非均相物系的分離

1、 非均相物系的分離非均相物系的分離 概述概述 常見非均相物系分析的方法常見非均相物系分析的方法 重力沉降和離心沉降重力沉降和離心沉降 過濾過濾1概概 述述非均相物系是指存在兩個(gè)（兩個(gè)以上）相的混合非均相物系是指存在兩個(gè)（兩個(gè)以上）相的混合物物，比如霧（，比如霧（氣相氣相-液相液相）、煙塵（）、煙塵（氣相氣相-固相固相）等為等為氣體非均相系氣體非均相系；懸浮液（液相；懸浮液（液相-固相）、乳濁固相）、乳濁液（兩種不同的液相）等液（兩種不同的液相）等液體非均相系液體非均相系，還有，還有兩兩種不同固體構(gòu)成的固體非均相物系種不同固體構(gòu)成的固體非均相物系2分散相分散相：物系中處于分散狀態(tài)的物質(zhì)：物系中處

2、于分散狀態(tài)的物質(zhì) 如：催化裂化煙道氣中的顆粒，煉廠污如：催化裂化煙道氣中的顆粒，煉廠污 水中的油滴等。水中的油滴等。連續(xù)相連續(xù)相：包圍分散物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)，：包圍分散物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)， 又稱為又稱為分散介質(zhì)分散介質(zhì)。3非均相物系分離在生產(chǎn)中有哪些應(yīng)非均相物系分離在生產(chǎn)中有哪些應(yīng)用呢？用呢？4氨水CO2碳化塔離心機(jī)風(fēng)機(jī)濾液濾渣氣流干燥器緩沖器旋風(fēng)分離器產(chǎn)品廢氣碳酸氫氨懸浮液52.回收有價(jià)值的物質(zhì)3.除去下一工序的有害物質(zhì)（氣體在進(jìn)入壓縮機(jī)前，必須除去其中的液滴或者固體顆粒，在離開壓縮機(jī)后也要除去油沫或者水沫）4.保障健康安全環(huán)保非均相物系的分離操作幾乎遍及所有化工廠，非均相物系的

3、分離操作幾乎遍及所有化工廠，所以：所以：1.了解常見非均相系的分離方法和使用場(chǎng)合；了解常見非均相系的分離方法和使用場(chǎng)合；2.弄清沉降、過濾分析的分離上午過程原因和弄清沉降、過濾分析的分離上午過程原因和影響因素；影響因素；3.學(xué)會(huì)選用和操作典型非均相分離設(shè)備學(xué)會(huì)選用和操作典型非均相分離設(shè)備常見的非均相物系如何分離呢？沉降分離法-利用連續(xù)性相和分散相之間的密度差異和外界某種機(jī)械力的作用，使顆粒和流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離。有重力沉降、離心沉降、慣性沉降過濾分離法-利用兩種相對(duì)多孔介質(zhì)穿透性的差異，在某種推動(dòng)力的作用之下分離 。有重力過濾、加壓過濾、離心過濾靜電分離法、濕洗分離法、聲波塵除和熱塵除法.6

4、沉降沉降 沉降是借助外力作用，使兩項(xiàng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而沉降是借助外力作用，使兩項(xiàng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的操作。有離心沉降、重力沉降和慣性沉實(shí)現(xiàn)分離的操作。有離心沉降、重力沉降和慣性沉降降7重力沉降：在重力的作用之下，使流體和重力沉降：在重力的作用之下，使流體和顆粒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而得以分離的操作。顆粒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而得以分離的操作。它可以分離含塵氣體和懸浮液它可以分離含塵氣體和懸浮液。分析重力沉降重力沉降速度 根據(jù)顆粒在沉降過程中是否受到其他粒子、流體運(yùn)動(dòng)、器壁的影響，將沉降分為自由沉降和干擾沉降。自由沉降：顆粒在沉降過程中不受周圍顆粒、流體以及器壁的影響，是一種理想的沉降狀態(tài)。分析重力沉降重力

5、沉降速度 如圖所示，直徑為d，密度為s的光滑球形顆粒至于密度為的靜止流體中，開始自由降落。此時(shí)FgFgFdFdFbFb3s32Fg=dg6Fb=dg62u重力浮力阻力Fd=A1. 為阻力系數(shù)，沒有單位2.A為顆粒在垂直其運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積，3.u為顆粒的相對(duì)降落速度2S=d4分析重力沉降重力沉降速度 FgFgFdFdFbFb根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律2333sFg-Fb-Fd=madg-dg-d=ma6642u剛開始，u=0，a，當(dāng)u達(dá)到一定值時(shí)，合力為零，此時(shí)a=0顆粒便以恒定速度ut繼續(xù)下降sta=04d-u =g3時(shí)（）分析重力沉降重力沉降速度 FgFgFdFdFbFb阻力系數(shù)是

6、顆粒與流體運(yùn)動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)的函數(shù)= fR ettd u（）R e t =在生產(chǎn)中非均相物系的顆粒有時(shí)并非球形顆粒。非球形顆粒和球形顆粒的差異用球形度s來表示與實(shí)際顆粒體積相等的球形顆粒表面積實(shí)際顆粒的表面積分析重力沉降重力沉降速度 FgFgFdFdFbFb與實(shí)際顆粒體積相等的球形顆粒表面積實(shí)際顆粒的表面積對(duì)于非球形顆粒時(shí)，要計(jì)算雷諾數(shù)，應(yīng)該取de=d，則p36Vde=mVp3是顆粒的體積，阻力系數(shù)阻力系數(shù)：13分析重力沉降重力沉降速度 -e3e0.635eR224Re2R1018.5Re10R2 100.44ttttt41.層流區(qū)（斯托克斯區(qū)） 102.過渡區(qū)（艾倫區(qū)） 3.湍流區(qū)（牛頓區(qū)） 當(dāng)s

7、=1時(shí)，根據(jù)雷諾數(shù)的大小可將圖分為三個(gè)沉降區(qū)分析重力沉降重力沉降速度 220.62t-()18()0.27Ret18-()1.74ststtdugdugdug1.層流區(qū)斯托克斯定律2.過渡區(qū)-艾倫定律 3.湍流區(qū)牛頓區(qū)定律當(dāng)s=1時(shí)，根據(jù)雷諾數(shù)的大小可將圖分為三個(gè)沉降區(qū)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值可知，沉降過程中的大多數(shù)屬于層流區(qū)，因此在進(jìn)行試差時(shí)，通常設(shè)在層流區(qū)分析重力沉降分析重力沉降1.重力沉降速度重力沉降速度 2. 實(shí)際沉降實(shí)際沉降-干擾沉降，在沉降過程中受到的干擾沉降，在沉降過程中受到的干擾因素干擾因素（1）顆粒含量的影響）顆粒含量的影響（2）顆粒形狀的影響）顆粒形狀的影響（3）顆粒大小的影響）顆粒大小

8、的影響（4）流體性質(zhì)的影響）流體性質(zhì)的影響（5）流體流動(dòng)的影響）流體流動(dòng)的影響（6）器壁的影響）器壁的影響 重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備一、一、降塵室降塵室氣體進(jìn)口氣體出口HBLutVuV結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)作用：分離氣固混合物作用：分離氣固混合物18計(jì)算計(jì)算簡化假定：簡化假定： 將降塵室簡化為高將降塵室簡化為高H H、寬、寬b b、長、長L L的矩形方體，入口端氣的矩形方體，入口端氣體中的顆粒均勻分布在整個(gè)截面上。體中的顆粒均勻分布在整個(gè)截面上。氣流速度氣流速度沉降速沉降速度度19v 顆粒沉降的條件為顆粒沉降的條件為t tt t t tR R ，即，即 v停留時(shí)間停留時(shí)間( (顆粒通過降塵室的時(shí)間顆粒通過降

9、塵室的時(shí)間):): t tR R = = L L/ /u u ；u=qv/BHu=qv/BHv沉降時(shí)間沉降時(shí)間( (顆粒從高度為顆粒從高度為H H 的頂部降至底部所需時(shí)間的頂部降至底部所需時(shí)間):): t tt t = = H H/ /u ut t 。公式推導(dǎo)：公式推導(dǎo)： 分離條件：分離條件：tvvtHLB L HuuqqB L u20 離心沉降離心沉降徑向（沉徑向（沉降）速度降）速度切向速度切向速度實(shí)際速度實(shí)際速度利用離心力的作用將非均相混合物中的顆粒分離出來的利用離心力的作用將非均相混合物中的顆粒分離出來的單元操作稱為離心沉降過程。單元操作稱為離心沉降過程。21ruduTsr 3)(42

10、參照重力沉降速度參照重力沉降速度g)Rn(2gu2sT2RRCK離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)K KC C： 3)(4gdust 可推導(dǎo)出可推導(dǎo)出離心沉降速度離心沉降速度：物理意義：物理意義：要提高要提高KcKc，可以通過增大半徑，可以通過增大半徑R R和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速nsns來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)當(dāng)來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)當(dāng)中通過增大轉(zhuǎn)速并適當(dāng)減小半徑來實(shí)現(xiàn)中通過增大轉(zhuǎn)速并適當(dāng)減小半徑來實(shí)現(xiàn)KcKc的增大的增大離心沉降離心沉降22 離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備一、一、旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器基本結(jié)構(gòu)與操作原理基本結(jié)構(gòu)與操作原理用途：適用于含顆粒濃度為用途：適用于含顆粒濃度為0.010.01500g/m500g/m3 3、粒度不小、

11、粒度不小于于5m5m的氣體凈化與顆?；氐臍怏w凈化與顆?；厥詹僮鳎绕涫鞘詹僮?，尤其是各種氣各種氣- -固固流態(tài)化裝置流態(tài)化裝置的尾氣處理。的尾氣處理。23旋風(fēng)分離器的壓降：旋風(fēng)分離器的壓降：旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：流量大、壓頭低。旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：流量大、壓頭低。經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式：212ipu 阻力系數(shù)阻力系數(shù)主要由旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)決定主要由旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)決定, ,常用型號(hào)的常用型號(hào)的旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器值在值在5.05.08.0 8.0 之間；之間； 標(biāo)準(zhǔn)旋分：標(biāo)準(zhǔn)旋分：= 8.0= 8.0 壓降一般控制在壓降一般控制在0.50.52kPa 2kPa 左右，采取縮小直徑、多臺(tái)并左右，采取縮小直

12、徑、多臺(tái)并聯(lián)的方式滿足分離效率與大氣量的要求。聯(lián)的方式滿足分離效率與大氣量的要求。 24旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類v 旋風(fēng)分離器分類繁多，分類方法也各有不同；旋風(fēng)分離器分類繁多，分類方法也各有不同；v 按結(jié)構(gòu)形式可分為：長錐體、圓筒體、擴(kuò)散式以及按結(jié)構(gòu)形式可分為：長錐體、圓筒體、擴(kuò)散式以及旁通式。旁通式。v 我國已定型了多種旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)系列，我國已定型了多種旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)系列，常用的有常用的有CLTCLT、CLT/ACLT/A、CLP/ACLP/A、CLP/B CLP/B 以及以及 CLK CLK 型等。型等。25PV PV 型粗型粗旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分

13、離器PV PV 型外置型外置旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器PV PV 型單級(jí)型單級(jí)旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器PV PV 型一、二級(jí)型一、二級(jí)旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器26長嶺煉油化工長嶺煉油化工有限公司的有限公司的旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝九江石油化工廠九江石油化工廠的旋風(fēng)分離器在的旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝預(yù)組裝上海氯堿股份有限公司上海氯堿股份有限公司的氧氯化反應(yīng)旋風(fēng)分離的氧氯化反應(yīng)旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝器在預(yù)組裝27過濾的基本概念過濾的基本概念濾漿濾漿液固懸浮液，過濾的原料。液固懸浮液，過濾的原料。濾液濾液過濾后得到的液體產(chǎn)品。過濾后得到的液體產(chǎn)品。濾餅濾餅過濾后得到的固體產(chǎn)品。過濾后得到的固體產(chǎn)品。懸浮液(濾漿

14、)濾餅過濾介質(zhì)濾液過濾：利用重力或人為造成的壓差使過濾：利用重力或人為造成的壓差使懸浮液通過多孔性過濾介質(zhì)，將固體懸浮液通過多孔性過濾介質(zhì)，將固體顆粒截留，從而實(shí)現(xiàn)固顆粒截留，從而實(shí)現(xiàn)固- -液分離的單液分離的單元操作。元操作。28一、過濾方式一、過濾方式 過濾介質(zhì)為過濾介質(zhì)為織物、多孔材料或膜織物、多孔材料或膜等，等，孔徑可大于最小顆粒的粒徑。過濾初孔徑可大于最小顆粒的粒徑。過濾初期，部分小顆粒可以進(jìn)入或穿過介質(zhì)期，部分小顆粒可以進(jìn)入或穿過介質(zhì)的小孔，后因顆粒的的小孔，后因顆粒的架橋作用架橋作用使介質(zhì)使介質(zhì)的孔徑縮小形成有效的阻擋。的孔徑縮小形成有效的阻擋。 被截留在介質(zhì)表面的顆粒形成濾渣層

15、（濾餅），透過濾被截留在介質(zhì)表面的顆粒形成濾渣層（濾餅），透過濾餅層的則是被凈化了的濾液。餅層的則是被凈化了的濾液。 隨濾餅的形成，真正起過濾介質(zhì)作用的是濾餅，而非過隨濾餅的形成，真正起過濾介質(zhì)作用的是濾餅，而非過濾介質(zhì)本身，故稱作濾餅過濾。濾介質(zhì)本身，故稱作濾餅過濾。 濾餅過濾主要用于含固量較大（濾餅過濾主要用于含固量較大（1%1%）的場(chǎng)合。）的場(chǎng)合。 濾餅過濾濾餅過濾( (表面過濾表面過濾) )：29深層過濾：深層過濾： 過濾介質(zhì)一般為介質(zhì)層較厚的濾床類（如沙層、硅藻土過濾介質(zhì)一般為介質(zhì)層較厚的濾床類（如沙層、硅藻土等）；等）； 小于介質(zhì)孔隙的顆粒可進(jìn)入到介質(zhì)內(nèi)部，在長而曲折的小于介質(zhì)孔隙

16、的顆?？蛇M(jìn)入到介質(zhì)內(nèi)部，在長而曲折的孔道中被截留并附著于介質(zhì)之上；孔道中被截留并附著于介質(zhì)之上； 深層過濾無濾餅形成，主要用于凈化含固量很少深層過濾無濾餅形成，主要用于凈化含固量很少（0.1%0.1%）的流體，如水的凈化、煙氣除塵等。）的流體，如水的凈化、煙氣除塵等。 30二、過濾介質(zhì)二、過濾介質(zhì)濾餅支撐物，應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和較小的流動(dòng)阻力、相濾餅支撐物，應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和較小的流動(dòng)阻力、相應(yīng)的耐腐蝕性和耐熱性；多孔、理化性質(zhì)穩(wěn)定、耐用和可應(yīng)的耐腐蝕性和耐熱性；多孔、理化性質(zhì)穩(wěn)定、耐用和可反復(fù)使用。反復(fù)使用?？椢锝橘|(zhì)：織物介質(zhì)： 最常用的過濾介質(zhì)，工業(yè)上稱為濾布最常用的過濾介質(zhì)，工業(yè)上稱為

17、濾布( (網(wǎng)網(wǎng)) )； 由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成，由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成，如棉花、麻、羊毛、絲、石棉等，以棉織的帆布、斜紋布如棉花、麻、羊毛、絲、石棉等，以棉織的帆布、斜紋布及毛織的呢絨等應(yīng)用最廣；及毛織的呢絨等應(yīng)用最廣； 可截留的最小顆粒視網(wǎng)孔大小而定，一般在幾到幾十可截留的最小顆粒視網(wǎng)孔大小而定，一般在幾到幾十（5 565m65m）微米范圍。）微米范圍。31粒狀介質(zhì)：粒狀介質(zhì)： 由細(xì)石、沙、木炭、硅藻土之類的固體顆粒堆積而成的床由細(xì)石、沙、木炭、硅藻土之類的固體顆粒堆積而成的床層，稱作濾床，用作過濾介質(zhì)使含少量懸浮物的液體澄清；層，稱作濾床

18、，用作過濾介質(zhì)使含少量懸浮物的液體澄清； 常用于深層過濾。常用于深層過濾。多孔固體介質(zhì)：多孔固體介質(zhì)： 用多孔陶瓷、塑料、金屬等粉末燒結(jié)成型而制得的多孔用多孔陶瓷、塑料、金屬等粉末燒結(jié)成型而制得的多孔性片狀、板狀或管狀的各種多孔性固體材料；性片狀、板狀或管狀的各種多孔性固體材料； 此類介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，能截留此類介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，能截留1 13mm3mm的微小顆粒。的微小顆粒。多孔膜：多孔膜： 由特殊工藝合成的聚合物薄膜，最常見的是醋酸纖維膜由特殊工藝合成的聚合物薄膜，最常見的是醋酸纖維膜與聚酰胺膜；與聚酰胺膜； 膜過濾屬精密過濾或超濾膜過濾屬精密過濾或超濾(ultrafiltration)(ultrafiltration)，可以分離，可以分離5nm5nm的微粒。的微粒。321 1 濾餅的壓縮性濾餅的壓縮性濾餅濾餅不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅: : 可壓縮濾餅可壓縮濾餅: :顆粒有一定的剛性，所顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅并不因所受形成的濾餅并不因所受的壓力差而變形。的壓力差而變形。 顆粒比較軟，所形成的濾顆粒比較軟，所形成的濾餅在壓差的作用下變形，餅在壓差的作用下變形，使濾餅中的流動(dòng)通道變小使濾餅中的流動(dòng)通道變小，阻力增大。，阻力增大。三、濾餅的壓縮性和助濾劑三、濾餅的壓縮性和助濾劑332 2 助濾劑助濾劑助濾劑助濾劑具有一定剛性的顆粒或纖維狀的固體。具有一定剛