Стр. 94 - Теплогидродинамические процессы генерации пара в ЯЭУ

ТЕПЛОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГЕНЕРАЦИИ ПАРА В ЯЭУ
94
26. КИНЕТИКА УКРУПНЕНИЯ ЧАСТИЦ ПРИМЕСЕЙ
(КОАГУЛЯЦИЯ)
Тонкие суспензии и коллоидные частицы, находящиеся в воде, обычно
обладают электрическим зарядом, который обусловлен либо избирательной
адсорбцией находящихся в воде ионов либо отдачей в воду ионов одного знака.
Например, коллоидные частицы метакремниевой кислоты Н2SiO3 в результате
гидратации и диссоциации теряют ионы водорода и приобретают
отрицательный заряд. Таким образом, несмотря на избыточную поверхностную
энергию, т.е. термодинамическую неустойчивость мелкодисперсных систем,
они могут длительное время находится во взвешенном состоянии и не
седиментировать. Для нарушения такой агрегативной устойчивости
коллоидной системы необходимо прежде всего убрать или уменьшить
электрический заряд, мешающий частицам объединяться в более крупные
агрегаты. Снятие зарядов дисперсных частиц обычно осуществляют путем
взаимной коагуляции, добавляя к коллоидному раствору раствор с ионами
противоположного знака. Осветление воды путем коагуляции Н2SiO3
производят добавками раствора А1(ОН)3 или Fe(OH)3 , насыщая тем самым
раствор положительными ионами А1+3 или Fe+3.
После снятия заряда с коллоидных частиц их укрупнение происходит при
столкновениях друг с другом в результате следующих процессов:
- броуновского движения (быстрая коагуляция),
- взаимного перемещения в полях с большими градиентами скоростей
течения среды (градиентная коагуляция),
- турбулентных пульсаций в потоке жидкости.
Кинетика укрупнения частиц, т.е. уменьшение их концентрации во
времени – n(τ) определяется механизмом вышеперечисленных процессов.
Кинетика быстрой коагуляции может быть описана следующим образом.
Каждая частица гидрозоли окружена зоной притяжения молекулярных сил так,
что другая частица осуществляет беспрепятственное броуновское движение
лишь до тех пор, пока она находится вне этой зоны. Попадая в зону
притяжения, частица мгновенно присоединяется к первой, образуя новую
частицу с теми же свойствами. Обозначив радиус сферы влияния (притяжения)
R в соответствии с вышесказанным, положим, что на поверхности сферы
радиуса R концентрация движущихся частиц – n(τ) постоянно поддерживается
равной нулю, а в окрестности существует градиент концентрации ∂n(r ,τ)/∂r .
В результате на поверхность выделенной сферы падает диффузионный
поток частиц j (см. рис. 26.1). Величина радиуса коагуляции R, при отсутствии
дальнодействия частиц может быть принята равной их размеру а.