Реферат: Обработка воды флотацией

(4)

где икр — критическое значение скорости, м/с; и' — среднеквадратичная величина компоненты турбулентной скорости пульсации, ы'= (0,15...0,20) и; v— кинематическая вязкость жидкости, м2/с;d -Q— размер отверстия, м; и — скорость истечения жидкости, м/с. Существует критическое значение скорости ыкр=7,0 м/с. При икр<7,0 м/с пузырьки не образуются, а наибольшее количество пузырьков и их наименьшие размеры соответствуют скорости истечения 15...20 м/с и более. Эти значения скорости и принимают при конструировании установок.

Простейшим устройством для выделения пузырьков воздуха из водовоздушного раствора является перфорированный трубопровод, который позволяет вводить водовоздушный раствор вобрабатываемую воду достаточно равномерно при большой ширине флотационной камеры.

Теоретические закономерности флотационного процесса и эффективность извлечения примесей из жидкости. Контактирование пузырьков воздуха и частиц примесей возможно двумя путями: при столкновении частиц с поверхностью пузырьков и при их образовании на частицах при выделении растворенных газов. Для напорной флотации при очистке природных вод процесс взаимодействия пузырьков при их столкновении с частицами примесей является основным и поэтому представляет практический и теоретический интерес. Прикрепление пузырьков к частице характеризуется краевым углом смачивания г, образуемым поверхностью частицы и касательной к поверхности пузырька, величина которого определяется размерами частицы и пузырька, а также поверхностным натяжением на границе раздела трех фаз: твердого тела (частицы), жидкости и воздуха. Для системы, находящейся в равновесии, должны выполняться условия:

где 0г.ш. — поверхностное натяжение на границе газа и жидкости, МН/м; От.ж. — поверхностное натяжение на границе твердого тела и жидкости, МН/м; ат.г. — поверхностное натяжение на границе твердого тела и газа, МН/м; е —краевой угол смачивания, град; F— сила, удерживающая пузырек на поверхности твердого тела, Н.

Величина свободной энергии флотационной системы до прилипания

(7)

где Лгж, Атт — площадь поверхности раздела газа и жидкости, твердого тела и жидкости, м2;

Величина свободной энергии системы после прилипания

(8)

Прилипание твердой частицы к пузырьку возможно, если

(9)

Или

флотация воздух вода

. Учитывая формулу (5)

(10)

При прилипании с учетом деформации пузырька

где Агт' — поверхность границы раздела фаз, которая образуется после прилипания пузырька, м2.

Приведенные уравнения показывают, что убыль свободной энергии флотационной системы тем выше, чем больше краевой угол смачивания (чем более гидрофобна поверхность), т. е. вероятность прилипания частицы к пузырьку увеличивается.

Слияние частиц и пузырьков газа при их столкновении определяется наличием условий, необходимых для нарушения барьерного действия гидратных слоев, находящихся между пузырьком и частицей, что требует затрат энергии. До соприкосновения гидратных оболочек, расположенных на поверхности частицы и пузырька, при приближении пузырька к твердой поверхности вода прослойки удаляется относительно легко. При контакте гидратных оболочек сопротивление воды при их удалении резко возрастает, а свободная энергия прослойки увеличивается. При достижении определенной толщины прослойка становится термодинамически неустойчивой и ее свободная энергия по мере утончения понижается. Дальнейшее слипание происходит самопроизвольно с большой скоростью. Пузырек скачком прилипает к поверхности частицы, образуя с ней определенную площадь контакта. Под пузырьком сохраняется тонкий молекулярный слой воды, который устойчиво связан с твердой поверхностью. Удаление воды с поверхности частицы приводит к значительному возрастанию свободной энергии, что связан с затратой большого количества внешней энергии.

При движении жидкости через флотационную камеру возникают силы, стремящиеся оторвать твердые частицы от пузырьков воздуха: силы трения, силы тяжести, силы инерции. Для успешного протекания процесса флотации необходимо, чтобы твердые частицы и пузырьки воздуха прочно прикреплялись друг к другу. Сила прилипания действует по периметру площади контакта и равна

(13)

гдеd — диаметр площади контакта, м;

Гидростатическая сила подъема пузырька в жидкости

(14)

где V —объем пузырька газа; м3;g — ускорение свободного падения, м/с2; р — плотность жидкости, кг/м3.

Давление внутри пузырька воздуха больше гидростатического давления в жидкости, окружающей пузырек, вследствие капиллярного давления. Разница давлений в жидкости и газе у основания пузырька равна (2-атж/^)—pgh , где h — высота пузырька, м. При этом пузырек воздуха имеет круглую форму, так как у основания пузырька давление возрастает на величину гидростатического давленияp - g - h . Перепад давлений внутри пузырька и вне его приводит к появлению добавочной силы отрыва: