سرعة الترسيب

تشير سرعة الترسيب إلى المعدل الذي تستقر فيه الجزيئات في تعليق أو ملاط تحت تأثير الجاذبية أو قوى الطرد المركزي. عندما يتم تعليق الجسيمات في وسط سائل ، فإنها تظهر ميلًا للاستقرار بسبب الجاذبية أو قوى الطرد المركزي المطبقة في آلات مثل الطرد المركزي. يختلف المعدل الذي يحدث فيه هذا ، والمعروف باسم سرعة الترسيب ، اعتمادًا على عدة عوامل ، بما في ذلك حجم الجسيم ، وكثافة ، وشكله ، ولزوجة السائل.

العوامل التي تؤثر على سرعة الترسيب

حجم الجسيمات والشكل

تستقر الجزيئات الأكبر والكثافة بشكل عام بشكل أسرع بسبب زيادة قوى الجاذبية التي تعمل عليها. شكل الجزيئات يلعب أيضًا دورًا. تميل الجسيمات الكروية إلى الاستقرار بسرعة أكبر من الجزيئات غير المنتظمة. وذلك لأن الجسيمات الكروية تواجه مقاومة أقل جرًا مقارنة بالجزيئات غير المتوفرة ، مما يتيح حركة أسرع من خلال السائل.

اللزوجة السائلة

تخلق سوائل اللزوجة العالية مقاومة أكبر لحركة الجسيمات ، مما يقلل من سرعة الترسيب. في العمليات الصناعية ، يعد اختيار اللزوجة المناسبة مفتاحًا لتحسين عملية الفصل وتحقيق معدل الترسيب المطلوب.

درجة حرارة

يمكن أن تؤثر درجة حرارة السائل على كل من لزوجة السائل والسلوك المستقر للجزيئات. درجات الحرارة المرتفعة تقلل بشكل عام اللزوجة ، والتي بدورها يمكن أن تزيد من سرعة الترسيب.

قوة الطرد المركزي

في الطرد المركزي ، يتم تطبيق قوة خارجية قوية لزيادة سرعة الترسيب. تؤثر سرعة الطرد المركزي ، وحقل الجاذبية (G-Force) ، ونصف قطر الدوران ، على مدى سرعة استقرار الجسيمات في فاصل الطرد المركزي. من خلال معالجة هذه المعلمات ، يمكن تعزيز معدلات الترسيب بشكل كبير ، مما يجعل الطرد المركزي طريقة قوية للفصل السريع.

سرعة الترسيب في عمليات الفصل

الترسبات هي واحدة من أقدم تقنيات الفصل المباشر. يعتمد على الفرق في كثافة الجسيمات الصلبة والطور السائل. يؤدي هذا الاختلاف إلى تحريك الجزيئات إلى الأسفل وتستقر في أسفل الحاوية ، بينما تظل الطور السائل أعلاه. تؤثر السرعة التي يحدث بها هذا بشكل مباشر على الكفاءة والوقت اللازم للفصل.

في الفصل الصناعي ، تتيح زيادة سرعة الترسيب معالجة أسرع وفصل أكثر كفاءة. في عمليات مثل معالجة مياه الصرف الصحي ، حيث يجب إزالة كميات كبيرة من الحمأة ، تضمن سرعة الترسيب العالية أن يتم فصل الملوثات بشكل فعال عن الماء في فترة زمنية قصيرة.

الطرد المركزي هو عملية شائعة تستخدم في الصناعات مثل إنتاج الأغذية والمستحضرات الصيدلانية ، حيث يزيد تطبيق القوى الدورانية عالية السرعة بشكل كبير من سرعة الترسيب. يمكن أن يؤدي استخدام فواصل الطرد المركزي إلى تسريع عمليات الفصل التي قد تستغرق وقتًا أطول بكثير في ظل ظروف الجاذبية العادية.

القوى التي تعمل على الجسيم في الترسيب

تعمل العديد من القوى على الجزيئات أثناء الترسيب ، وتحديد مدى سرعة استقرارها:
قوة الجاذبية (الوزن): القوة التي تسحب الجسيمات لأسفل بسبب خطورة الأرض ، تتناسب مع كتلتها.
القوة المزدهرة: القوة التصاعدية التي تمارسها السائل الذي يعارض الجاذبية. وفقًا لمبدأ Archimedes ، فإن هذه القوة تساوي وزن السائل النازح.
قوة السحب (المقاومة): المقاومة التي يعاني منها الجسيم أثناء تحركه عبر السائل. تعتمد هذه القوة على حجم الجسيم وشكله ولزوجة السائل. يستخدم قانون Stokes عادة لوصف قوة السحب للجزيئات الصغيرة.

التوازن بين هذه القوى يحدد سرعة الترسيب. عندما تساوي قوة الجاذبية القوة المزدهرة وقوة السحب ، يصل الجسيم إلى سرعة الطرفية ، أو سرعة الترسيب.

حساب سرعة الترسيب

يمكن حساب سرعة الترسيب ، أو السرعة الطرفية ، باستخدام قانون ستوكس للجزيئات الكروية الصغيرة في سائل لزج:

أين:
V هي سرعة الترسيب (في M/s) ،
R هو نصف قطر الجسيم (بالأمتار) ،
ρparticleis كثافة الجسيم (بالكيلوغرام/متر مكعب) ،
ρfluidis كثافة السائل (بالكيلوغرام/متر مكعب) ،
η هل اللزوجة الديناميكية للسائل (في PAS) ،
G هو التسارع بسبب الجاذبية (9.81 م/ثانية مربع).

تنطبق هذه المعادلة على الجزيئات الكروية الصغيرة التي تتحرك بسرعات بطيئة (أرقام رينولدز المنخفضة). بالنسبة للجزيئات غير المتوفرة أو السرعات الأعلى ، يلزم وجود نماذج أكثر تعقيدًا.

الموارد
Rausch ، W. (2016). تقنيات فصل الجسيمات في الصناعات الكيميائية والصيدلانية. نشر Springer International.
Flottweg SE. (اختصار الثاني.). سرعة الترسيب - نظرة عامة وحساب. تم الاسترجاع من Wiki Technolation Flottweg
Lowenberg ، A. (2009). أساسيات الطرد المركزي: الجزء 2 - الترسيب. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
Kuno ، H. (2001). مقدمة لنظرية حركة الجسيمات في السوائل. معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.