第三章非均相物系的分离

第三章非均相物系的分离

第一节沉降

第二节过滤

第三节离心分离第三章非均相物系的分离【知识目标】1.掌握重力沉降与离心沉降的基本公式；降尘室、连续沉降槽的结构；过滤操作的基本概念和所用设备的基本结构；2.了解降尘室生产能力的计算；影响过滤操作的主要因素；离心分离和旋风分离器的结构及工作原理；3.了解其它分离设备的构造与操作特点。【能力目标】1.掌握能够运用非均相混合物分离的基本原理，进行沉降和过滤过程的有关计算；

2.熟练应用所学的理论知识，解决实际生产操作问题。

混合物均相混合物（均相物系）非均相混合物（非均相物系）物系内部不存在相界面且各处物料性质均匀一致物系内有相界面存在且相界面两侧物料是截然不同的分散相（分散物质）→分散状态的物质连续相（连续介质）→连续状态存在，包围在分散物质周围。第三章非均相物系的分离非均相物系的分离在工业生产中的应用

1、收集分散物质2、净化分散介质3、环境保护第三章非均相物系的分离一、重力沉降第一节沉降

二、离心沉降

三、沉降设备沉降依靠外力（重力、离心力、惯性力）作用，利用分散相与连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离。一、重力沉降沉降球形颗粒的自由沉降速度自由沉降：颗粒不受其他颗粒的干扰及器壁的影响，在静止的流体中的沉降过程。一、重力沉降粒子在重力作用下，沿重力方向的沉积运动的过程。

重力沉降在自由沉降过程中，颗粒受到三个力的作用：一、重力沉降重力、浮力的大小一定；u，阻力，加速度重力、浮力、阻力三者达到平衡，加速度为零一、重力沉降此时颗粒做匀速沉降，其速度也是最大沉降速度一、重力沉降沉降速度ut:阻力系数一般由实验测定：

层流区：过渡区：

湍流区：

一、重力沉降一、重力沉降沉降速度ut：

层流区：过渡区：

湍流区：

一、重力沉降第一节沉降

二、离心沉降

三、沉降设备离心沉降速度和离心分离因数

二、离心沉降（1）离心沉降速度颗粒做圆周运动，其离心力和向心力相等即Fc＝Fb＝mα＝Vρω2r其受力为离心力Fc、向心力Fb和阻力Fd，其值分别为：

二、离心沉降当三个力达到平衡时：Fc-

Fb-

Fd=0颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是此位置上的离心沉降速度。若颗粒处于层流区，则阻力系数二、离心沉降(2)离心分离因数

离心分离因数:离心加速度和重力加速度之比称，即惯性离心力和重力之比。分离因数越高，其离心分离效率越高。二、离心沉降一、重力沉降第一节沉降

二、离心沉降

三、沉降设备利用重力沉降从气流中分离出尘粒的设备称为降尘室。最常见的降尘室结构如图(a)所示。

降尘室示意图1.降尘室

（一）重力沉降设备

三、沉降设备

含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大使速度减慢。颗粒在降尘室中的运动情况示于图(b)中。降尘室示意图1.降尘室

（一）重力沉降设备

三、沉降设备三、沉降设备气体入室减速颗粒沉降的同时并随气体运动颗粒沉降运动时间<气体停留时间分离颗粒在降尘室的停留时间：颗粒沉降到室底所需的时间：为了满足除尘要求：——降尘室的生产能力降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BL和颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关

降尘室的生产能力：降尘室单位时间所处理的含尘气体的体积流量。符号：三、沉降设备1.隔板2、6.调节闸阀3.气体分配道4.气体集聚道5.气道7.清灰口多层沉降室示意图三、沉降设备当ut一定时，理论上降尘室的生产能力只与降尘室的宽度b和长度有关，而与其高度h无关。因此，降尘室应设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室。三、沉降设备1.槽；2.耙；3.悬浮液送液泵4.管；5.泵；6.溢流槽连续沉降槽示意图2.沉降槽（一）重力沉降设备三、沉降设备2.沉降槽（一）重力沉降设备三、沉降设备沉降槽也称为沉降器或增浓器，是利用微粒重力的差别使液体中的固体微粒沉降的设备。沉降槽有间歇操作和连续操作。间歇沉降槽通常是一个圆形、方形或矩形的敞口容器。悬浮液加入器内后，在静止状态下沉降。沉降结束后，排出清液和由底口排出稠厚的沉渣。随后重新将悬浮液加入沉降器内，进行沉降操作。2.沉降槽（一）重力沉降设备三、沉降设备连续沉降槽是一个底部略具有圆锥形的大直径浅槽。需处理的料浆自中央进料口缓慢送入液面以下0.3～0.1m处，以减少进料对槽内沉聚过程的扰动。料液进槽后，清液上浮，经由槽顶部四周的溢流堰连续溢出，称为溢流；颗粒下沉，槽底有缓慢转动的靶将沉渣聚拢到底部排渣口连续排出，排出的稠浆称为底流。（二）离心沉降设备1.旋风分离器：利用惯性离心力分离气-固相混合物的最常用设备。h=D/2；B=D/4；D1=D/2；D2=D/4；H1=H2=2D；S=D/8旋风分离器结构示意图三、沉降设备（二）离心沉降设备三、沉降设备旋风分离器的工作原理：含尘气体从侧面的矩形进风口切向引入，在分离器内作以上向下，再由下向上的螺旋运动，然后从中心管引出。在上、下螺旋运动过程中，尘粒与气体发生相对运动被甩向器壁后顺壁石掉落至灰斗，这样尘粒得以与气体分离。由于操作时旋风分离器底部处于密封状态，所以，被净化的气体到达底部后折向上，沿中心轴旋转着从顶部的中央排气管排出。（二）离心沉降设备三、沉降设备旋风分离器构造结构简单紧凑；没有运动部件；而且分离效率较高，分离因数约为5～2500，一般可分离5～75μm的非纤维、非黏性干燥粉尘；操作不受温度、压强的限制，但是对5μm以下的细微颗粒分离效率较低；价格低廉、性能稳定，可满足中等粉尘捕集要求，故广泛应用于制药化工及多种工业部门。

2.旋液分离器：旋液分离器结构示意图

（二）离心沉降设备三、沉降设备

2.旋液分离器：（二）离心沉降设备三、沉降设备又称水力旋流器，是一种利用离心力从液流中分离出固体颗粒的分离设备，旋液分离器的主体由圆筒和圆锥两部分构成。悬浮液经入口管切向进入圆筒，形成螺旋状向下运动的旋流，固体颗粒受惯性离心力作用被甩向器壁，并随旋流降至锥底的出口，由底部排出的增浓液称为底流，清液或含有微细颗粒的液体则为上升的内旋流，从顶部的中心管排出，称为顶流。

2.旋液分离器：（二）离心沉降设备三、沉降设备旋液分离器结构简单，设备费用低，占地面积小，处理能力大，可用于悬浮液的增浓，分级操作，也可用于不互溶液体的分离、气液分离、传热、传质和雾化等操作中，在化工、制药、石油、冶金、环保等工业部门广泛被采用，但进料泵的动能消耗大，内壁磨损大，进料流量和浓度的变化很容易影响分离性能。一、过滤基本概念第二节过滤

二、过滤设备1.过滤原理

过滤操作是利用具有众多毛细孔的物体作为介质，在介质两侧压差的推动下，使悬浮液中的液体通过介质的毛细孔，而将其中的固体微粒截留，从而达到固、液两相分离之目的。一、过滤基本概念

过滤操作示意图2.过滤推动力和阻力

过滤推动力可以是重力、压强差或惯性离心力，工业上应用最多的是滤饼与过滤介质两侧的压强差。(1)推动力一、过滤基本概念

(2)阻力过滤阻力为过滤阻力与滤饼介质阻力之和。过滤刚开始时，只有过滤介质阻力，随着过滤的进行，滤饼厚度不断增加，过滤阻力逐渐加大。所以在一般情况下，过滤阻力主要决定于滤饼阻力。3.过滤方式工业上过滤分为两种：饼层过滤和深层（或深床）过滤。（a）滤饼过滤（b）架桥现象饼层过滤示意图深层过滤示意图一、过滤基本概念

3.过滤方式一、过滤基本概念

（1）饼层过滤：悬浮液中颗粒的大小往往很不一致，在过滤操作的开始阶段，会有部分比过滤介质孔道小的颗粒进入介质孔道内，穿过孔道而不被截留，使滤液仍然是混浊的。由于滤饼中的孔道通常要比过滤介质的孔道要小，在滤饼形成之后，比过滤介质孔道小的颗粒也能被截留。滤饼成为对其后的颗粒起主要截留作用的介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。3.过滤方式一、过滤基本概念

（2）深层过滤：当悬浮液中颗粒尺寸比过滤介质孔道的尺寸小得多，颗粒就进入弯曲细长的介质孔道，被截留或吸附在介质孔道中，形成深层过滤。深层过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒沉积于过滤介质的内部。随着过滤的进行，过滤介质的孔道会因截留颗粒的增多逐渐变窄和减少，所以过滤介质必须定期更换或清洗再生。4、过滤介质

过滤介质：多孔性介质作用：支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。一、过滤基本概念

工业常用过滤介质主要有：(1)织物介质由天然纤维（棉、毛、丝、麻等）或合成纤维、金属丝等编织而成的筛网、滤布，一般可截留粒径5μm以上的固体微粒。织物介质在工业上应用广泛。

(2)多孔性固体介质由陶瓷、金属或玻璃的烧结物、塑料细粉黏结而成的多孔性塑料管，称为滤板或滤器。一般可截留粒径1～3μm的微细粒子。4、过滤介质

一、过滤基本概念

(3)粒状介质由砂石、木炭、石棉等各种固体颗粒或非编织纤维(玻璃棉等)堆积而成，适用于深层过滤，常用于过滤含固体颗粒较少的悬浮液，如制剂用水的预处理。

(4)微孔滤膜由高分子材料制成的薄膜状多孔介质，适用于精滤，可截留粒径O.01μm以上的微粒，尤其适用于滤除O.02～10μm的混悬微粒。一、过滤基本概念

5、滤饼的压缩性和助滤剂

(1)滤饼的压缩性：滤饼是由被截留下来的颗粒堆积而成的固定滤渣，可以分成不可压缩的和可压缩的两种。(2)助滤剂：有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力。一、过滤基本概念第二节过滤

二、过滤设备（一）板框压滤机板框压滤机是广泛应用的一种间歇式操作的加压过滤设备。二、过滤设备

1.固定头；2.滤板；3.滤框；4.滤布；5.压紧装置板框压滤机示意图（一）板框压滤机二、过滤设备

板框压滤机是由若干块交替排列的滤板、滤框和洗涤板组成共同被支承在两侧的横梁上，并用压紧装置压紧和拉开。滤板和滤框是板框压滤机的主要工作部件，滤板和滤框的个数在机座长度范围内可自行调节，一般为10～60块不等，过滤面积为2～80m2。滤板和滤框示意图二、过滤设备

（一）板框压滤机二、过滤设备

（一）板框压滤机在板和框的上角端均开有圆孔，在叠合、压紧后即构成供滤浆、滤液和洗涤液流动的通道。滤框两侧覆以滤布，框架和滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间。滤板为支撑滤布而做成实板，滤板上刻有凹槽是为形成滤液的流出通道。通常，过滤板为一钮，滤框为二钮，洗涤板为三钮。组合时即按钮数1-2-3-2-1-2-3-2-1……的顺序排列板和框。二、过滤设备

（一）板框压滤机板框压滤机优点是结构简单，制造容易，设备紧凑，过滤面积大而占地小，操作压强高，滤饼含水少，对各种物料的适应能力强。缺点是间歇手工操作，劳动强度大，生产效率低。目前各种自动操作的板框压滤机的出现，改善了板框压滤机的工作条件和劳动强度。

（二）转鼓（筒）真空过滤机转鼓真空过滤机为连续式真空过滤设备。转鼓真空过滤机示意图二、过滤设备（二）转鼓（筒）真空过滤机二、过滤设备转鼓真空过滤机的主机由滤浆槽、篮式转鼓、分配头、刮刀等部件构成。篮式转鼓是一个转轴呈水平放置的圆筒，圆筒一周为金属网上覆以滤布构成的过滤面，转鼓在旋转过程中，过滤面可依次浸入滤浆中。转鼓内沿径向分隔成若干独立的扇形格，每格都有单独的孔道通至分配头上。分配头的作用使这些孔道依次与真空管及压缩空气管相通，因而，转鼓每旋转一周，每个扇形格可依次完成过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等操作。

转鼓真空过滤机操作及分配头的结构，分配头由紧密贴合的转动盘和固定盘构成。1.滤饼；2.刮刀；3.转鼓；4.转动盘；5.滤浆槽；6.固定盘；7.滤液出口凹槽；8.洗涤水出口凹槽；9.压缩空气出口凹槽转鼓真空过滤机操作及分配头的结构示意图（二）转鼓（筒）真空过滤机二、过滤设备（二）转鼓（筒）真空过滤机二、过滤设备转鼓真空过滤机优点是能连续自动操作，省人力，生产能力大，适用于处理易含过滤颗粒的浓悬浮液。对于难过滤的细、粘物料，采用助滤剂预涂的方式也比较方便。缺点是附属设备较多，投资费用高，过滤面积不大，滤饼含液量高(常达30％)。由于是真空操作，料浆温度不能过高。一、离心分离的概念第三节离心分离

二、离心分离设备

离心分离是在离心力的作用下分离液态非均相物系(悬浮液、乳浊液)中两种密度不同物质的操作。利用设备(转鼓)本身旋转产生的离心力来分离液态非均相物系的设备为离心机。离心机分为三种基本类型一、离心分离的概念1.离心过滤式离心机

2.离心沉降式离心机

3.离心分离机

一、离心分离的概念第三节离心分离

二、离心分离设备1.底盘；2.支柱；3.缓冲弹簧；4.拉杆；5.鼓壁；6.转鼓底；7.拦液板；8.机盖；9.主轴；10.轴承座；11.制动手柄；12.外壳；13.电动机；14.制动轮；15.滤液出口三足式离心机示意图（一）三足式离心机

三足式离心机是一种常用间歇操作、人工卸料的立式离心机。二、离心分离设备（一）三足式离心机

二、离心分离设备操作时，先将料液加入转鼓内，然后启动，滤液穿过滤布和转鼓于机座下部排出，滤渣沉积于转鼓内壁，