第三章非均相物系的分離

第三章非均相物系的分離

第一節(jié)沉降

第二節(jié)過(guò)濾

第三節(jié)離心分離第三章非均相物系的分離【知識(shí)目標(biāo)】1.掌握重力沉降與離心沉降的基本公式；降塵室、連續(xù)沉降槽的結(jié)構(gòu)；過(guò)濾操作的基本概念和所用設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)；2.了解降塵室生產(chǎn)能力的計(jì)算；影響過(guò)濾操作的主要因素；離心分離和旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)及工作原理；3.了解其它分離設(shè)備的構(gòu)造與操作特點(diǎn)。【能力目標(biāo)】1.掌握能夠運(yùn)用非均相混合物分離的基本原理，進(jìn)行沉降和過(guò)濾過(guò)程的有關(guān)計(jì)算；

2.熟練應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)，解決實(shí)際生產(chǎn)操作問(wèn)題。

混合物均相混合物（均相物系）非均相混合物（非均相物系）物系內(nèi)部不存在相界面且各處物料性質(zhì)均勻一致物系內(nèi)有相界面存在且相界面兩側(cè)物料是截然不同的分散相（分散物質(zhì)）→分散狀態(tài)的物質(zhì)連續(xù)相（連續(xù)介質(zhì)）→連續(xù)狀態(tài)存在，包圍在分散物質(zhì)周圍。第三章非均相物系的分離非均相物系的分離在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、收集分散物質(zhì)2、凈化分散介質(zhì)3、環(huán)境保護(hù)第三章非均相物系的分離一、重力沉降第一節(jié)沉降

二、離心沉降

三、沉降設(shè)備沉降依靠外力（重力、離心力、慣性力）作用，利用分散相與連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離。一、重力沉降沉降球形顆粒的自由沉降速度自由沉降：顆粒不受其他顆粒的干擾及器壁的影響，在靜止的流體中的沉降過(guò)程。一、重力沉降粒子在重力作用下，沿重力方向的沉積運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。

重力沉降在自由沉降過(guò)程中，顆粒受到三個(gè)力的作用：一、重力沉降重力、浮力的大小一定；u，阻力，加速度重力、浮力、阻力三者達(dá)到平衡，加速度為零一、重力沉降此時(shí)顆粒做勻速沉降，其速度也是最大沉降速度一、重力沉降沉降速度ut:阻力系數(shù)一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定：

層流區(qū)：過(guò)渡區(qū)：

湍流區(qū)：

一、重力沉降一、重力沉降沉降速度ut：

層流區(qū)：過(guò)渡區(qū)：

湍流區(qū)：

一、重力沉降第一節(jié)沉降

二、離心沉降

三、沉降設(shè)備離心沉降速度和離心分離因數(shù)

二、離心沉降（1）離心沉降速度顆粒做圓周運(yùn)動(dòng)，其離心力和向心力相等即Fc＝Fb＝mα＝Vρω2r其受力為離心力Fc、向心力Fb和阻力Fd，其值分別為：

二、離心沉降當(dāng)三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)：Fc-

Fb-

Fd=0顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是此位置上的離心沉降速度。若顆粒處于層流區(qū)，則阻力系數(shù)二、離心沉降(2)離心分離因數(shù)

離心分離因數(shù):離心加速度和重力加速度之比稱，即慣性離心力和重力之比。分離因數(shù)越高，其離心分離效率越高。二、離心沉降一、重力沉降第一節(jié)沉降

二、離心沉降

三、沉降設(shè)備利用重力沉降從氣流中分離出塵粒的設(shè)備稱為降塵室。最常見(jiàn)的降塵室結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。

降塵室示意圖1.降塵室

（一）重力沉降設(shè)備

三、沉降設(shè)備

含塵氣體進(jìn)入降塵室后，因流道截面積擴(kuò)大使速度減慢。顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)情況示于圖(b)中。降塵室示意圖1.降塵室

（一）重力沉降設(shè)備

三、沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備氣體入室減速顆粒沉降的同時(shí)并隨氣體運(yùn)動(dòng)顆粒沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)間<氣體停留時(shí)間分離顆粒在降塵室的停留時(shí)間：顆粒沉降到室底所需的時(shí)間：為了滿足除塵要求：——降塵室的生產(chǎn)能力降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面積BL和顆粒的沉降速度ut有關(guān)，而與降塵室的高度無(wú)關(guān)

降塵室的生產(chǎn)能力：降塵室單位時(shí)間所處理的含塵氣體的體積流量。符號(hào)：三、沉降設(shè)備1.隔板2、6.調(diào)節(jié)閘閥3.氣體分配道4.氣體集聚道5.氣道7.清灰口多層沉降室示意圖三、沉降設(shè)備當(dāng)ut一定時(shí)，理論上降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的寬度b和長(zhǎng)度有關(guān)，而與其高度h無(wú)關(guān)。因此，降塵室應(yīng)設(shè)計(jì)成扁平形，或在室內(nèi)均勻設(shè)置多層水平隔板，構(gòu)成多層降塵室。三、沉降設(shè)備1.槽；2.耙；3.懸浮液送液泵4.管；5.泵；6.溢流槽連續(xù)沉降槽示意圖2.沉降槽（一）重力沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備2.沉降槽（一）重力沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備沉降槽也稱為沉降器或增濃器，是利用微粒重力的差別使液體中的固體微粒沉降的設(shè)備。沉降槽有間歇操作和連續(xù)操作。間歇沉降槽通常是一個(gè)圓形、方形或矩形的敞口容器。懸浮液加入器內(nèi)后，在靜止?fàn)顟B(tài)下沉降。沉降結(jié)束后，排出清液和由底口排出稠厚的沉渣。隨后重新將懸浮液加入沉降器內(nèi)，進(jìn)行沉降操作。2.沉降槽（一）重力沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備連續(xù)沉降槽是一個(gè)底部略具有圓錐形的大直徑淺槽。需處理的料漿自中央進(jìn)料口緩慢送入液面以下0.3～0.1m處，以減少進(jìn)料對(duì)槽內(nèi)沉聚過(guò)程的擾動(dòng)。料液進(jìn)槽后，清液上浮，經(jīng)由槽頂部四周的溢流堰連續(xù)溢出，稱為溢流；顆粒下沉，槽底有緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的靶將沉渣聚攏到底部排渣口連續(xù)排出，排出的稠漿稱為底流。（二）離心沉降設(shè)備1.旋風(fēng)分離器：利用慣性離心力分離氣-固相混合物的最常用設(shè)備。h=D/2；B=D/4；D1=D/2；D2=D/4；H1=H2=2D；S=D/8旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖三、沉降設(shè)備（二）離心沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備旋風(fēng)分離器的工作原理：含塵氣體從側(cè)面的矩形進(jìn)風(fēng)口切向引入，在分離器內(nèi)作以上向下，再由下向上的螺旋運(yùn)動(dòng)，然后從中心管引出。在上、下螺旋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，塵粒與氣體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)被甩向器壁后順壁石掉落至灰斗，這樣塵粒得以與氣體分離。由于操作時(shí)旋風(fēng)分離器底部處于密封狀態(tài)，所以，被凈化的氣體到達(dá)底部后折向上，沿中心軸旋轉(zhuǎn)著從頂部的中央排氣管排出。（二）離心沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備旋風(fēng)分離器構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊；沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件；而且分離效率較高，分離因數(shù)約為5～2500，一般可分離5～75μm的非纖維、非黏性干燥粉塵；操作不受溫度、壓強(qiáng)的限制，但是對(duì)5μm以下的細(xì)微顆粒分離效率較低；價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定，可滿足中等粉塵捕集要求，故廣泛應(yīng)用于制藥化工及多種工業(yè)部門(mén)。

2.旋液分離器：旋液分離器結(jié)構(gòu)示意圖

（二）離心沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備

2.旋液分離器：（二）離心沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備又稱水力旋流器，是一種利用離心力從液流中分離出固體顆粒的分離設(shè)備，旋液分離器的主體由圓筒和圓錐兩部分構(gòu)成。懸浮液經(jīng)入口管切向進(jìn)入圓筒，形成螺旋狀向下運(yùn)動(dòng)的旋流，固體顆粒受慣性離心力作用被甩向器壁，并隨旋流降至錐底的出口，由底部排出的增濃液稱為底流，清液或含有微細(xì)顆粒的液體則為上升的內(nèi)旋流，從頂部的中心管排出，稱為頂流。

2.旋液分離器：（二）離心沉降設(shè)備三、沉降設(shè)備旋液分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用低，占地面積小，處理能力大，可用于懸浮液的增濃，分級(jí)操作，也可用于不互溶液體的分離、氣液分離、傳熱、傳質(zhì)和霧化等操作中，在化工、制藥、石油、冶金、環(huán)保等工業(yè)部門(mén)廣泛被采用，但進(jìn)料泵的動(dòng)能消耗大，內(nèi)壁磨損大，進(jìn)料流量和濃度的變化很容易影響分離性能。一、過(guò)濾基本概念第二節(jié)過(guò)濾

二、過(guò)濾設(shè)備1.過(guò)濾原理

過(guò)濾操作是利用具有眾多毛細(xì)孔的物體作為介質(zhì)，在介質(zhì)兩側(cè)壓差的推動(dòng)下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的毛細(xì)孔，而將其中的固體微粒截留，從而達(dá)到固、液兩相分離之目的。一、過(guò)濾基本概念

過(guò)濾操作示意圖2.過(guò)濾推動(dòng)力和阻力

過(guò)濾推動(dòng)力可以是重力、壓強(qiáng)差或慣性離心力，工業(yè)上應(yīng)用最多的是濾餅與過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)的壓強(qiáng)差。(1)推動(dòng)力一、過(guò)濾基本概念

(2)阻力過(guò)濾阻力為過(guò)濾阻力與濾餅介質(zhì)阻力之和。過(guò)濾剛開(kāi)始時(shí)，只有過(guò)濾介質(zhì)阻力，隨著過(guò)濾的進(jìn)行，濾餅厚度不斷增加，過(guò)濾阻力逐漸加大。所以在一般情況下，過(guò)濾阻力主要決定于濾餅阻力。3.過(guò)濾方式工業(yè)上過(guò)濾分為兩種：餅層過(guò)濾和深層（或深床）過(guò)濾。（a）濾餅過(guò)濾（b）架橋現(xiàn)象餅層過(guò)濾示意圖深層過(guò)濾示意圖一、過(guò)濾基本概念

3.過(guò)濾方式一、過(guò)濾基本概念

（1）餅層過(guò)濾：懸浮液中顆粒的大小往往很不一致，在過(guò)濾操作的開(kāi)始階段，會(huì)有部分比過(guò)濾介質(zhì)孔道小的顆粒進(jìn)入介質(zhì)孔道內(nèi)，穿過(guò)孔道而不被截留，使濾液仍然是混濁的。由于濾餅中的孔道通常要比過(guò)濾介質(zhì)的孔道要小，在濾餅形成之后，比過(guò)濾介質(zhì)孔道小的顆粒也能被截留。濾餅成為對(duì)其后的顆粒起主要截留作用的介質(zhì)，穿過(guò)濾餅的液體則變?yōu)槌吻宓囊后w。3.過(guò)濾方式一、過(guò)濾基本概念

（2）深層過(guò)濾：當(dāng)懸浮液中顆粒尺寸比過(guò)濾介質(zhì)孔道的尺寸小得多，顆粒就進(jìn)入彎曲細(xì)長(zhǎng)的介質(zhì)孔道，被截留或吸附在介質(zhì)孔道中，形成深層過(guò)濾。深層過(guò)濾時(shí)并不在介質(zhì)上形成濾餅，固體顆粒沉積于過(guò)濾介質(zhì)的內(nèi)部。隨著過(guò)濾的進(jìn)行，過(guò)濾介質(zhì)的孔道會(huì)因截留顆粒的增多逐漸變窄和減少，所以過(guò)濾介質(zhì)必須定期更換或清洗再生。4、過(guò)濾介質(zhì)

過(guò)濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)作用：支撐濾餅或截留顆粒，使濾液通過(guò)。一、過(guò)濾基本概念

工業(yè)常用過(guò)濾介質(zhì)主要有：(1)織物介質(zhì)由天然纖維（棉、毛、絲、麻等）或合成纖維、金屬絲等編織而成的篩網(wǎng)、濾布，一般可截留粒徑5μm以上的固體微粒?？椢锝橘|(zhì)在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。

(2)多孔性固體介質(zhì)由陶瓷、金屬或玻璃的燒結(jié)物、塑料細(xì)粉黏結(jié)而成的多孔性塑料管，稱為濾板或?yàn)V器。一般可截留粒徑1～3μm的微細(xì)粒子。4、過(guò)濾介質(zhì)

一、過(guò)濾基本概念

(3)粒狀介質(zhì)由砂石、木炭、石棉等各種固體顆?；蚍蔷幙椑w維(玻璃棉等)堆積而成，適用于深層過(guò)濾，常用于過(guò)濾含固體顆粒較少的懸浮液，如制劑用水的預(yù)處理。

(4)微孔濾膜由高分子材料制成的薄膜狀多孔介質(zhì)，適用于精濾，可截留粒徑O.01μm以上的微粒，尤其適用于濾除O.02～10μm的混懸微粒。一、過(guò)濾基本概念

5、濾餅的壓縮性和助濾劑

(1)濾餅的壓縮性：濾餅是由被截留下來(lái)的顆粒堆積而成的固定濾渣，可以分成不可壓縮的和可壓縮的兩種。(2)助濾劑：有一定剛性的顆?；蚶w維狀的固體。加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動(dòng)阻力。一、過(guò)濾基本概念第二節(jié)過(guò)濾

二、過(guò)濾設(shè)備（一）板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)是廣泛應(yīng)用的一種間歇式操作的加壓過(guò)濾設(shè)備。二、過(guò)濾設(shè)備

1.固定頭；2.濾板；3.濾框；4.濾布；5.壓緊裝置板框壓濾機(jī)示意圖（一）板框壓濾機(jī)二、過(guò)濾設(shè)備

板框壓濾機(jī)是由若干塊交替排列的濾板、濾框和洗滌板組成共同被支承在兩側(cè)的橫梁上，并用壓緊裝置壓緊和拉開(kāi)。濾板和濾框是板框壓濾機(jī)的主要工作部件，濾板和濾框的個(gè)數(shù)在機(jī)座長(zhǎng)度范圍內(nèi)可自行調(diào)節(jié)，一般為10～60塊不等，過(guò)濾面積為2～80m2。濾板和濾框示意圖二、過(guò)濾設(shè)備

（一）板框壓濾機(jī)二、過(guò)濾設(shè)備

（一）板框壓濾機(jī)在板和框的上角端均開(kāi)有圓孔，在疊合、壓緊后即構(gòu)成供濾漿、濾液和洗滌液流動(dòng)的通道。濾框兩側(cè)覆以濾布，框架和濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間。濾板為支撐濾布而做成實(shí)板，濾板上刻有凹槽是為形成濾液的流出通道。通常，過(guò)濾板為一鈕，濾框?yàn)槎o，洗滌板為三鈕。組合時(shí)即按鈕數(shù)1-2-3-2-1-2-3-2-1……的順序排列板和框。二、過(guò)濾設(shè)備

（一）板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，設(shè)備緊湊，過(guò)濾面積大而占地小，操作壓強(qiáng)高，濾餅含水少，對(duì)各種物料的適應(yīng)能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是間歇手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。目前各種自動(dòng)操作的板框壓濾機(jī)的出現(xiàn)，改善了板框壓濾機(jī)的工作條件和勞動(dòng)強(qiáng)度。

（二）轉(zhuǎn)鼓（筒）真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)為連續(xù)式真空過(guò)濾設(shè)備。轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)示意圖二、過(guò)濾設(shè)備（二）轉(zhuǎn)鼓（筒）真空過(guò)濾機(jī)二、過(guò)濾設(shè)備轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)的主機(jī)由濾漿槽、籃式轉(zhuǎn)鼓、分配頭、刮刀等部件構(gòu)成。籃式轉(zhuǎn)鼓是一個(gè)轉(zhuǎn)軸呈水平放置的圓筒，圓筒一周為金屬網(wǎng)上覆以濾布構(gòu)成的過(guò)濾面，轉(zhuǎn)鼓在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，過(guò)濾面可依次浸入濾漿中。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)沿徑向分隔成若干獨(dú)立的扇形格，每格都有單獨(dú)的孔道通至分配頭上。分配頭的作用使這些孔道依次與真空管及壓縮空氣管相通，因而，轉(zhuǎn)鼓每旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)扇形格可依次完成過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等操作。

轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)操作及分配頭的結(jié)構(gòu)，分配頭由緊密貼合的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)和固定盤(pán)構(gòu)成。1.濾餅；2.刮刀；3.轉(zhuǎn)鼓；4.轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)；5.濾漿槽；6.固定盤(pán)；7.濾液出口凹槽；8.洗滌水出口凹槽；9.壓縮空氣出口凹槽轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)操作及分配頭的結(jié)構(gòu)示意圖（二）轉(zhuǎn)鼓（筒）真空過(guò)濾機(jī)二、過(guò)濾設(shè)備（二）轉(zhuǎn)鼓（筒）真空過(guò)濾機(jī)二、過(guò)濾設(shè)備轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)是能連續(xù)自動(dòng)操作，省人力，生產(chǎn)能力大，適用于處理易含過(guò)濾顆粒的濃懸浮液。對(duì)于難過(guò)濾的細(xì)、粘物料，采用助濾劑預(yù)涂的方式也比較方便。缺點(diǎn)是附屬設(shè)備較多，投資費(fèi)用高，過(guò)濾面積不大，濾餅含液量高(常達(dá)30％)。由于是真空操作，料漿溫度不能過(guò)高。一、離心分離的概念第三節(jié)離心分離

二、離心分離設(shè)備

離心分離是在離心力的作用下分離液態(tài)非均相物系(懸浮液、乳濁液)中兩種密度不同物質(zhì)的操作。利用設(shè)備(轉(zhuǎn)鼓)本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來(lái)分離液態(tài)非均相物系的設(shè)備為離心機(jī)。離心機(jī)分為三種基本類型一、離心分離的概念1.離心過(guò)濾式離心機(jī)

2.離心沉降式離心機(jī)

3.離心分離機(jī)

一、離心分離的概念第三節(jié)離心分離

二、離心分離設(shè)備1.底盤(pán)；2.支柱；3.緩沖彈簧；4.拉桿；5.鼓壁；6.轉(zhuǎn)鼓底；7.攔液板；8.機(jī)蓋；9.主軸；10.軸承座；11.制動(dòng)手柄；12.外殼；13.電動(dòng)機(jī)；14.制動(dòng)輪；15.濾液出口三足式離心機(jī)示意圖（一）三足式離心機(jī)

三足式離心機(jī)是一種常用間歇操作、人工卸料的立式離心機(jī)。二、離心分離設(shè)備（一）三足式離心機(jī)

二、離心分離設(shè)備操作時(shí)，先將料液加入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，然后啟動(dòng)，濾液穿過(guò)濾布和轉(zhuǎn)鼓于機(jī)座下部排出，濾渣沉積于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，