces separacije se provodi u elektrodijalizatoru. Pod uticajem jednosmerne električne struje, kationi, krećući se ka katodi, prodiru kroz membrane za kationsku izmjenu, ali ih membrane za izmjenu anjona zadržavaju, a anjoni, krećući se prema anodi, prolaze kroz membrane za izmjenu anjona, ali se zadržavaju. putem kationskih izmjenjivačkih membrana. Kao rezultat toga, joni iz jednog reda komora se uklanjaju u susjedni red komora.

43. 12.Membranski procesi

Reverzna osmoza i ultrafiltracija su procesi filtriranja rastvora kroz polupropusne membrane pod pritiskom većim od osmotskog. Membrane dozvoljavaju molekulima rastvarača da prođu kroz njih, zadržavajući otopljene tvari. Reverznom osmozom se odvajaju čestice (molekule, hidratizirani ioni) čija veličina ne prelazi veličinu molekula otapala. Kod ultrafiltracije, veličina pojedinačnih čestica d h je red veličine veći.

Reverzna osmoza, čiji je dijagram prikazan na dijagramu, široko se koristi za desalinizaciju vode u sistemima za prečišćavanje vode termoelektrana i preduzeća različitih industrija (poluprovodnici, slikovne cijevi, lijekovi, itd.); Posljednjih godina počinje se koristiti za prečišćavanje nekih industrijskih i komunalnih otpadnih voda.

Najjednostavnija instalacija reverzne osmoze sastoji se od pumpe visokog pritiska i modula (membranskog elementa) povezanih u seriju.

Efikasnost procesa ovisi o svojstvima korištenih membrana. Moraju imati sljedeće prednosti: visoku sposobnost razdvajanja (selektivnost), visoku specifičnu produktivnost (propusnost), otpornost na utjecaje okoline, stalne karakteristike tokom rada, dovoljnu mehaničku čvrstoću, nisku cijenu.

Za ultrafiltraciju je predložen drugi mehanizam razdvajanja. Otopljene tvari se zadržavaju na membrani jer je veličina njihovih molekula veća od veličine pora, ili zbog trenja molekula o stijenke pora membrane. U stvarnosti, složeniji fenomeni se javljaju u procesu reverzne osmoze i ultrafiltracije.

Proces membranske separacije zavisi od pritiska, hidrodinamičkih uslova i dizajna aparata, prirode i koncentracije otpadne vode, sadržaja nečistoća u njoj, kao i temperature. Povećanje koncentracije otopine dovodi do povećanja osmotskog tlaka otapala, povećanja viskoznosti otopine i povećanja koncentracijske polarizacije, odnosno do smanjenja propusnosti i selektivnosti. Priroda otopljene tvari utječe na selektivnost. Uz istu molekulsku masu, anorganske tvari se bolje zadržavaju na membrani od organskih.

45. 13. Raspršivanje štetnih materija u atmosferi.

Kako bi se osiguralo da koncentracija štetnih tvari u prizemnom sloju atmosfere ne prelazi maksimalno dopuštenu maksimalnu pojedinačnu koncentraciju, emisije prašine i plinova se raspršuju u atmosferu kroz visinske cijevi. Distribucija industrijskih emisija koje se emituju iz dimnjaka u atmosferu pokorava se zakonima turbulentne difuzije. Na proces disperzije emisije značajno utiču stanje atmosfere, lokacija preduzeća, priroda terena, fizička svojstva emisije, visina cevi, prečnik ušća itd. Horizontalno kretanje nečistoća je određeno uglavnom brzinom vjetra, a vertikalno kretanje je određeno distribucijom temperature u vertikalnom smjeru.

Kako se udaljavate od cijevi u smjeru širenja industrijskih emisija, koncentracija štetnih tvari u prizemnom sloju atmosfere prvo raste, dostiže maksimum, a zatim polako opada, što nam omogućava da govorimo o prisutnosti tri zone nejednakog atmosferskog zagađenja: zona prenosa emisionog pljuska, koju karakteriše relativno nizak sadržaj štetnih materija u prizemnom sloju atmosfere; dimna zona - zona maksimalnog sadržaja štetnih materija i zona postepenog smanjenja nivoa zagađenja.

Prema trenutnoj metodologiji, minimalna visina H min jednocijevne cijevi za raspršivanje gasno-vazduh emisija čija je temperatura veća od temperature okoline određena je formulom

H min =√AMk F mn/MPC 3 √1/QΔT,

gdje je A koeficijent koji ovisi o temperaturnom gradijentu atmosfere i određuje uvjete za vertikalnu i horizontalnu disperziju štetnih tvari. U zavisnosti od meteoroloških uslova za suptropski pojas Centralne Azije A=240; za Kazahstan, region Donje Volge, Kavkaz, Moldaviju, Sibir, Daleki istok i druge regione Centralne Azije - 200; Sjever i sjeverozapad europske teritorije SSSR-a, regije Srednjeg Volga, Urala i Ukrajine - 160; Centralni dio evropske teritorije SSSR-a - 120;

M je količina štetne tvari koja se emituje u atmosferu, g/s;

Q je zapreminski protok gasno-vazdušne mešavine izbačene iz svih cevi, m 3 /s;

k F je koeficijent koji uzima u obzir brzinu taloženja suspendovanih emisijskih čestica u atmosferi. Za gasove k F =1, za prašinu kada je efikasnost čišćenja postrojenja za tretman gasa veća od 0,90-2,5 i manja od 0,75-3;

ΔT je temperaturna razlika između emitirane mješavine plina i zraka i okolnog atmosferskog zraka. Temperatura ambijentalnog vazduha je uzeta na osnovu prosječne temperature najtoplijeg mjeseca u 13:00;

m i n su bezdimenzionalni koeficijenti koji uzimaju u obzir uslove za izlaz gasno-vazdušne mešavine iz ušća izvora emisije.

Sažetak na temu:

Taloženje čestica

Stopa taloženja čestica

Pod riječju "čestica" pristajemo da podrazumijevamo (ako se o tome raspravlja) velike makromolekule proteina ili nukleinskih kiselina.

1. Pri istoj gustoći, veće čestice se talože mnogo brže od malih.

2. Brzina sedimentacije (“sedimentacija”) raste sa povećanjem gustine čestica. Ovo je posebno izraženo u uslovima kada je gustina medija bliska gustini čestice. Moguće je da će se male, ali gušće čestice taložiti brže od većih.

3. Brzina taloženja čestica je proporcionalna kvadratu okretaja rotora u minuti.

4. Što je viskoznost medija veća, to je sporije taloženje čestica.

5. Brzina sedimentacije je proporcionalna udaljenosti čestice od ose rotacije rotora. Ova udaljenost se povećava kako se čestica kreće duž ose epruvete, stoga, ako su ostali uvjeti konstantni, brzina sedimentacije treba kontinuirano (iako polako) rasti. Ako to nije poželjno, tada treba povećati gustoću ili viskoznost medija u radijalnom smjeru kako bi se kompenziralo povećanje radijusa rotacije.

Ima smisla uvesti koncept „gustine plutanja“ čestica. Činjenica je da je gustoća čestice koja se manifestira tijekom ultracentrifugiranja određena ne samo njenim kemijskim sastavom i prostornom strukturom. Na primjer, jako ovisi o stupnju "hidratacije" čestice - količini vode koja je čvrsto vezana za nju. Ova voda se kreće zajedno sa česticom, značajno smanjujući njenu efektivnu gustinu. Količina ove vode primjetno se smanjuje u prisustvu visokih koncentracija jona ili drugih hidrofilnih molekula koji također vezuju vodu (nema dovoljno slobodne vode!). S druge strane, neki joni ili molekuli mogu se i sami snažno vezati za čestice, povećavajući njihovu efektivnu gustinu.

Stoga, za datu vrstu čestica koje se talože u datom mediju, uvodi se koncept „gustine plutanja“. Može se eksperimentalno odrediti mjerenjem gustine medija u tački gdje se kretanje čestice zaustavlja zbog jednakosti zagrada u formuli 1 prema nuli (vidi dolje - „ravnotežno ultracentrifugiranje“).

Konačno, odstupanje oblika čestica od sfernog takođe utiče (ne jako) na brzinu njihovog taloženja. S tim u vezi, vrijedi podsjetiti da se i makromolekule proteina i molekule dovoljno visokopolimernih nukleinskih kiselina u otopini savijaju u haotične kuglice čiji je oblik blizak sfernom.

Odvojeno taloženje čestica

Pretpostavimo da je iz homogenata ćelija, već oslobođenih centrifugiranjem malom brzinom iz jezgra, mitohondrija i fragmenata vanjske membrane, potrebno izolovati ribozome, unutrašnje membrane i još manje čestice. Moguće je odabrati umjerenu brzinu rotacije kutnog rotora (sa značajnom zapreminom epruveta) tako da će samo najveće čestice, čak i one koje su se u početku nalazile u blizini meniskusa, pasti u sediment. Manje čestice ostat će gotovo u potpunosti u supernatantu, s izuzetkom onih koje su već od samog početka bile na dnu epruvete - postaće dio sedimenta. Za dobro prečišćavanje velikih čestica, supernatant se pažljivo drenira, sediment se ponovo suspenduje (u puferu) u punom volumenu epruvete i ponovo centrifugira pod istim uslovima. Ova operacija se može ponoviti 2-3 puta, nakon čega će sediment biti gotovo homogen. Ovdje postoji jedna suptilna tačka koja se odnosi na suspenziju sedimenata. Stvaranje grudica suspendiranih u tekućini je krajnje nepoželjno. Možda se neće raspršiti dugo vremena, zadržavajući manje čestice u sebi. Da bi se to izbjeglo, potrebno je talog svaki put dugo trljati po okolnim stijenkama epruvete staklenom šipkom sa minimalnom količinom pufera ili bez njega. Štap ne bi trebao biti pretanak - samo 3-4 puta manji u prečniku od epruvete - i završavati glatkom kuglom bez zadebljanja u obliku kapi. (Umjetnost eksperimentatora u velikoj mjeri leži u predviđanju u odnosu na takve „sitnice“.) Sedimenti mogu biti nevidljivi, ali ih ipak treba samljeti. Za orijentaciju, možete prethodno označiti cijevi na gornjoj ivici bojom i ugraditi ih u rotor tako da ova oznaka bude okrenuta prema van.

Prvi oceđeni supernatant se može ponovo centrifugirati većom brzinom, a čestice srednje veličine u njemu mogu se pročistiti na isti način. Zatim, ako je potrebno, sakupite najmanje.

Ultracentrifugiranje zonske brzine

Karakteristike ove vrste centrifugiranja ogledaju se u samom nazivu: „velika brzina“ – jer se čestice razdvajaju prema brzini taloženja, a njihova gustina je mnogo veća od gustine medija; "zonski" - budući da se čestice različitih veličina talože u manje ili više tankim slojevima - "zone". Padavine se ne stvaraju. Centrifugiranje se vrši u rotorima sa kantom. Kada zone dostignu optimalnu distribuciju duž dužine epruvete, centrifugiranje se zaustavlja i zone čestica se uklanjaju jedna po jedna na način opisan u nastavku.

Ovdje se, za razliku od prethodnog slučaja, čestice različitih veličina ne pročišćavaju odvojeno, već istovremeno - tokom jednog centrifugiranja.

Početna mješavina čestica različitih veličina (najmanje isti polupročišćeni ćelijski homogenat) nanosi se u tankom sloju na gustiji (od pufera homogenata) medij koji ispunjava cijev rotora s okretnom kantom. Tokom centrifugiranja, najteže čestice brzo se kreću prema dnu epruvete, u određenoj mjeri zadržavajući obris originalnog sloja gdje su bile raspoređene. Iza njih se sa zaostatkom, ali i u vidu posebnog sloja, kreću manje čestice, pa još manje, itd. Tako nastaju diskretne zone čestica različitih veličina.

Da bi zone ostale uske, potrebno je suprotstaviti se konvekciji tečnosti u kojoj se čestice kreću. Efikasan način za suzbijanje konvekcije je povećanje gustine ove tečnosti duž radijusa rotacije u pravcu od meniskusa do dna epruvete. Na primjer, možete napuniti cijev rotora s okretnom kantom vodenom otopinom saharoze, čija se koncentracija povećava prema dnu cijevi. A zatim, na ovom „gradijentu saharoze“ (kako se skraćeno naziva), slojevite lijek - mješavinu čestica koje treba odvojiti.

Osim toga, zonskom brzinom centrifugiranja, poželjno je riješiti se prethodno spomenutog povećanja brzine kretanja čestica dok se kreću duž cijevi. U suprotnom, može nastati situacija kada teže čestice stignu do dna epruvete prije nego što se dvije zone lakih čestica odvoje jedna od druge. Kao što se može vidjeti iz formule 1, povećanje gustoće medija već djelomično neutralizira učinak pomicanja zone od meniskusa. Ali nije baš efikasan, posebno ako je gustina čestica mnogo veća od gustine medija. Povećanje viskoznosti može imati mnogo efikasniji efekat. Stoga je za stvaranje „inhibitornog gradijenta“ preporučljivo koristiti gradijent koncentracije supstance koja bi imala oba poželjna kvaliteta (+ hemijska neutralnost). Možda otopine saharoze najbolje ispunjavaju ovaj zahtjev, kao što se može vidjeti iz donje tabele, gdje je p izraženo u g/cm 3, a g u centipoazu. Sve na temperaturi od +5°C - uobičajeno za obradu bioloških proizvoda.

U praksi se, ovisno o zadatku, najčešće koriste gradijenti saharoze od 5-20% i 15-30%. Uređaj za stvaranje linearnog gradijenta koncentracije saharoze sličan je onom za stvaranje gradijenta poroznosti PAGE. Razlika je u tome što se, zbog visoke viskoznosti rastvora saharoze, umjesto magnetne mješalice koristi spiralna traka od zagrijanog pleksiglasa koja se okreće u staklu za miješanje, a koja tjera tekućinu prema gore (Sl.).

Materijal polialmernih i polikarbonatnih cijevi slabo je navlažen vodom. Stoga je nezgodno unositi tečnost u epruvetu duž zida - ona će se otkotrljati u kapima, narušavajući glatkoću gradijenta. Bolje je, kao što je prikazano na slici, ubaciti otopinu saharoze kroz dugu iglu do dna epruvete. U tom slučaju se otopina saharoze minimalne koncentracije ulijeva u mikser, a maksimalna koncentracija se ulijeva u spremnik. Gušći rastvor saharoze će glatko potisnuti manje guste slojeve prema gore.

U nekim slučajevima, na primjer, kada je poželjno da velike čestice koje se približavaju dnu epruvete ne samo da ne povećavaju brzinu svog kretanja, već je, naprotiv, smanjuju, ima smisla odabrati nelinearni gradijent od koncentracija saharoze koja naglo raste prema dnu epruvete. Tako da se kombinovani uticaj povećanja gustine, a posebno viskoziteta medija za centrifugiranje, pokazuje jačim od efekta povećanja radijusa rotacije. To se može postići ako se prečnik miksera napravi veći od prečnika rezervoara. Prilikom punjenja epruvete, zbir zapremina tečnosti u obe čaše mora biti potpuno iskorišćen. U početku, mali dodaci guste saharoze iz rezervoara, razrijeđene u velikoj količini tekućine u mikseru, samo će malo povećati početnu gustoću otopine. Međutim, na kraju punjenja epruvete, gustina rastvora u njoj i dalje će dostići svoju maksimalnu vrednost – gradijent će se polako povećavati u gornjem delu epruvete i strmim na njenom dnu.

Uklanjanje i identifikacija odvojenih zona nakon centrifugiranja (budući da nisu obojene) mora se obaviti „na dodir“. Najlakši način - tako se to radilo u početku - je da se otvorena epruveta učvrsti u stezaljku okomito, probode njeno dno iglom štrcaljke i sakupi frakcije određenog broja kapi u uzastopnom redu epruveta postavljenih u postolje, koje sam eksperimentator mora blagovremeno pomjeriti. Metoda nije dobra ne samo zato što je radno intenzivna, već i zbog promjene zapremine kapi kako se epruveta prazni. Bolje je na iglu spojiti tanku polietilensku cijev, te je spojiti na peristaltičku pumpu (opisano u sljedećem poglavlju) sa zadatom brzinom ispumpavanja tekućine. Iz pumpe dovedite odabrani broj kapi u epruvete ugrađene u „kolektor frakcija“. Potonji je mehanički uređaj u kojem se oko 100-150 epruveta stavlja jednu po jednu, automatski, u određenim vremenskim intervalima ili nakon brojanja određenog broja kapi, ispod kapaljke, koja se završava epruvetom koja izlazi iz pumpe.

Epruvetu ne možete probušiti, već pažljivo spustite iglu od vrha do dna epruvete i tako djelimično isisati njen sadržaj. U svakom slučaju, detekcija odvojenih zona vrši se uzastopnim testiranjem svih epruveta na ultraljubičastu apsorpciju: na talasnoj dužini od 280 dt za proteine ​​i 260 dt za nukleinske kiseline. Ujedinjuju se frakcije koje otkriju željeni sadržaj.

Kao zanimljiv primjer za nas upotrebe centrifugiranja u gradijentu gustoće saharoze, odabrao sam istorijske eksperimente Okazakija (1971), koji su postavili temelje za moderne ideje o mehanizmu replikacije DNK. U ovim eksperimentima, bakterije koje rastu u tekućem hranljivom mediju dobile su pulsnu oznaku sa radioaktivnim timidinom kroz ovaj medij u trajanju od 2 sekunde do 2 minute (u različitim eksperimentima). Na kraju pulsa, bakterije su brzo ohlađene, ukupna DNK je izolirana i centrifugirana u alkalnom (da bi se potpuno denaturirala DNK) gradijentu od 5-20% saharoze u rotoru s okretnom kantom pri brzini od 25 hiljada o/min. tokom 16 sati. Nakon iskopavanja gradijenta, radioaktivnošću je procijenjen sadržaj novosintetizovane DNK u svakoj frakciji (u tečnom scintilatoru - vidi Poglavlje 15).

Zatim se oznaka redistribuira između "slobodnih" (odvojenih tokom izolacije DNK) Okazaki fragmenata i velikih fragmenata zrele DNK koji leže u rasponu od 20-60 S. Dio radioaktivnosti sadržane u Okazaki fragmentima također prelazi u ove potonje nakon njihovog uključivanja. u komplementarnim lancima DNK. Dakle, za krivulje 5 i 6, relativni udio ugradnje etikete u Okazaki fragmente i zrelu DNK značajno se mijenja.

Ravnotežno ultracentrifugiranje

Ideja metode je da se stvori takav gradijent duž dužine cijevi (u rotoru s okretnom kantom) tako da gustina medija za centrifugiranje na dnu bude veća od gustine najgušćih čestica, a pri meniskus - manji od one najmanje gustoće. Ako se centrifugiraju dovoljno dugo, čestice će se kretati duž gradijenta sve dok ne dostignu poziciju u kojoj je gustina medija jednaka njihovoj gustoći plutanja. Kretanje se zaustavlja, čestice različite gustine nalaze se u različitim dijelovima gradijenta. Stoga se čestice frakcioniraju prema njihovoj gustini.

Ova podjela ima sljedeće karakteristike:

1. Veličine i mase čestica neće uticati na konačnu distribuciju. Položaj na gradijentu će biti određen samo gustinom čestica.

2. Kretanje čestica ka ravnotežnom položaju odvijaće se i iz područja nižeg gradijenta gustine od njihove plovne gustine i iz oblasti veće gustine. Tako će, uz taloženje, doći i do flotacije. To znači da nema potrebe za nanošenjem tankog početnog sloja lijeka na tekućinu koja puni epruvetu. Možete čak i pomiješati cijeli lijek s punim volumenom gradijentne sredine.

3. Proces centrifugiranja mora biti veoma dug, jer će se prilikom približavanja ravnotežnom položaju čestice kretati vrlo sporo.

4. U tom smislu, viskoznost medija je nepoželjan faktor.

5. Kod ravnotežnog ultracentrifugiranja moguće je primjetno veće opterećenje lijeka nego kod centrifugiranja sa zonskom brzinom.

6. U ravnotežnom području čestice će se nalaziti u obliku trake čija će širina biti određena omjerom dva procesa:

koncentracija zbog sedimentacije - flotacije i termičke difuzije čestica. Ova širina će biti manja, što je gradijent gustine medija strmiji i što je veća masa čestica - povećanje mase smanjuje sklonost difuziji. Distribucija koncentracije supstance u pojasu opisana je simetričnom (Gausovom) krivom. Na osnovu njegove širine, znajući koordinate centra trake (Gd), ugaonu brzinu rotacije i strminu gradijenta gustine medija u centru trake (dp / dr), može se izračunati masa (solvatirane) čestice.

Saharoza nije pogodna za stvaranje gradijenta tokom ravnotežnog centrifugiranja. Kao što se vidi iz tabele date u prethodnom paragrafu, gustina čak i 30% rastvora saharoze je mnogo manja od gustine glavnih bioloških objekata, dok se viskozitet već "katastrofalno" povećava.

Očekivalo bi se da bi koncentrirani rastvor soli nekog teškog metala bio pogodan medij za ravnotežno centrifugiranje. Gustoća takve otopine može biti vrlo značajna, dok viskoznost fiziološke otopine neznatno ovisi o njegovoj koncentraciji. Iskustvo je pokazalo da su se koncentrirani rastvori cezijum hlorida ili cezijum sulfata (CsCI) pokazali kao najpogodniji medij za ravnotežno ultracentrifugiranje. Sljedeća tabela prikazuje vrijednosti gustine CsCI otopina različitih težinskih koncentracija:

Prilikom razmatranja ove tabele, korisno je prisjetiti se ovisnosti plovne gustoće bioloških molekula o dodavanju vode i iona. Tamo je vrijednost plovne gustine DNK u koncentrovanom rastvoru CsCI označena kao 1,7 g/cm 3 . Dakle, molekuli DNK različite gustoće se očito mogu frakcionirati ravnotežnim ultracentrifugiranjem u CsCI gradijentu. Isto se ne može reći za RNK, čija plutajuća gustina u ovim uslovima dostiže >1,9 g/cm 3 . Proteini se, naprotiv, mogu uspešno odvajati pod opisanim uslovima. Za njih se plutajuća gustina u koncentrovanim rastvorima CsCI kreće od 1,3-1,33 g/cm 3 .

Čestice

Ubrzanje i prijenos čestice prskani materijal na površinu koju treba premazati (bazu); taloženje čestice na površini baze... elektrokristalizacija, temperatura i trajanje zagrijavanja, priroda opkoljen metali, kao i drugi strukturni faktori...

Sedimentacija se koristi za grubo odvajanje suspenzija pod uticajem gravitacije. Ovaj proces se provodi u uređajima koji se nazivaju taložnici. Za proračun taložnika potrebno je izračunati brzinu taloženja, tj. brzina kretanja čvrstih čestica u tečnosti.

Da biste dobili formule za izračunavanje brzine taloženja, razmotrite kretanje sferne čvrste čestice u nepokretnoj tekućini pod utjecajem gravitacije. Ako se čestica taloži pod utjecajem gravitacije, tada se brzina njenog kretanja u tekućini prvo povećava zbog ubrzanja gravitacije. Istovremeno s povećanjem brzine čestice, otpor medija na njeno kretanje će se povećati, pa će se ubrzanje čestice smanjiti i nakon nekog vremena postati jednako nuli. U ovom slučaju, sile koje djeluju na česticu postižu ravnotežu i ona će se kretati jednoliko konstantnom brzinom, što je brzina slijeganja.

Razmotrimo sile koje djeluju na česticu koja se taloži u tekućini (slika 4.3).

Prema drugom Newtonovom zakonu

Slika 4.3 – Sile koje djeluju na česticu kada se kreće u viskoznom mediju:

- gravitacija;

– Arhimedova sila (podizanje);

– sila otpora medija;

Gledamo male čestice. Vrlo brzo počinju da se kreću jednoliko konstantnom brzinom. Dakle, možemo prihvatiti da, tj. skoro da nema ubrzanja čestica ili je zanemareno ()

gdje je prečnik čestica; indeks “” – čestica, “” – tečnost.

gdje je (zeta) koeficijent otpora;

– dinamički pritisak ili kinetička energija

pranje jedinice zapremine;

– projekcija čestice na ravan okomitu na njen pravac

pokreta. Jer čestica je sfera, onda je njena površina poprečnog presjeka.

Određivanje brzine sedimentacije. Zamijenimo izraze (4.7) i (4.8) u (4.4)

Dakle (4.10)

Da bi se izračunala brzina sedimentacije po formuli (4.11), potrebno je znati vrijednost. Koeficijent otpora zavisi od načina strujanja fluida oko čestice. U logaritamskim koordinatama, zavisnost od ima oblik prikazan na slici 4.4. Proračun brzine prema jednačini (4.11) vrši se samo metodom uzastopne aproksimacije sljedećim redoslijedom:

1. postavljen režimom deponovanja;

2. zamijeniti u formulu (4.10) izraz koji odgovara modu umjesto ;

3. Stopa taloženja se izračunava iz rezultirajuće jednačine;

4. vrijednost Reynoldsovog kriterija i način taloženja određuju se brzinom;

5. Ako se pokaže da je način rada drugačiji, onda ponovo izračunajte brzinu.

Slika 4.4 – Prikaz zavisnosti koeficijenta otpora od Reynoldsovog kriterijuma za različite načine taloženja čestica (u logaritamskim koordinatama).

Metoda o kojoj je gore raspravljano za izračunavanje stope taloženja nije baš zgodna i dugotrajna. Stoga je, radi lakšeg korištenja u praksi proračuna, Lyashchenko predložio drugu metodu. Prema ovoj metodi, brzina se izražava iz Reynoldsovog kriterija, stavlja na kvadrat i zamjenjuje u jednačinu (4.10) ().

Uzmimo izraz

Fizičko značenje Arhimedovog kriterijuma je da uzima u obzir odnos između gravitacije, viskoziteta i Arhimedove sile.

Dobijamo jednačinu kriterija za izračunavanje brzine sedimentacije:

Kako izračunati brzinu padavina metodom Lyashchenko.

1. Izračunajte vrijednost Arhimedovog kriterija koristeći izraz (4.14).

2. Određujemo način taloženja i biramo formulu za izračunavanje koeficijenta otpora. To je moguće, jer prema jednadžbi kriterija (4.15) postoji korespondencija jedan prema jedan između i. Ali Arhimedov kriterijum, za razliku od , ne zavisi od brzine sedimentacije, već je određen samo geometrijskim dimenzijama čestice i svojstvima materijala čestice u tečnom mediju.

Laminarni način kretanja

U laminarnom kretanju, uočeno pri malim brzinama i malim veličinama tijela ili uz visoku viskoznost medija, tijelo je okruženo graničnim slojem tekućine i nesmetano teče oko njega (slika 4.5). Gubitak energije u takvim uslovima uglavnom je povezan samo sa savladavanjem otpora trenja. Reynoldsov kriterijum.

Slika 4.5 – Kretanje čestice u tečnom mediju u različitim modovima: laminarnom (), prelaznom () i turbulentnom ().

Za laminarni način taloženja, zamjena u izraz (4.15)

Dakle, ako< 2, то < 36 - ламинарный режим осаждения (обтекания частицы).

Prelazni način vožnje

Kako se brzina kretanja tijela povećava, inercijske sile počinju igrati sve važniju ulogu. Pod uticajem ovih sila, granični sloj se odvaja od površine tela, što dovodi do smanjenja pritiska iza tela koje se kreće u njegovoj neposrednoj blizini i do stvaranja slučajnih lokalnih vrtloga u datom prostoru ( Slika 4.5). U ovom slučaju, razlika u pritisku fluida na prednjoj (frontalnoj) površini tela, nailazeći na strujanje oko tela, i na njegovoj zadnjoj (stražnjoj) površini sve više premašuje razliku pritisaka koja nastaje prilikom laminarnog strujanja oko tela.

Za prelazni način depozicije, zamjenjuju u izraz (4.15) i izračunavaju vrijednost i određuju se iz referentne knjige.

Pri brzini protoka, poroznost se približava jedinici. Stoga možemo razmotriti interakciju protoka fluida
i pojedinačnu česticu. Brzina odgovara gornjoj granici režima fluidizacije, pri čemu čestica nepomično lebdi u toku. Ova brzina se naziva orbitalna brzina. U slučaju lebdenja, težina čestice je potpuno uravnotežena djelovanjem sile protoka tekućine.

Ovaj slučaj interakcije sila je realizovan
i za slučaj kada čvrsta čestica pada konstantnom brzinom, koja se zove brzina taloženja, u neograničenom volumenu stacionarne sredine. Prema tome = .

At laminarni tok otpor protoka tijela zavisi
uglavnom na viskozitet medija; at turbulentno– sa površine
tijelo lomi vrtloge, koji stvaraju područje niskog pritiska iza njega (slika 3.4).

A)b)

Rice. 3.4. Teče oko sfere:

A– puzajuća struja; b– odvajanje graničnog sloja

Razmotrimo taloženje sferne čestice prečnika . Zapišimo uslov ravnoteže sila:

(3.21)

gdje je sila otpora strujanja, težina čestice i uzgonska (arhimedova) sila. Sila se može izraziti analogno izgubljenom pritisku pomoću koeficijenta hidraulički otpor x (formula Darcy Weisbach sa lokalnim otporom):

(3.22)

Gdje S– površina poprečnog presjeka sfere, r – gustina medija, x – koeficijent hidrauličkog otpora.

Za sferu je očigledno (mg-Fa):

(3.23)

gdje je gustina čvrste čestice. tada dobijamo:

(3.24)

Iz (3.24) nalazimo vrijednost:

(3.25)

Pogledajmo pobliže koeficijent hidrauličkog otpora x. Sila otpora strujanja može se predstaviti kao zbir sila otpora i trenja:

(3.26)

Tada se koeficijent hidrauličkog otpora x može izraziti odnosom:

gdje je koeficijent otpora, a koeficijent otpora trenja.

U laminarnom toku, čestica glatko teče oko toka fluida (puzajući tok) i energija se samo troši
da savladaju trenje. Kako se brzina protoka povećava, frontalni otpor igra sve važniju ulogu, a otpor trenja se u nekom trenutku može zanemariti. Zatim povećanje protoka
neće dovesti do promjene, počinje samoslični režim (slika 3.5).

Rice. 3.5. Zavisnost koeficijenta hidrauličkog otpora x
od strujanja oko sfere

Za slučaj laminarnog načina taloženja, vrijednost x se može dobiti teoretski:

Tada iz (3.35) dobijamo:

(3.29)

Rezultirajuća zavisnost naziva se Stokesov zakon sedimentacije. Stokesov zakon važi za region . U području djelovanja Newtonovog zakona (pod uvjetima samosličnosti kriterija), koeficijent hidrauličkog otpora Tada ćemo iz (3.25) imati:

(3.30)

U srednjem području za x se predlaže sljedeća formula:

Da bi se odredio način strujanja fluida oko čestice i, stoga, izabrala formula za izračunavanje brzine, potrebno je znati vrijednost , i sadrži željenu vrijednost.

Problem se može riješiti metodom uzastopnih aproksimacija. Međutim, ovaj dugotrajni proces se može izbjeći. Hajde da transformišemo jednačinu (3.25), uvodeći kriterijume i Ar, i dobijemo:

(3.32)

Iz (3.32) određujemo granice međuzone koristeći Arhimedov kriterijum Ar:

jer dobijamo Ar = 36;

jer dobijamo Ar = 8,3 · 10 4.

Kao što je poznato, Arhimedov kriterijum ne sadrži željenu količinu.

Tada možemo predložiti sljedeću proceduru za izračunavanje brzine letenja (taloženja):

– odrediti vrijednosti Arhimedovog kriterija Ar;

– odrediti obračunsku zonu x i odabrati formulu za proračun;

– za datu zonu određujemo vrijednost brzine pomoću odgovarajuće formule.

Brzina taloženja nesferičnih čestica je manja od one sferičnih čestica:

w" os = j f w os.

Ovdje j f< 1 – коэффициент формы, значение которых определяется опытным путем. Например, для округлых частиц j ф = 0,77, угловатых –
j f = 0,66, duguljasti – j f = 0,50 i lamelarni – j f = 0,46. Faktor oblika je povezan sa faktorom oblika relacijom j f = f –2.