固液分离单元操作

2016年1月6日非均相分离－固液分离一、化工单元操作化工单元操作：是将化工生产中那些普遍采用的，遵循共同的操作原理，所用设备相近，具有相同作用的一些基本的物理性操作。这些物理过程在整个化工生产中点有极其重要的地位，对生产过程的经济效益影响很大。二、五个基本概念在单元操作中，如何控制最优化的生产条件和创造更好的经济效益，必须学习以下五个基本概念，也是从事化工生产的操作者和管理者所要掌握的重要基本概念。1、物料衡算输入系统的物料量＝输出系统的物料量+系统损失的物料量物料衡算通式，依据是质量守恒定律。物料衡算步骤可概括为：（1）划定范围可以是一个设备、车间、工段；（2）确定基准间歇操作，以一批物料为基准；连续操作，以小时、天、月、年为基准；（3）列出方程（4）求解方程注意：单位要统一。2、能量衡算输入体系能量＝输出体系能量+能量损失其计算步骤可按物料衡算进行，一般选定0℃时为基准温度。3、平衡关系化工过程的每一个单元操作或化学反应都称为过程，研究过程的规律，目的是使过程向着有利于生产的方向进行。平衡关系就是研究过程进行的方向和过程的最大程度。平衡关系是指在一定的条件下，过程的变化达到了极限，即达到了平衡状态。例如：循环水冷却塔，在填料分布效率，通过填料风量、水量，水量及气侯条件一定的前提下，冷却塔上所带走的热量及蒸发量是一定的，这就是传热的平衡状态。当条件改变时，原有的平衡状态被破坏并发生转移，直至在新的条件下重新建立平衡。在化工生产过程中，常采用改变平衡条件的方法，使平衡向着有利于生产的方向移动。因此，掌握平衡状态与平衡条件的相互关系，对判断过程的程度及掌控生产有着极为重要的作用。4、过程速率过程速率是指单位时间内过程的变化率，即进行的快慢。若一个过程可以进行，而速率非常慢，那么过程就失去了工业化的意义。例如：水可以在常温下进行蒸发，但如果我厂的循环水不使用冷却塔，那么我们的循环水将无法使用。过程速率＝过程推动力/过程阻力过程推动力是指导致过程进行的动力，如水自流的推动力是位差（位能差）。过程阻力与体系物性、过程性质、设备结构、操作条件等均有关系。在化工单元操作中，主要探讨的问题就是怎样加大过程推动力和减少过程阻力。5、经济效益经济效益＝劳动成果/劳动消耗劳动成果是指最终合格产品价值；劳动消耗包含操作费用，设备折旧以及占用固定资产和流动资金。为提高经济效益，必须从提高生产操作者的技术素质、提高劳动成果和降低消耗三个方面进行。三、非均相物系自然界中的物质大多数是混合物，一般可分为均相混合物和非均相混合物。一般物质主要呈现三种状态：固、液、气。均相物系：相同状态组成的混合物系。非均相物系：不同状态组成的混合物系，如固液，固气，气液，液液（不互溶液体）及固体混合物。在非均相物系中，处于分散状态的一相称为分散相，在分散相周围，处于连续状态的称为连续相。非均相物系分离的目的：（1）满足生产工艺要求；（2）回收有价值的物质。（3）减少环境污染；四、固液分离我厂生产过程中涉及到哪些固液分离单元？固液分离的方法有哪些？（1）重力沉降（2）离心沉降（3）过滤（4）离心过滤（5）其它方法1、重力沉降重力沉降是指在重力作用下分散相颗粒与连续相流体发生相对运动而实现分离操作的过程。重力沉降的实质是借助分散相和连续相密度差来实现分离。重力沉降的速度是指颗粒相对于连续液体的沉降运动速度，其影响因素有：颗粒的形状、大小、密度及流体的密度、黏度等。颗粒在流体中下降受到三个力的作用：重力，浮力，运动方向的阻力，其中重力和浮力是恒定的，而阻力随下降的速度变化。颗粒在下降的过程中，阻力随速度的增加而变大，达到一定数值后，三个力达到平衡，开始匀速下降，此时便是颗粒的沉降速度。重力沉降速度计算公式重力沉降的影响因素：（1）颗粒的特性。对于同种颗粒，球形颗粒的沉降速度大于非球形；颗粒直径越大，密度越大，沉降速度越快；颗粒浓度越大，沉降速度越慢。（2）流体的性质。流体的密度越小，黏度越大，沉降速度越小。（3）流体的流动状态。流体应尽可能处于稳定的低速流动状态，减少干扰，提高分离效率。（4）器壁效应。由于器壁对颗粒产生摩擦而减少沉降速度。2、重力沉降设备按操作形式可分：间歇式和连续式；按悬浮液流动方向分：平流式、辐流式和竖流式；按工作原理及操作方式分：闭式、开式、连接式和平衡式；a、平流沉降槽b、竖流沉降槽辐流沉降槽重力沉降在我厂有哪些应用？3、离心沉降依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程，称为离心沉降。重力沉降不是所有小颗粒都能沉降，当粒子小到一定的程度时，沉降很慢或根本不能沉降，此时采用离心沉降可取得较满意的结果。颗粒的离心力由旋转产生，转速越大，离心力越大。当流本带着颗粒旋转时，如果颗粒的密度大于流本的密度，则离心力将会使颗粒在径向上与液体发生相对运动而飞离中心；在径向上受到三个力的作用：离心力：径向朝外；向心力：指向旋转中心；阻力：指向旋转中心；旋液分离器设备主体由直径较小的圆筒和较长的圆锥两部分组成。悬浮液经入口管切向进入圆筒，做螺旋形向下运动，形成下旋流。固体颗粒受惯性离心力的作用被甩向器壁，随下旋流降至锥底的出口排出，清液或含细微颗粒的液体则成上升的内旋液，从顶部中心管排出（溢流）。4、过滤过滤是分离固液最普遍有效的单元操作之一。与沉降相比，更迅速、彻底。过滤是在推动力的作用下，使悬浮液通过过滤介质小孔，截留固体，实现分离的操作。随着过滤的进行，形成滤饼，过滤的速度会逐渐变慢，需要定期清出滤饼。截留颗粒的多孔物称为过滤介质，是滤饼的支撑物，必须具备足够的机械强度，及适宜的孔径，阻力小，滤饼易清降。分类如下：（1）织物介质：滤网，滤布，滤纸；（2）多孔固体介质：烧结金属网，多孔膜管等；（3）粒状介质。硅藻土，砂等。过滤速率过滤速率是单位时间内通过过滤面积上的滤液体积，与推动力成正比，与过滤阻力成反比。过滤推动力：重力、离心力或压力差。过滤设备：板框过滤机、过滤器、膜过滤器、金属膜管过滤器。5、离心过滤在重力作用下，当颗粒小到一定的程度时，沉降过程很慢，为使颗粒更好、更快的分离，利用离心力较为有效。离心分离主要是利用离心分离设备进行实现。由于颗粒和液体介质的密度不同，所受离心力不同，可以分离出一般过滤方法不能除去的小颗粒，也可用于分离两种密度不同的液体混合物。离心机的分类6、其它分离方法气浮：气浮法多用于水处理，分离比重接近于水和难以沉淀的悬浮物。悬浮物表面憎水性颗粒表面易附着气泡，密度变小上浮。亲水性颗粒则可通过化学药品处理转化为憎水性。絮凝：使液体中悬浮颗粒集聚变大，形成絮团，加快粒子聚沉，从而实现固液分离。五、强化、弱化固液分离1、强化固液分离采用分离设备；强化分离条件：降低流体黏度、提升推动力、增加分离时间、减小阻力。2、弱化固液分离改变流体流动状态；内容总结2016年1月6日。非均相分离－固液分离。（1）划定范围可以是一个设备、车间、工段。（2）确定基准间歇操作，以一批物料为基准。输入体系能量＝输出体系能量+能量损失。在化工单元操作中，主要探讨的问题就是怎样加大过程推动力和减少过程阻力。为提高经济效益，必须从提高生产操作者的技术素质、提高劳动成果和降低消耗三个方面进行。自然界中的物质大多数是混合物，一般可分为均相混合物和非均相混合物。一般物质主要呈现三种状态：固、液、气。重力沉降是指在重力作用下分散相颗粒与连