化工单元操作2

1、7.1过滤原理及设备 7.1.1过滤原理 7.1.1过滤原理 （1）过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质，将 悬浮液中的固、液两相加以分离的操作。（2）过滤方式 滤饼过滤（见图4-7a）过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质常用多孔织物，其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗粒直径。在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象（图4-7b），也有少量颗粒穿过介质而混与滤液中。随着滤渣的逐步堆积，在介质上形成一个滤渣层，称为滤饼。不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。通常，在操作开始阶段所得到滤液是浑浊的，须经过滤饼形成之后返回重滤

2、。7.1.1过滤原理深层过滤 颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲细长，颗粒进入孔道后容易被截留。同时由于流体流过时所引起的挤压和冲撞作用。颗粒紧附在孔道的壁面上。介质表面无滤饼形成，过滤是在介质内部进行的。（3）过滤介质织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物，也称为滤布。粒状介质：细纱、木炭、碎石等。多孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等 。 7.1.2过滤设备 7.1.2.1板框过滤机7.1.2.1板框过滤机（1）结构与工作原理：由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤

3、液或洗涤液流动的通道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。 7.1.2.1板框过滤机板和框的结构如图所示。悬浮液从框右上角的通道1（位于框内）进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼，即停止过滤。如果滤饼需要洗涤，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道2（位于框内）进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。 7.1.2.1板框过滤机如果将非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3，则板框的组合方式服从1232123之规律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。 7.1.2.1 板

4、框过滤机 滤液的排出方式有明流和暗流之分，若滤液经由每块板底部旋塞直接排出，则称为明流（显然，以上讨论以明流为例）；若滤液不宜暴露于空气中，则需要将各板流出的滤液汇集于总管后送走，称为暗流。说明： 板框压滤机的操作是间歇的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。（详见教材） 上面介绍的洗涤方法称为横穿洗涤法，其洗涤面积为过滤面积的1/2，洗涤液穿过的滤饼厚度为过滤终了时滤液穿过厚度的2倍。若采用置换洗涤法，则洗涤液的行程和洗涤面积与滤液完全相同。 7.1.2.1 板框过滤机（2）主要优缺点 板框压滤机构造简单，过滤面积大而占地省，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过

5、滤面积可根据产生任务调节。主要缺点是间歇操作，劳动强度大，产生效率低。7.2.1 离心机 三足式离心机的转鼓直径一般很大，转速不高（2000r/min）,过滤面积约为 。它与其他型式的离心机相比，具有构造简单，运转周期可灵活掌握等优点，一般可用于间歇生产过程中的小批量物料的处理，尤其适用与各种盐类结晶的过滤和脱水，晶体较少受到破损。它的缺点是卸料时的劳动条件较差，转动部位位于机座下部，检修不方便。 20.6 2.7m7.2.1.1 刮刀卸料式离心机 图4-18为刮刀卸料离心机的示意图。悬浮液从加热管进入连续运转的卧式转鼓，机内设有粑齿以使沉积的滤渣均布于转鼓内壁。得滤饼达到一定厚度时，停止加料

6、，进行洗涤、沥干。然后，藉液压传动的刮刀逐渐向上移动，将滤饼刮入卸料斗卸出机外，然后清洗转鼓。整个操作周期均在连续运转中完成，每一步骤均采用自动控制的液压操作。 图4-18刮刀卸料式离心式1进料管；2转鼓；3滤网；4外壳；5滤饼7.2.1.2 活塞往复式卸料离心机 这种离心机的加料过滤、洗涤、沥干、卸料等操作同时在转鼓内的不同部位进行，图4-19为其结构示意图。料液加入旋转的锥形料斗后被洒在近转鼓底部的一小段范围内，形成约mm厚的滤渣层。转鼓底部装有与转鼓一起旋转的推料活塞，其直径梢小于转鼓内壁。活塞与料斗还一起做往复运动，将滤渣逐步推向加料斗的右边。 图4-19 活塞推料离心机8.1概述 吸

7、收的目的 在化学工业种，将气体混合物种的各组分加以分离，其目的是： 回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品； 除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理, 如有害气体会使催化剂中毒，必须除去；或除去工业放空尾气中的有害 物,以免污染大气。 吸收的依据 为达到吸收分离气体混合物的目的，要用什么物质（溶剂，吸收剂），其分离的依据使什么？（气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同，若各组分在吸收剂中的溶解度差异越大，吸收的选择性越好）例如欲分离氨气空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于水。 8.1概述 密闭容器水（溶剂） 氨气(浓度高)空气(惰性

8、气体)(溶质，被吸收组分)氨气（浓度低）空气 总压溶质（A）分压 与溶液中A的浓度成平衡的气相分压 pApep 吸收， 解吸， 平衡， 吸收总推动力亦可用其他浓度差表示动力eAppeAppeAppeApp图8-18.1概述 8.1概述 8.1概述 溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用。 总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组成部分。 溶剂的选择 吸收操作的成功与否在很大程度上决定于溶剂的性质，特别是溶剂与气体混合物之间的相平衡关系。根据物理化学中有关相平衡的知识可知，评价溶剂优劣的主要依据应

9、包括以下几点： 8.1概述 溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压，过程推动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。 溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的分离。 溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被

10、吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。 8.1概述 溶剂的蒸汽压要低，不易挥发。一方面是为了减少溶剂在吸收和再生过程的损失，另一方面也是避免在气体中引入新的杂质。 溶剂应有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质； 溶剂应有较低的粘度，不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。 溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。 实际上很难找到一个理想得溶剂能够满足上述所有要求，应对可供选择得溶剂做全面得评价，以便作出经济、合理得选择。 吸收操作得经济性 吸收总费用设备(塔、换热器等)折旧费操作费(占比重大)8.1概述 操作费用主要包括： 气、液两相流经吸收设备得能量消

11、耗； 溶剂得挥发度损失和变质损失； 溶剂得再生费用，即解吸操作费用(在三者中占比例最大)。 常用得解吸方法有升温、吹气、减压，其中升温与吹气特别是升温与吹气同时使用最为常见。减压有利解吸，加压有利吸收，溶剂在吸收与解吸设备之间循环，其间得加热和冷却、泄压与加压必消耗较多得能量，故采用减压解吸不常见。若溶剂得溶解能力差，离开吸收塔得吸收液中溶质浓度低，则所需得溶剂循环量大，再生能耗也大。若溶剂得溶解能力对温度变化不敏感，所需解吸温度较高，溶剂再生得能耗也将增大。 8.1概述 若吸收了溶质以后得溶液是产品，此时不再需要溶剂的再生，这种吸收过程自然是最经济的。 提高吸收操作经济性的一种措施是对吸收系

12、统进行优化设计(使系统的总费用最低)，单塔吸收优化设计较容易，解题指南中有介绍（课程优化设计要做），吸收解吸系统优化设计较难，许多问题有待研究解决（感兴趣的同学可去解决） 物理吸收和化学吸收 物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学反应，如上述洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。 化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收CO2，则在液相中发生下列反应： 8.1概述 K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 从而使K2CO3水溶液具有较高的吸收CO2的能力，作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件： a.可逆性。若

13、该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用 b.较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催化剂以加快反应速率。 本章所作的基本假定 单组分吸收,其余组分可视为一个惰性组分。 溶剂的蒸汽压很低，因此气相中不含溶剂蒸汽 。8.28.2化学吸收化学吸收 化学吸收通常指溶质气体A溶于溶液后，即与溶液中不挥发的反应剂B组分进行化学反应的过程： 这是一种传质与反应同时进行的过程。由于在吸收的同时液相伴有化学变化，使其中的溶质转化为反应产物，因而具有下述几个主要的优点： 优点：化学反应提高了吸收的选择性； 加快吸收速率，设备容积，设备投资费； 反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量； 反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除 去气相中很少量的有害气体。 A+BP 8.28.2化学吸收化学吸收 缺点：解吸困难，解吸能耗。若反应为不可逆，反应剂不能循环使用，用途就大受限制。 化学吸收时：溶质从气相主体到气液相界面的传质机理和传质系数并未受影响，与物