第四章-非均相物系的分離

第四章

非均相物系分離技術(shù)

第一節(jié)非均相物系分離的主要任務(wù)均相物系—物系內(nèi)部各處的物料性質(zhì)均勻一直，而且不存在相界面。非均相物系—物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在，而且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同。

分散相（分散物質(zhì)、分散內(nèi)相）；連續(xù)相（分散介質(zhì)、分散外相）；非均相物系分類（根據(jù)連續(xù)相的不同）：液相非均相物系如：懸浮液、乳濁液、泡沫液。氣相非均相物系如：含塵氣體、含霧氣體。一、非均相混合物的分離在工業(yè)中的應(yīng)用1．收集分散相

2．凈化連續(xù)相3．環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)

二、非均相混合物的分離方法

利用機(jī)械方法分離非均相物系，按其所涉及的流動方式不同，可分為過濾和沉降兩種操作。

表4-1為非均相物系分離過程及典型設(shè)備

1第二節(jié)過濾一、過濾的基本概念1.過濾及過濾推動力過濾—以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì)來處理懸浮液的單元操作。過濾推動力—過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差。增大推動力的方法：

①增加懸浮液的高度→重力過濾；

③介質(zhì)下方抽真空→真空過濾。

②增加懸浮液上方的壓力→加壓過濾；

2.過濾介質(zhì)

過濾過程所用的多孔性介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)。

其作用：支撐濾餅或截留顆粒，使濾液通過。過濾介質(zhì)應(yīng)具有下列條件：

a）多孔性，孔道適當(dāng)?shù)男?，對流體的阻力小，又能截住要分離的顆粒。b)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱，耐化學(xué)腐蝕。

2c)足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使用壽命長。

d)價格便宜。

工業(yè)常用過濾介質(zhì)主要有：①織物介質(zhì)—濾布(織物、網(wǎng))，截留的粒徑5μm以上，工業(yè)應(yīng)用廣泛。②堆積介質(zhì)—固體顆粒或纖維等堆積，適用于深層過濾。

③多孔固體介質(zhì)—具有微細(xì)孔道的固體，截留粒徑1～3μm的微細(xì)粒子。

④微孔濾膜：由高分子材料制成的薄膜狀多孔介質(zhì)。適用于濾除0.02～10μm的混懸微粒。

3.過濾方式

工業(yè)上的過濾操作主要分為餅層過濾和深床過濾。①餅層過濾固體沉積物在介質(zhì)表面堆積、架橋而形成濾餅層。濾餅層是有效過濾層,截留的固體顆粒。適用于：處理固體含量較高的混懸液。

3②深層過濾過濾介質(zhì)是較厚的粒狀介質(zhì)的床層,過濾時懸浮液的顆粒沉積在床層內(nèi)部的孔道壁面上,而不形成濾餅。

適用于：生產(chǎn)量大而懸浮顆粒粒徑小或是粘軟的絮狀物。4、濾餅的壓縮性和助濾劑（1）濾餅的壓縮性濾餅不可壓縮濾餅:顆粒有一定的剛性，擠壓不變形。可壓縮濾餅:顆粒比較軟，擠壓變形，使濾餅中的流動通道小，阻力增大。4（2）助濾劑助濾劑—具有一定剛性的顆粒或纖維狀的固體。加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動阻力助濾劑加入方法：預(yù)涂法：用助濾劑配成懸浮液，在正式過濾前用它進(jìn)行過濾，并在過濾介質(zhì)上形成一層

由助濾劑組成的濾餅。

摻濾法：將助濾劑混在濾漿中一起過濾。二、過濾操作過程工業(yè)上過濾操作過程一般是由過濾、洗滌、去濕和卸料四個階段組成的。

1．過濾懸浮液通過過濾介質(zhì)成為澄清液的操作過程。

2．洗滌通常要用水（或其他溶劑）進(jìn)行濾餅的洗滌，以回收濾液或除去濾餅

中可溶性雜質(zhì)，以凈化固體產(chǎn)品。3．去濕

常用的去濕操作是用壓縮空氣吹干，或用減壓吸干濾餅中的濕分。4．卸料

是將去濕后的濾餅從濾布卸下來的操作。

5三、過濾設(shè)備過濾懸浮液的設(shè)備稱為過濾機(jī)。按照操作方式可分為間歇過濾機(jī)和連續(xù)過濾機(jī)；根據(jù)過濾推動力產(chǎn)生的方式可分為壓濾式、吸濾式和離心式。

1.板框壓濾機(jī)其結(jié)構(gòu)如圖4-3優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，設(shè)備緊湊，過濾面積大而占地小，操作壓強(qiáng)高，濾餅含水少，

對各種物料的適應(yīng)能力強(qiáng)。

缺點：間歇手工操作，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低2.轉(zhuǎn)鼓（筒）真空過濾機(jī)

優(yōu)點：能連續(xù)自動操作，省人力，生產(chǎn)能力大，適用于處理易含過濾顆粒的濃懸浮液。缺點：附屬設(shè)備較多，投資費用高，過濾面積不大。過濾推動力有限，不易過濾高溫的懸浮液。

6四、影響過濾操作的因素過濾操作要求有盡可能高的過濾速率。過濾速率是單位時間內(nèi)得到的濾液體積。過濾過程中影響過濾操作的因素很多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1．懸浮液的性質(zhì)

2．過濾的推動力3．過濾介質(zhì)與濾餅的性質(zhì)第三節(jié)沉降

一、重力沉降

重力沉降：粒子在重力作用下，沿重力方向的沉積運動的過程。離心沉降：粒子在離心力作用下，沿離心力方向的沉積運動的過程

1．自由沉降和沉降速度(1)球形顆粒的自由沉降速度①沉降顆粒的受力分析

圖4-7靜止流體中顆粒受力示意圖7設(shè)球形顆粒的直徑為,顆粒密度為,流體的密度為,則

重力

浮力

根據(jù)牛頓第二定律可知，此三力的代數(shù)和應(yīng)等于顆粒的質(zhì)量與其加速度的乘積，即

阻力

②顆粒運動的兩個階段

加速階段

=0

阻力

=0

等速階段

隨不斷增加，

凈重力（重力-浮力）與阻力達(dá)到平衡，加速度為零

8③沉降速度等速階段顆粒相對于流體的運動速度，用

表示，單位為

m/s。即整理得

計算沉降速度時,必須確定沉降阻力因數(shù)

(2)阻力系數(shù)的確定層流區(qū)或斯托克斯定律區(qū)(10-4〈〈1）

過渡區(qū)或艾侖定律區(qū)（1〈〈103）

湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（103〈〈2×105）

9（3）沉降速度的計算

將上式分別代入，可得各區(qū)域的沉降速度公式為

層流區(qū)10-4〈〈1稱為斯托克斯公式

過渡區(qū)1〈〈103

稱為艾侖公式

湍流區(qū)103〈〈2×105

稱為牛頓公式

102．重力沉降設(shè)備及其生產(chǎn)能力(1)降塵室其結(jié)構(gòu)如4-9所示。降塵室分離的必要條件：氣體通過沉降室的時間tr必須大于等于顆粒沉降至底部所用時間ts。設(shè)：u—氣體在降塵室內(nèi)的平均流速m/s

L—降塵室的長度

B—降塵室的寬度

H—降塵室的高度則：

∴設(shè)：qv為降塵室所處理的含塵氣體的體積流量，即降塵室的生產(chǎn)能力。11則：

由

∴結(jié)論：降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的底面積BL及顆粒的沉降速度有關(guān)，而與降塵室的高度H無關(guān)。降塵室的最大生產(chǎn)能力：

(2)沉降槽其結(jié)構(gòu)如4-11所示。處理懸浮液的重力沉降設(shè)備，稱為沉降器或增濃器。

沉降器可分間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種。12二、離心沉降1.離心沉降速度和離心分離因數(shù)(1)離心沉降速度ξ=24/顆粒處于層流區(qū)，則阻力因數(shù)

代入公式得

(2)離心分離因數(shù)

離心沉降速度與重力沉降速度之比為

這個比值等于慣性離心力與重力之比，稱為離心分離因數(shù)

13越高，其離心分離效率越高。

2．旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器的構(gòu)造和操作原理，

如4-12所示。3．旋液分離器旋液分離器的構(gòu)造和操作原理，

如4-13所示。三、其它氣體凈制設(shè)備

1．袋濾器

2．濕法凈制(1)文丘里除塵器又稱文丘里洗滌器

(2)泡沫除塵器又稱泡沫塔

3．靜電除塵法14第四節(jié)離心分離一、離心分離的概念離心分離是在離心力的作用下分離液態(tài)非均相混合物（懸浮液、乳濁液）的操作。利用設(shè)備（轉(zhuǎn)鼓）本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力來分離液態(tài)非均相混合物的機(jī)械稱為離心機(jī)。

根據(jù)分離方式或功能，離心機(jī)可分為三種基本類型：

1．過濾式離心機(jī)

2．沉降式離心機(jī)

3．離心分離機(jī)二、離心機(jī)的結(jié)構(gòu)與操作1．三足式離心機(jī)圖4-17是一種常用的人工卸料的間歇式離心機(jī)。

三足式離心機(jī)具有構(gòu)造簡單,運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適應(yīng)性強(qiáng)，濾渣顆粒不易破損，運轉(zhuǎn)周期可靈活掌握等優(yōu)點,適用于處理量不大，要求濾渣含液量較低的場合。尤其適用于各種鹽類

結(jié)晶的過濾和脫水,其缺點是卸料時的勞動強(qiáng)度較大,轉(zhuǎn)動部件位于機(jī)座下部,防護(hù)、檢修不方便。

152．臥式刮刀卸料離心機(jī)其結(jié)構(gòu)及操作示意于圖4-18。

此離心機(jī)操作簡便，生產(chǎn)能力大，適用于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的場合。由于刮刀卸料，

顆粒破碎嚴(yán)重,對于必須保持晶粒完整的物料不宜采用。

3.管式高速離心機(jī)管