化工單元操作2

1、7.1過濾原理及設(shè)備 7.1.1過濾原理 7.1.1過濾原理 （1）過濾是利用可以讓液體通過而不能讓固體通過的多孔介質(zhì)，將 懸浮液中的固、液兩相加以分離的操作。（2）過濾方式 濾餅過濾（見圖4-7a）過濾時懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)。過濾介質(zhì)常用多孔織物，其網(wǎng)孔尺寸未必一定須小于被截留的顆粒直徑。在過濾操作開始階段，會有部分顆粒進(jìn)入過濾介質(zhì)網(wǎng)孔中發(fā)生架橋現(xiàn)象（圖4-7b），也有少量顆粒穿過介質(zhì)而混與濾液中。隨著濾渣的逐步堆積，在介質(zhì)上形成一個濾渣層，稱為濾餅。不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾介質(zhì)，而穿過濾餅的液體則變?yōu)榍鍍舻臑V液。通常，在操作開始階段所得到濾液是渾濁的，須經(jīng)過濾餅形成之后返回重濾

2、。7.1.1過濾原理深層過濾 顆粒尺寸比介質(zhì)孔道小的多，孔道彎曲細(xì)長，顆粒進(jìn)入孔道后容易被截留。同時由于流體流過時所引起的擠壓和沖撞作用。顆粒緊附在孔道的壁面上。介質(zhì)表面無濾餅形成，過濾是在介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行的。（3）過濾介質(zhì)織物介質(zhì)：即棉、毛、麻或各種合成材料制成的織物，也稱為濾布。粒狀介質(zhì)：細(xì)紗、木炭、碎石等。多孔固體介質(zhì)（一般要能夠再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等 。 7.1.2過濾設(shè)備 7.1.2.1板框過濾機(jī)7.1.2.1板框過濾機(jī)（1）結(jié)構(gòu)與工作原理：由多塊帶凸凹紋路的濾板和濾框交替排列于機(jī)架而構(gòu)成。板和框一般制成方形，其角端均開有圓孔，這樣板、框裝合，壓緊后即構(gòu)成供濾漿、濾

3、液或洗滌液流動的通道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿和濾餅的空間。 7.1.2.1板框過濾機(jī)板和框的結(jié)構(gòu)如圖所示。懸浮液從框右上角的通道1（位于框內(nèi)）進(jìn)入濾框，固體顆粒被截留在框內(nèi)形成濾餅，濾液穿過濾餅和濾布到達(dá)兩側(cè)的板，經(jīng)板面從板的左下角旋塞排出。待框內(nèi)充滿濾餅，即停止過濾。如果濾餅需要洗滌，先關(guān)閉洗滌板下方的旋塞，洗液從洗板左上角的通道2（位于框內(nèi)）進(jìn)入，依次穿過濾布、濾餅、濾布，到達(dá)非洗滌板，從其下角的旋塞排出。 7.1.2.1板框過濾機(jī)如果將非洗滌板編號為1、框?yàn)?、洗滌板為3，則板框的組合方式服從1232123之規(guī)律。組裝之后的過濾和洗滌原理如圖所示。 7.1.2.1 板

4、框過濾機(jī) 濾液的排出方式有明流和暗流之分，若濾液經(jīng)由每塊板底部旋塞直接排出，則稱為明流（顯然，以上討論以明流為例）；若濾液不宜暴露于空氣中，則需要將各板流出的濾液匯集于總管后送走，稱為暗流。說明： 板框壓濾機(jī)的操作是間歇的，每個操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌、卸渣、整理五個階段組成。（詳見教材） 上面介紹的洗滌方法稱為橫穿洗滌法，其洗滌面積為過濾面積的1/2，洗滌液穿過的濾餅厚度為過濾終了時濾液穿過厚度的2倍。若采用置換洗滌法，則洗滌液的行程和洗滌面積與濾液完全相同。 7.1.2.1 板框過濾機(jī)（2）主要優(yōu)缺點(diǎn) 板框壓濾機(jī)構(gòu)造簡單，過濾面積大而占地省，過濾壓力高，便于用耐腐蝕材料制造，操作靈活，過

5、濾面積可根據(jù)產(chǎn)生任務(wù)調(diào)節(jié)。主要缺點(diǎn)是間歇操作，勞動強(qiáng)度大，產(chǎn)生效率低。7.2.1 離心機(jī) 三足式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑一般很大，轉(zhuǎn)速不高（2000r/min）,過濾面積約為 。它與其他型式的離心機(jī)相比，具有構(gòu)造簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)周期可靈活掌握等優(yōu)點(diǎn)，一般可用于間歇生產(chǎn)過程中的小批量物料的處理，尤其適用與各種鹽類結(jié)晶的過濾和脫水，晶體較少受到破損。它的缺點(diǎn)是卸料時的勞動條件較差，轉(zhuǎn)動部位位于機(jī)座下部，檢修不方便。 20.6 2.7m7.2.1.1 刮刀卸料式離心機(jī) 圖4-18為刮刀卸料離心機(jī)的示意圖。懸浮液從加熱管進(jìn)入連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的臥式轉(zhuǎn)鼓，機(jī)內(nèi)設(shè)有粑齒以使沉積的濾渣均布于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁。得濾餅達(dá)到一定厚度時，停止加料

6、，進(jìn)行洗滌、瀝干。然后，藉液壓傳動的刮刀逐漸向上移動，將濾餅刮入卸料斗卸出機(jī)外，然后清洗轉(zhuǎn)鼓。整個操作周期均在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中完成，每一步驟均采用自動控制的液壓操作。 圖4-18刮刀卸料式離心式1進(jìn)料管；2轉(zhuǎn)鼓；3濾網(wǎng)；4外殼；5濾餅7.2.1.2 活塞往復(fù)式卸料離心機(jī) 這種離心機(jī)的加料過濾、洗滌、瀝干、卸料等操作同時在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的不同部位進(jìn)行，圖4-19為其結(jié)構(gòu)示意圖。料液加入旋轉(zhuǎn)的錐形料斗后被灑在近轉(zhuǎn)鼓底部的一小段范圍內(nèi)，形成約mm厚的濾渣層。轉(zhuǎn)鼓底部裝有與轉(zhuǎn)鼓一起旋轉(zhuǎn)的推料活塞，其直徑梢小于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁?；钊c料斗還一起做往復(fù)運(yùn)動，將濾渣逐步推向加料斗的右邊。 圖4-19 活塞推料離心機(jī)8.1概述 吸

7、收的目的 在化學(xué)工業(yè)種，將氣體混合物種的各組分加以分離，其目的是： 回收或捕獲氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品； 除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理, 如有害氣體會使催化劑中毒，必須除去；或除去工業(yè)放空尾氣中的有害 物,以免污染大氣。 吸收的依據(jù) 為達(dá)到吸收分離氣體混合物的目的，要用什么物質(zhì)（溶劑，吸收劑），其分離的依據(jù)使什么？（氣體混合物中各組分在溶劑中的溶解度不同，若各組分在吸收劑中的溶解度差異越大，吸收的選擇性越好）例如欲分離氨氣空氣的混合物，可選擇水做溶劑，因?yàn)榘彼谒械娜芙舛茸畲?，而空氣幾乎不溶于水?8.1概述 密閉容器水（溶劑） 氨氣(濃度高)空氣(惰性

8、氣體)(溶質(zhì)，被吸收組分)氨氣（濃度低）空氣 總壓溶質(zhì)（A）分壓 與溶液中A的濃度成平衡的氣相分壓 pApep 吸收， 解吸， 平衡， 吸收總推動力亦可用其他濃度差表示動力eAppeAppeAppeApp圖8-18.1概述 8.1概述 8.1概述 溶劑的再生，即脫除溶解于其中的被分離組分以便循環(huán)使用。除了制取溶液產(chǎn)品只需單獨(dú)吸收外，一般都要進(jìn)行解吸操作，使溶劑再生循環(huán)使用。 總之，一個完整的吸收分離過程一般包括吸收和解吸兩個組成部分。 溶劑的選擇 吸收操作的成功與否在很大程度上決定于溶劑的性質(zhì)，特別是溶劑與氣體混合物之間的相平衡關(guān)系。根據(jù)物理化學(xué)中有關(guān)相平衡的知識可知，評價溶劑優(yōu)劣的主要依據(jù)應(yīng)

9、包括以下幾點(diǎn)： 8.1概述 溶劑應(yīng)對被分離組分（溶質(zhì)）有較大的溶解度，或者說在一定的溫度與濃度下，溶質(zhì)的平衡分壓要低。這樣，從平衡角度來說，處理一定量混合氣體所需溶劑量較少，氣體中溶質(zhì)的極限殘余濃度亦可降低；就過程數(shù)率而言，溶質(zhì)平衡分壓，過程推動力大，傳質(zhì)數(shù)率快，所需設(shè)備尺寸小。 溶劑對混合氣體中其他組分的溶解度要小，即溶劑應(yīng)具備較高的選擇性。若溶劑的選擇性不高，將同時吸收混合物中的其他組分，只能實(shí)現(xiàn)組分間某種程度的增濃而不能實(shí)現(xiàn)較為完全的分離。 溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應(yīng)對溫度的變化比較敏感，即不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要小，而且隨著溫度升高，溶解度應(yīng)迅速下降，平衡分壓應(yīng)迅速上升。這樣，被

10、吸收的氣體容易解吸，溶劑再生方便。 8.1概述 溶劑的蒸汽壓要低，不易揮發(fā)。一方面是為了減少溶劑在吸收和再生過程的損失，另一方面也是避免在氣體中引入新的雜質(zhì)。 溶劑應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過程中發(fā)生變質(zhì)； 溶劑應(yīng)有較低的粘度，不易產(chǎn)生泡沫，以實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好的氣液接觸和塔頂?shù)臍庖悍蛛x。 溶劑應(yīng)盡可能滿足價廉、易得、無毒、不易燃燒等經(jīng)濟(jì)和安全條件。 實(shí)際上很難找到一個理想得溶劑能夠滿足上述所有要求，應(yīng)對可供選擇得溶劑做全面得評價，以便作出經(jīng)濟(jì)、合理得選擇。 吸收操作得經(jīng)濟(jì)性 吸收總費(fèi)用設(shè)備(塔、換熱器等)折舊費(fèi)操作費(fèi)(占比重大)8.1概述 操作費(fèi)用主要包括： 氣、液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備得能量消

11、耗； 溶劑得揮發(fā)度損失和變質(zhì)損失； 溶劑得再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)用(在三者中占比例最大)。 常用得解吸方法有升溫、吹氣、減壓，其中升溫與吹氣特別是升溫與吹氣同時使用最為常見。減壓有利解吸，加壓有利吸收，溶劑在吸收與解吸設(shè)備之間循環(huán)，其間得加熱和冷卻、泄壓與加壓必消耗較多得能量，故采用減壓解吸不常見。若溶劑得溶解能力差，離開吸收塔得吸收液中溶質(zhì)濃度低，則所需得溶劑循環(huán)量大，再生能耗也大。若溶劑得溶解能力對溫度變化不敏感，所需解吸溫度較高，溶劑再生得能耗也將增大。 8.1概述 若吸收了溶質(zhì)以后得溶液是產(chǎn)品，此時不再需要溶劑的再生，這種吸收過程自然是最經(jīng)濟(jì)的。 提高吸收操作經(jīng)濟(jì)性的一種措施是對吸收系

12、統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(使系統(tǒng)的總費(fèi)用最低)，單塔吸收優(yōu)化設(shè)計較容易，解題指南中有介紹（課程優(yōu)化設(shè)計要做），吸收解吸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計較難，許多問題有待研究解決（感興趣的同學(xué)可去解決） 物理吸收和化學(xué)吸收 物理吸收：吸收時溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，如上述洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。 化學(xué)吸收：吸收時溶質(zhì)與溶劑或溶液中的其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收CO2，則在液相中發(fā)生下列反應(yīng)： 8.1概述 K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 從而使K2CO3水溶液具有較高的吸收CO2的能力，作為化學(xué)吸收可被利用的化學(xué)反應(yīng)一般都滿足以下條件： a.可逆性。若

13、該反應(yīng)不可逆，溶劑將難以再生和循環(huán)使用 b.較高的反應(yīng)數(shù)率。若反應(yīng)速率較慢，應(yīng)研究加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎┮约涌旆磻?yīng)速率。 本章所作的基本假定 單組分吸收,其余組分可視為一個惰性組分。 溶劑的蒸汽壓很低，因此氣相中不含溶劑蒸汽 。8.28.2化學(xué)吸收化學(xué)吸收 化學(xué)吸收通常指溶質(zhì)氣體A溶于溶液后，即與溶液中不揮發(fā)的反應(yīng)劑B組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程： 這是一種傳質(zhì)與反應(yīng)同時進(jìn)行的過程。由于在吸收的同時液相伴有化學(xué)變化，使其中的溶質(zhì)轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物，因而具有下述幾個主要的優(yōu)點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)提高了吸收的選擇性； 加快吸收速率，設(shè)備容積，設(shè)備投資費(fèi)； 反應(yīng)增加了溶質(zhì)在液相中的溶解度，吸收劑用量； 反應(yīng)降低了溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，可較徹底地除 去氣相中很少量的有害氣體。 A+BP 8.28.2化學(xué)吸收化學(xué)吸收 缺點(diǎn)：解吸困難，解吸能耗。若反應(yīng)為不可逆，反應(yīng)劑不能循環(huán)使用，用途就大受限制。 化學(xué)吸收時：溶質(zhì)從氣相主體到氣液相界面的傳質(zhì)機(jī)理和傳質(zhì)系數(shù)并未受影響，與物