第三章非均相機械分離

1、化工原理第三章第三章 非均相物系的機械分離非均相物系的機械分離 第一節(jié) 概 述 混合物據(jù)各組分的分散度可劃分為混合物據(jù)各組分的分散度可劃分為均相和非均相混合物均相和非均相混合物兩大類。其中兩大類。其中非均相非均相混合物由分散相和連續(xù)相兩部分組成混合物由分散相和連續(xù)相兩部分組成：前者指：前者指處于分散狀態(tài)的物質；后者指包處于分散狀態(tài)的物質；后者指包圍著分散相物質且處于連續(xù)狀態(tài)的流體圍著分散相物質且處于連續(xù)狀態(tài)的流體,如氣態(tài)非均相物系中的氣體，液態(tài)非均如氣態(tài)非均相物系中的氣體，液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體等。相物系中的連續(xù)液體等。本章主要探討非均相混合物的機械分離。本章主要探討非均相混合物的機械分離

2、。 一、非均相混合物的分離在工業(yè)中的應用一、非均相混合物的分離在工業(yè)中的應用 1.回收有用的分散相回收有用的分散相 如收集粉碎機、沸騰及噴霧干燥器等設備出口氣流中夾帶的物料；收集蒸如收集粉碎機、沸騰及噴霧干燥器等設備出口氣流中夾帶的物料；收集蒸發(fā)設備出口氣流中帶出的藥液霧滴；回收結晶器中晶漿夾帶的顆粒；回收催化發(fā)設備出口氣流中帶出的藥液霧滴；回收結晶器中晶漿夾帶的顆粒；回收催化反應器中氣體夾帶的催化劑等。反應器中氣體夾帶的催化劑等。 2.凈化連續(xù)相凈化連續(xù)相 除去藥液中無用的混懸顆粒以便得到澄清藥液；將結晶產(chǎn)品與母液分開；除去藥液中無用的混懸顆粒以便得到澄清藥液；將結晶產(chǎn)品與母液分開；除去空氣

3、中的塵粒以便得到潔凈空氣；除去催化反應原料氣中的雜質，以保證除去空氣中的塵粒以便得到潔凈空氣；除去催化反應原料氣中的雜質，以保證催化劑的活性等。催化劑的活性等。 3.環(huán)境保護和安全生產(chǎn)環(huán)境保護和安全生產(chǎn) 近年來近年來, ,工業(yè)污染對環(huán)境的危害愈來愈明顯，利用機械分離的方法處理工廠工業(yè)污染對環(huán)境的危害愈來愈明顯，利用機械分離的方法處理工廠排出的廢氣、廢液，使其濃度符合規(guī)定的排放標準，以保護環(huán)境；去除容易構排出的廢氣、廢液，使其濃度符合規(guī)定的排放標準，以保護環(huán)境；去除容易構成危險隱患的漂浮粉塵以保證安全生產(chǎn)。成危險隱患的漂浮粉塵以保證安全生產(chǎn)。 第一節(jié) 概 述 二、非均相混合物的分離方法二、非均相

4、混合物的分離方法 非均相混合物通常采用機械的方法分離，即利用非均相混合物中非均相混合物通常采用機械的方法分離，即利用非均相混合物中分散相和連續(xù)相的物理性質分散相和連續(xù)相的物理性質(如密度、顆粒形狀、尺寸等如密度、顆粒形狀、尺寸等)的差異，使的差異，使兩相之間發(fā)生相對運動而使其分離。根據(jù)兩相運動方式的不同，機械兩相之間發(fā)生相對運動而使其分離。根據(jù)兩相運動方式的不同，機械分離可有兩種操作方式，分離可有兩種操作方式，沉降和過濾。沉降和過濾。 1.沉降沉降 沉降是在外力作用下使顆粒相對于流體沉降是在外力作用下使顆粒相對于流體(靜止或運動靜止或運動)運動而實現(xiàn)運動而實現(xiàn)分離的過程。沉降操作的外力可以是重

5、力分離的過程。沉降操作的外力可以是重力(稱為重力沉降稱為重力沉降),也可以是慣也可以是慣性離心力性離心力(稱為離心沉降稱為離心沉降)。 此外對于含塵氣體的分離還有過濾凈制、濕法及電凈制等方法。此外對于含塵氣體的分離還有過濾凈制、濕法及電凈制等方法。 2.過濾過濾 過濾是流體相對于固體顆粒床層運動而實現(xiàn)固液分離的過程。過過濾是流體相對于固體顆粒床層運動而實現(xiàn)固液分離的過程。過濾操作的外力可以是重力、壓差或慣性離心力。因此過濾操作又分為濾操作的外力可以是重力、壓差或慣性離心力。因此過濾操作又分為重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾等。重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾等。 詳見下表：詳見下表

6、： 第一節(jié) 概 述第二節(jié) 沉 降 沉降是指沉降是指在某種力場中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使在某種力場中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離的操作過程，之發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離的操作過程，分為分為重力沉降和離心沉降兩重力沉降和離心沉降兩大類。大類。 一、重力沉降一、重力沉降 重力沉降是依據(jù)重力作用而發(fā)生的沉降過程。一般用于氣、固混重力沉降是依據(jù)重力作用而發(fā)生的沉降過程。一般用于氣、固混合物和混懸液的分離。合物和混懸液的分離。它是利用混懸液中的它是利用混懸液中的分散相即分散相即固體顆粒的密度固體顆粒的密度大于大于連續(xù)相即連續(xù)相即浸提液的密度而使顆粒沉降達到分離。浸提

7、液的密度而使顆粒沉降達到分離。 1.自由沉降和沉降速度自由沉降和沉降速度 以固體顆粒在流體中的沉降為例進行分析，顆粒的沉降速度與顆以固體顆粒在流體中的沉降為例進行分析，顆粒的沉降速度與顆粒的形狀有很大關系，為了便于理論推導，先分析光滑球形顆粒的自粒的形狀有很大關系，為了便于理論推導，先分析光滑球形顆粒的自由沉降速度。由沉降速度。 1.1球形顆粒的自由沉降速度球形顆粒的自由沉降速度 顆粒在靜止流體中沉降時，不受其它顆粒的干擾及器壁的影響，顆粒在靜止流體中沉降時，不受其它顆粒的干擾及器壁的影響，稱為自由沉降。較稀的混懸液或含塵氣體中固體顆粒的沉降可視為自稱為自由沉降。較稀的混懸液或含塵氣體中固體顆

8、粒的沉降可視為自由沉降。由沉降。第二節(jié) 沉 降 如圖如圖3-1所示。一個表面光滑的所示。一個表面光滑的剛性球形顆粒置于靜止流體中，當剛性球形顆粒置于靜止流體中，當顆粒密度大于流體密度時，顆粒將顆粒密度大于流體密度時，顆粒將下沉，若顆粒作自由沉降運動，在下沉，若顆粒作自由沉降運動，在沉降過程中，顆粒受到三個力的作沉降過程中，顆粒受到三個力的作用：重力，方向垂直向下；浮力，用：重力，方向垂直向下；浮力，方向向上；阻力，方向向上。方向向上；阻力，方向向上。 設球形顆粒的直徑為設球形顆粒的直徑為 ,顆粒密顆粒密度為度為 ,流體的密度為流體的密度為 ,則重力則重力 、浮力浮力 和阻力和阻力 分別為分別為

9、: :pd圖3-1靜止流體中顆粒受力示意圖ppdgFbFdF第二節(jié) 沉 降 （3-13-1） （3-23-2） （3-33-3） 式中式中 為沉為沉降顆粒沿沉降方向的最大投形面積，對于球形顆降顆粒沿沉降方向的最大投形面積，對于球形顆粒粒， ，m2；為顆粒相對于流體的降落速度，為顆粒相對于流體的降落速度，m/s； 為沉降為沉降阻力阻力系系數(shù)。數(shù)。 對于一定的顆粒與流體，重力與浮力的大小一定，而阻力隨沉對于一定的顆粒與流體，重力與浮力的大小一定，而阻力隨沉降速度而變。根據(jù)牛頓第二定律有：降速度而變。根據(jù)牛頓第二定律有： 當顆粒開始沉降的瞬間，當顆粒開始沉降的瞬間，u u為零為零, ,阻力也為零阻力

10、也為零, ,加速度加速度a a為其最大為其最大值；顆粒開始沉降后，隨著值；顆粒開始沉降后，隨著u u逐漸增大，阻力也隨著增大，直到速度逐漸增大，阻力也隨著增大，直到速度增大到一定值增大到一定值 后，重力、浮力、阻力三者達到平衡，加速度后，重力、浮力、阻力三者達到平衡，加速度a a為零；為零；此時顆粒做勻速運動的速度即稱為此時顆粒做勻速運動的速度即稱為沉降速度沉降速度，用，用 表示，單位為表示，單位為m/sm/s。即有：即有： （3-43-4） 2/4pAd36gppFdg36bpFdg22duFAAumaFFFdbgtutu0dbgFFF第二節(jié) 沉 降 聯(lián)立（聯(lián)立（3-1）、（）、（3-2）、

11、（）、（3-3）和（）和（3-4）整理得）整理得 （3-5）4()3pptdug 式（式（3-53-5）稱為沉降速度表達式（參見教材）稱為沉降速度表達式（參見教材P136P136式式3-3-2626）。對于微小顆粒，由于沉降的加速階段時間很短，可）。對于微小顆粒，由于沉降的加速階段時間很短，可忽略，因此，忽略，因此，整個沉降過程可以視為加速度為零的勻速沉整個沉降過程可以視為加速度為零的勻速沉降過程。降過程。在這種情況下可直接將該式用于重力沉降速率的在這種情況下可直接將該式用于重力沉降速率的計算。計算。 的確定較為復雜，的確定較為復雜，該值與雷諾數(shù)該值與雷諾數(shù) 有關，但二有關，但二者間數(shù)學函數(shù)式

12、目前理論上還難以確定，一般通過經(jīng)驗關者間數(shù)學函數(shù)式目前理論上還難以確定，一般通過經(jīng)驗關聯(lián)式和實驗數(shù)據(jù)來確定，見圖聯(lián)式和實驗數(shù)據(jù)來確定，見圖3-2 。pepd uR 第二節(jié) 沉 降 圖圖3-2所示阻力曲線可依據(jù)不所示阻力曲線可依據(jù)不同運動狀態(tài)范圍劃分為三個區(qū)域：同運動狀態(tài)范圍劃分為三個區(qū)域： a) a)滯流區(qū)：滯流區(qū)： 2,2,又稱斯托克又稱斯托克斯斯( (stokes)stokes)定律區(qū)定律區(qū) (3-6(3-6） b)過渡區(qū)：過渡區(qū)：2 500,2 500,又稱艾又稱艾倫（倫（AllenAllen）定律區(qū)定律區(qū) (3-7)(3-7) c)湍流區(qū)：湍流區(qū)：500 2500 210105 5 ,

13、 ,又稱牛頓（又稱牛頓（NewtonNewton）定律區(qū)定律區(qū) (3-8)(3-8)epRepRepR圖3-2 沉降阻力系數(shù)關系曲線圖-1p=24Re0.618.5Rep0.442()18pptgdu0.6()0.269pptepgduR()1.74pptgdu第二節(jié) 沉 降 1.2非球形顆粒的自由沉降非球形顆粒的自由沉降 非球形顆粒的幾何形狀及投影面積非球形顆粒的幾何形狀及投影面積A對沉降速度都有影響。顆粒向對沉降速度都有影響。顆粒向沉降方向的投影面積沉降方向的投影面積A愈大，沉降阻力愈大，沉降速度愈慢。一般地愈大，沉降阻力愈大，沉降速度愈慢。一般地,相同密度的顆粒，球形或近球形顆粒的沉降速

14、度大于同體積非球形顆相同密度的顆粒，球形或近球形顆粒的沉降速度大于同體積非球形顆粒的沉降速度。粒的沉降速度。 非球形顆粒幾何形狀與球形的差異程度，用非球形顆粒幾何形狀與球形的差異程度，用球形度球形度 表示，即表示，即一個任意幾何形體的球形度，等于體積與之相同的一個球形顆粒的表一個任意幾何形體的球形度，等于體積與之相同的一個球形顆粒的表面積與這個任意形狀顆粒的表面積之比。當體積相同時，球形顆粒的面積與這個任意形狀顆粒的表面積之比。當體積相同時，球形顆粒的表面積最小，因此，表面積最小，因此，球形度值總是小于球形度值總是小于1 1，且該越小，顆粒形狀與球形，且該越小，顆粒形狀與球形的差異越大，的差異

15、越大，阻力系數(shù)阻力系數(shù)愈大。愈大。當顆粒為球形時，球形度為當顆粒為球形時，球形度為1。 在計算沉降速率時，非球形顆粒的大小可用當量直徑表示，所謂當在計算沉降速率時，非球形顆粒的大小可用當量直徑表示，所謂當量直徑即就是與顆粒等體積球形顆粒的直徑。量直徑即就是與顆粒等體積球形顆粒的直徑。 非球形顆粒自由沉降的影響因素除球形度（顆粒形狀）外，還有壁非球形顆粒自由沉降的影響因素除球形度（顆粒形狀）外，還有壁效應（器壁影響）和干擾沉降（顆粒間的相互干擾）等。效應（器壁影響）和干擾沉降（顆粒間的相互干擾）等。ppss第二節(jié) 沉 降 2.重力沉降設備及其生產(chǎn)能力重力沉降設備及其生產(chǎn)能力 2.12.1降塵室降

16、塵室: :就是利用重力沉降就是利用重力沉降的作用的作用從含塵氣體中除去固體顆粒從含塵氣體中除去固體顆粒的設備，其結構如的設備，其結構如3-33-3所示。含塵所示。含塵氣體進入降塵室后，流通截面積擴氣體進入降塵室后，流通截面積擴大，速度降低，使氣體在降塵室內(nèi)大，速度降低，使氣體在降塵室內(nèi)有一定的停留時間。若在這個時間有一定的停留時間。若在這個時間內(nèi)顆粒沉到了室底，則顆粒就能從內(nèi)顆粒沉到了室底，則顆粒就能從氣體中除去。要保證塵粒從氣體中氣體中除去。要保證塵粒從氣體中分離出來，則顆粒沉降至底部所用分離出來，則顆粒沉降至底部所用時間必須小于等于氣體通過沉降室時間必須小于等于氣體通過沉降室的時間。的時間

17、。 氣體氣體 氣體氣體 進口進口 出口出口 集灰斗集灰斗 圖圖 3-3 降塵室降塵室 L B 氣體氣體 u H ut 顆粒在降塵室中的運動顆粒在降塵室中的運動 第二節(jié) 沉 降 設設 為降塵室所處理的含塵氣體的體積流量，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，即降塵室的生產(chǎn)能力，顆粒運動的水平速度同顆粒運動的水平速度同于氣體用于氣體用u表示，顆粒的沉降速度為表示，顆粒的沉降速度為ut，則顆粒，則顆粒水平通過沉降室的停留時間為水平通過沉降室的停留時間為L/uL/u，垂直沉降時垂直沉降時間為間為H/H/u ut t，那么顆粒能沉降分離出來的條件為：，那么顆粒能沉降分離出來的條件為：

18、（3-93-9） 又由于又由于u=u=qvqv/A=/A=qvqv/BH,/BH,故有故有H/H/u ut tBLH/qvBLH/qv，即有：即有： （3-103-10） 式（式（3-103-10）就是降塵室生產(chǎn)能力的計算公示。）就是降塵室生產(chǎn)能力的計算公示。該式表明：該式表明：降塵室生產(chǎn)能力只與降塵室的底面降塵室生產(chǎn)能力只與降塵室的底面積（積（BLBL）及顆粒的沉降速度有關，而與降塵室）及顆粒的沉降速度有關，而與降塵室高度高度H H無關無關。所以降塵室一般采用扁平的幾何形。所以降塵室一般采用扁平的幾何形狀，或在室內(nèi)添加多層隔板狀，或在室內(nèi)添加多層隔板, ,形成多層降塵室如形成多層降塵室如圖圖

19、3-43-4所示所示, ,以提高其生產(chǎn)能力和除塵效率。以提高其生產(chǎn)能力和除塵效率。 降塵室結構簡單，但設備龐大、效率低，只降塵室結構簡單，但設備龐大、效率低，只適用于分離粗顆粒（一般指直徑適用于分離粗顆粒（一般指直徑7575mm以上的顆以上的顆粒），或作為預分離設備。粒），或作為預分離設備。 /tH uL uvqvtqBLu圖3-4 多層隔板降塵室 1-隔板；2，3-調節(jié)閥門；4-除灰口第二節(jié) 沉 降 2.22.2沉降槽：屬于處理懸浮液的重力沉沉降槽：屬于處理懸浮液的重力沉降設備，也稱增稠器，分間歇式、半連續(xù)式降設備，也稱增稠器，分間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種。和連續(xù)式三種。 化工中常用的沉降

20、槽如圖示，是一個帶化工中常用的沉降槽如圖示，是一個帶錐形底的圓池，懸浮液由位于中央的進料口錐形底的圓池，懸浮液由位于中央的進料口加至液面以下，經(jīng)一水平擋板折流后沿徑向加至液面以下，經(jīng)一水平擋板折流后沿徑向擴展，隨著顆粒的沉降，液體緩慢向上流動擴展，隨著顆粒的沉降，液體緩慢向上流動, ,經(jīng)溢流堰流出得到清液，顆粒則下沉至底部經(jīng)溢流堰流出得到清液，顆粒則下沉至底部形成沉淀層，由緩慢轉動的耙將沉渣移至中形成沉淀層，由緩慢轉動的耙將沉渣移至中心底部排出。心底部排出。 沉降槽與降塵室類似，其生產(chǎn)能力與高沉降槽與降塵室類似，其生產(chǎn)能力與高度無關度無關, ,只與底面積及顆粒的沉降速率有關只與底面積及顆粒的沉

21、降速率有關, ,故沉降槽一般均制造成大截面、低高度。大故沉降槽一般均制造成大截面、低高度。大的沉降槽直徑可達的沉降槽直徑可達l0l0100m100m、深、深2.52.54m4m。它一般用于大流量、低濃度懸浮液的處理。它一般用于大流量、低濃度懸浮液的處理。 另外：工業(yè)上對于難以沉降的溶膠，可另外：工業(yè)上對于難以沉降的溶膠，可以加入電解質之類的絮凝劑，以促進細小顆以加入電解質之類的絮凝劑，以促進細小顆粒絮凝成較大顆粒從而增大沉降速度。粒絮凝成較大顆粒從而增大沉降速度。 加加 料料 清清 液液 溢溢 流流 水水 平平 清清 液液 擋擋 板板 耙耙 稠稠 漿漿 圖3-5 連 續(xù) 式 沉 降 槽 第二節(jié)

22、 沉 降 二、離心沉降二、離心沉降 在重力沉降中,當顆粒小時,沉降速率就小,需沉降設備就大,為了提高其生產(chǎn)能力,工業(yè)上可使用離心沉降,因為離心力可以比重力大許多，改用離心沉降則可大大提高沉降速度,設備尺寸也可縮小很多。 1.離心沉降速度和離心分離因數(shù)離心沉降速度和離心分離因數(shù) 1.1離心沉降速度:其推導方法和重力沉降速度相似，在離心沉降設備中，當流體帶著顆粒旋轉時,如果顆粒的密度大于流體的密度,則慣性離心力將會使顆粒在徑向上與流體發(fā)生相對運動而飛離中心。和顆粒在重力場中受到三個作用力相似，慣性離心力場中顆粒在徑向上也受到三個力的作用,即慣性離心力、向心力(相當于重力場中的浮力,其方向為沿半徑指

23、向旋轉中心)和阻力(與顆粒的運動方向相反,其方向為沿半徑指向中心)。如果球形顆粒的直徑為dp、密度為 ,流體密度為 ,當顆粒與流體一起作等角速度 的圓周運動時，將受上述合力的作用,使其由旋轉中心向周邊運動，在達到動態(tài)平衡時，經(jīng)整理其離心沉降速度為： （3-11）p24 3pprdur第二節(jié) 沉 降 1.2離心分離因數(shù) 比較式（3-11）及（3-5）可知：離心沉降速率的計算式只是把重力沉降速率中的重力加速度用離心加速度 代替而已。工業(yè)上常將離心加速度與重力加速度之比稱為離心分離因數(shù)，即 K是離心分離設備的重要性能指標。工程上，K越高，其離心分離效率越高，相比于重力分離效果越好。離心分離因數(shù)的數(shù)值

24、一般為幾百到幾萬。因此，同一顆粒在離心場中的沉降速度遠遠大于其在重力場中的沉降速度，用離心沉降可將更小的顆粒從流體中分離出來。 注意：重力沉降速度基本上為一定值；離心沉降速度為絕對速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心力場中的位置r而改變。 2r2rKg第二節(jié) 沉 降 2.離心沉降設備離心沉降設備 2.1旋風分離器旋風分離器 旋風分離器一般進行的是氣-固非均相物系的離心分離。由于在離心場中可以獲得比重力大得多的離心力,故對兩相密度相差較小或顆粒粒度較細的非均相物系,利用離心沉降分離要比重力沉降好。 2.1.1構造和原理：圖3-6所示,主體的上部為圓筒形,下部為圓錐形,中央有一升氣管。含塵氣體從側面的

25、進氣管切向進入器內(nèi),然后在圓筒內(nèi)作自上而下的圓周運動。顆粒在隨氣流旋轉過程中被拋向器壁,沿器壁落下,自錐底排出。由于操作時旋風分離器底部處于密封狀態(tài),所以被凈化的氣體到達底部后轉折向上,沿中心升氣管旋轉著從頂部的中央排氣管排出。 旋風分離器構造簡單,分離效率較高，操作不受溫度、壓強限制。一般入口氣速為1025ms-1 ,分離因數(shù)約為52500,一般可分離氣體中575m直徑的粒子。 b 凈化氣體凈化氣體 含塵含塵 氣體氣體 b D 塵粒塵粒 圖3-6 標準型旋風分離器 第二節(jié) 沉 降第二節(jié) 沉 降 2.1.2旋風分離器的主要性能參數(shù) 臨界粒徑(dpc):即旋風分離器能夠分離出最小顆粒的直徑，其計

26、算式 為 (3-12) 式中：ui為含塵氣體的進口氣速，m/s；b為旋風分離器的進口寬度,m；n為氣流的旋轉圈數(shù),對標準旋風分離器,可取n=5； 為顆粒的密度，kg/m3；為流體的黏度，Pas 。 分離效率：通常有兩種表示方法，即粒級效率和總效率 （3-13） 式中 為旋風分離器進出口氣體中含塵粒徑為dp,i的顆粒的濃度，g/m3；Ci、C0為旋風分離器進出口氣體中全部顆粒的濃度, g/m3； 為含塵氣體在分離器入口處粒徑為dp,i的顆粒的質量分數(shù)。 總效率是工程計算中常用的,雖易測定但它卻不能準確代表分離器的分離性能,要真正要衡量分離性能的好壞,用粒級效率則比用總效率更有意義。 ,33p c

27、pipibbdnunu )(p001niiiiiCCwC,iiiiCCC進出進,ii進出C、Ciw第二節(jié) 沉 降 壓力降 旋風分離器的壓力降是評價其性能的重要指標。壓力降產(chǎn)生的主要原因，是由于氣體經(jīng)過器內(nèi)時的膨脹、壓縮、旋轉、轉向及對器壁的摩擦而消耗大量的能量。氣體通過旋風分離器的壓力降應盡可能小，該值的大小是決定分離過程能耗和合理選擇風機的依據(jù)。其計算式如下： （3-13） 旋風分離器壓降一般在5002000Pa之間。 ui愈小，壓降愈低，雖然輸送能耗降低，但分離效率也降低，從經(jīng)濟角度考慮可取ui=1525m/s。不僅如此，旋風分離器的壓降還與其形狀有關，一般來說，短粗形的旋風分離器壓降較小

28、，處理量大，但分離效率低；相反長細形分離器則處理量不大，但分離效率卻高。 旋風分離器一般可分離575m的非纖維、非粘性干燥粉塵，對5m以下的細微顆粒分離效率較低。旋風分離器結構簡單緊湊、無運動部件，操作不受溫度和壓強的限制，價格低廉、性能穩(wěn)定，可滿足中等粉塵集捕要求，故廣泛應用于多種工業(yè)部門。 22icup 第二節(jié) 沉 降 2.2旋液分離器旋液分離器 又稱水力旋流器,是利用離心沉降原理分離液固混合物的設備,類似于旋風分離器構造，圖3-7所示。懸浮液由入口管切向進入,并向下作螺旋運動,固體顆粒在慣性離心力作用下,被甩向器壁后隨旋流降至錐底。由底部排出的稠漿稱為底流；清液和含有微細顆粒的液體則形成

29、內(nèi)旋流螺旋上升,從頂部中心管排出,稱為溢流。內(nèi)旋流中心為處于負壓的氣柱,這些氣體可能是由料漿中釋放出來,或由于溢流管口暴露于大氣時將空氣吸入器內(nèi)的,但氣柱有利于提高分離效果。 其結構特點是直徑小而圓錐部分長,其進料速度約為210m/s,可分離的粒徑約為5200m 。若料漿中含有不同密度或不同粒度的顆粒,可令大直徑或大密度的顆粒從底流送出,通過調節(jié)底流量與溢流量比例,控制兩流股中顆粒大小的差別,這種操作稱為分級過程。圖3-7 旋液分離器示意圖 D第三節(jié) 過 濾 第三節(jié) 過 濾 2.2.過濾方式過濾方式 工業(yè)上的過濾操作主要分為餅層過濾和深層過濾。 2.1餅層過濾餅層過濾：又名濾餅過濾，圖3-8（

30、a）所示，過濾時非均相混合物即濾漿置于過濾介質的一側,固體沉積物在介質表面堆積、架橋而形成濾餅層如圖3-8（b）所示。濾餅層是有效過濾層,隨著操作的進行其厚度逐漸增加。由于濾餅層截留的固體顆粒粒徑小于介質孔徑,因此餅層形成前得到的渾濁初濾液，待濾餅形成后應返回濾漿槽重新過濾,餅層形成后收集的濾液為符合要求的濾液。餅層過濾適用于處理固相含量稍高（固相體積分率在1%以上）的懸浮液。 圖3-8 餅層過濾示意圖 第三節(jié) 過 濾 2.2深層過濾深層過濾：圖3-9所示，過濾介質是較厚的粒狀介質的床層,過濾時懸浮液中的顆粒沉積在床層內(nèi)部的孔道壁面上,而不形成濾餅。深層過濾適用于生產(chǎn)量大而懸浮顆粒粒徑小、固含

31、量低或是粘軟的絮狀物。適用于懸浮液中顆粒甚小且含量甚微（固相體積分率在0.1%以下）的場合。如自來水廠的飲水凈化、合成纖維紡絲液中除去固體物質、中藥生產(chǎn)中藥液的澄清過濾等。 另外膜過濾作為一種精密分離技術，近年來發(fā)展很快，已應用于許多行業(yè)。膜過濾是利用膜孔隙的選擇透過性進行兩相分離的技術。以膜兩側的流體壓差為推動力，使溶劑、無機離子、小分子等透過膜，而截留微粒及大分子。 圖3-9 深層過濾示意圖第三節(jié) 過 濾 3.3.過濾介質過濾介質 過濾過程所用的多孔性介質稱為過濾介質。性能優(yōu)良的過濾介質除能夠達到所需分離要求外，還應具有足夠的機械強度，盡可能小的流過阻力，較高的耐腐蝕性和一定的耐熱性，最好

32、表面光滑，濾餅剝離容易。 過濾介質是濾餅的支承物，應具有下列特性：a) 多孔性：即孔徑適宜且液體通過的阻力??；b) 穩(wěn)定性：物理化學性質穩(wěn)定，耐熱，耐化學腐蝕；c)機械強度：有足夠的強度，耐壓、使用壽命長；d) 價格便宜。 工業(yè)常用過濾介質主要有織物介質、多孔性固體介質和微孔濾膜等。 3.1織物介質：是由天然或合成纖維、金屬絲等編織而成的篩網(wǎng)、濾布，適于濾餅過濾，一般可截留的粒徑5m以上的固體微粒。 3.2多孔性固體介質：是素瓷、金屬或玻璃的燒結物、塑料細粉粘結而成的多孔性塑料管等,適用于含粘軟性絮狀懸浮顆粒或腐蝕性混懸液的過濾,一般可截留粒徑13m的微細粒子。 3.3粒狀介質:是由各種固體顆

33、粒(砂石、木炭、石棉)或非編織纖維(玻璃棉等)堆積而成。適用于深層過濾，如制劑用水的預處理。 3.4微孔濾膜，是由高分子材料制成的薄膜狀多孔介質。適用于精濾,可截留粒徑0.01m以上的微粒,尤其適用于濾除0.0210m的混懸微粒。 第三節(jié) 過 濾 4. 4.濾餅的壓縮性和助濾劑濾餅的壓縮性和助濾劑 4.1濾餅的壓縮性:若構成濾餅的顆粒是不易變形的堅硬固體顆粒,則當濾餅兩側壓力差增大時,顆粒形狀和顆粒間空隙不發(fā)生明顯變化,這類濾餅稱為不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅；有的懸浮顆粒比較軟，所形成的濾餅受壓容易變形,當濾餅兩側壓力差增大時,顆粒的形狀和顆粒間的空隙有明顯改變,這類濾餅稱為可壓縮濾餅可壓縮濾餅

34、。濾餅的壓縮性對過濾效率及濾材的可使用時間影響很大,是設計過濾工藝和選擇過濾介質的依據(jù)。 4.2助濾劑:為了減小可壓縮濾餅的過濾阻力,可采用助濾劑以提高濾餅的剛性和孔隙率。助濾劑是有一定剛性的粒狀或纖維狀固體,常用的有硅藻土、活性炭、珍珠巖粉等。助濾劑應具有化學穩(wěn)定性,不與濾漿發(fā)生化學反應,不溶于液相,在過濾操作的壓力差范圍內(nèi)具有不可壓縮性。 助濾劑的使用方法有預涂法預涂法和摻濾法摻濾法兩種。預涂是把助濾劑先行過濾,使其在過濾介質表面形成預涂層,然后再過濾濾漿。摻濾是把助濾劑按一定比例直接分散在待過濾的混懸液中一起過濾。注意當濾餅是產(chǎn)品時一般不使用助濾劑。第三節(jié) 過 濾 5 5. .濾餅的洗滌

35、濾餅的洗滌 在濾餅的顆粒間隙中總會殘留一定量的濾液。過濾終了,通常要用洗滌液(一般為清水)進行濾餅的洗滌,以回收濾液或得到較純凈固體顆粒。洗滌速率取決于洗滌壓強差、洗滌液通過的面積及濾餅厚度。 6 6. .過濾速率及影響因素過濾速率及影響因素 過濾速率是單位時間內(nèi)得到的濾液體積，增大過濾面積可增大過濾速率；加壓或減壓均可加快過濾速率，但可壓縮濾餅會使過濾速率變慢；而懸浮液的性質和操作溫度對過濾速率也有影響。提高溫度，可降低液體的粘度，從而提高過濾機的過濾速率。但在真空過濾時，提高溫度會使真空度下降，從而降低了過濾速率。經(jīng)理論和實驗的經(jīng)驗關聯(lián)，過濾速率方程可表示如下：(參見教材P152式3-66

36、) （3-14）2/()CedVApdr V VV第三節(jié) 過 濾 二、過濾設備二、過濾設備 過濾設備稱為過濾機。按操作方式可分為間歇過濾機和連續(xù)過濾機,按過濾推動力產(chǎn)生的方式可分為壓濾機、真空過濾機和離心過濾機。 1 1. .板框壓濾機板框壓濾機: :該機是一種歷史較舊,但仍沿用不衰的間歇式壓濾機。由若干塊濾板和濾框間隔排列,靠濾板和濾框兩側的支耳架在機架的橫梁上,用一端的壓緊裝置壓緊組裝而成,如圖3-10所示。濾板和濾框是板框壓濾機的主要部件,其個數(shù)在機座長度范圍內(nèi)可自行調節(jié),一般為1060塊不等,過濾面積為280m2。 圖3-10(a) 板框壓濾機構造圖 1-固定頭；2-濾板；3-濾框；4-濾布；5-壓緊裝置第三節(jié) 過 濾附圖洗洗板板框框非非洗洗板板洗洗板板濾液流出濾液流出懸懸浮浮液液入入口口洗洗板板框框非非洗洗板板洗洗板板洗滌液流出洗滌液流出洗洗滌滌液液入入口口圖圖3-10(b) 3-10(b) 板框壓濾機過濾及洗滌示意板框壓濾機過濾及洗滌示意圖圖 第三節(jié) 過 濾 該機為間歇操作,每個操作周期由裝配、壓緊、過濾、洗滌、坼開、卸料、處理等組成,板框裝合完畢,開始過濾。過濾時懸浮液在指定的壓力下