精细化工设备2

第八章别离设备由于在自然界中的原材料是不纯的，在参加化学反响前需要把与反响无关或对反响有害的组分别离出去，使反响顺利进行，同样反响过程中间产物和反响的粗产品也要进行别离，以保证产品的纯度。别离设备所占的地位在数量上远超过了反响设备，投资和消耗的能量及操作费用也在产品中占极大的比重，因此别离过程应该引起足够的重视。第八章别离设备主要内容：第一节、机械别离设备第二节、膜别离设备第三节、超临界流体萃取装置思考题、作业第一节机械别离设备一、板框式过滤设备二、离心式过滤设备三、真空式过滤设备四、沉降设备机械别离设备主要用于非均相物系的别离，包括进行液-固别离的过滤设备、液-液别离设备的离心设备等。第一节机械别离设备一、板框式过滤设备1.板框过滤机结构板框压滤机压紧装置可动头固定头滤框滤板滤布板框过滤机由多块带有凹凸纹路的滤板和框交替排列叠加，组装于机架上，即按板-框-板-框顺序叠加。第一节机械别离设备滤板和滤框板和框一般制成正方形，板和框的角端均开有圆孔，装合、压紧后即构成供滤浆、滤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及滤饼的空间。板又分为洗涤板与过滤板两种。滤板的作用是支撑滤布，提供滤液流出的通道。所以滤板上制成各种凹凸或纹路，突出局部支撑滤布，凹陷局部为滤液的流出通道。压紧装置的驱动可用手动、电动或液压传动等方式。第一节机械别离设备过滤时，悬浮液在指定的压力下经滤浆通道由滤框角端的暗孔进入框内，滤液分别穿过两侧滤布，再经邻板板面流到滤液出口排走，固体那么被截留于框内，待滤饼充满滤框后，即停止过滤。滤液的排出方式有明流与暗流之分。假设滤液经由每块滤板底部侧管直接排出，那么称为明流。假设滤液不宜暴露于空气中，那么需将各板流出的滤液聚集于总管后送走，称为暗流。假设滤饼需要洗涤，可将洗水压入洗水通道，经洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时，应关闭洗涤板下部的滤液出口，洗水便在压力差推动下穿过一层滤布及整个厚度的滤饼，然后再横穿另一层滤布，最后由过滤板下部的滤液出口排出。这种操作方式称为横穿洗涤法，其作用在于提高洗涤效果。滤板和滤框第一节机械别离设备一、板框式过滤设备2.板框过滤机的操作过程第一节机械别离设备一、板框式过滤设备2.板框过滤机的操作过程过滤时，悬浮液在指定压强下经进料通道由滤框角端的暗孔进入框内，滤液分别穿过两侧滤布，在滤框的凹陷局部聚集，流至滤液口排出，固体颗粒被截留于框内形成滤饼。滤饼充满全框后，过滤结束。假设滤饼需要洗涤，可将洗水压入洗水通道，经洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时，应关闭洗涤板下部的滤液出口，洗水便在压力差推动下穿过一层滤布及整个厚度的滤饼，然后再横穿另一层滤布，最后由过滤板下部的滤液出口排出。板框压滤机的操作压强一般为300~500kPa，个别可到达1500kPa。滤板和滤框可用多种金属材料或耐腐蚀材料制成，并可使用塑料涂层，以适应过滤介质的性质及机械强度等方面的要求。第一节机械别离设备一、板框式过滤设备3.板框过滤机的应用板框过滤机优点：结构简单，制造方便，附属设备少，占地面积小而过滤面积大，同等条件下，单位时间内处理的滤液量就多，所以处理能力大；加压过滤，操作压强高，且可根据滤液的性质更换滤布，对各种物料的适应能力强；过滤面积可调，调节板框的数目就能实现过滤面积的调整。板框数目多过滤面积大，反之那么少。板框过滤机缺点：由于框内空间有限，所以板框压滤机为间歇操作，装卸板框的劳动强度大，生产效率低，滤饼洗涤慢，且不均匀，由于经常拆卸，滤布损坏严重。第一节机械别离设备一、板框式过滤设备3.板框过滤机的应用板框过滤机比较适合情况：需要加压过滤时，如过滤要求得到比较干的滤饼或较澄清的液体的情况，或比较难过滤的情况；在有限空间内需要较大的过滤面积。板框过滤机不能用于对环境有污染的液体过滤过程，因为板框在拆卸过程中会长期暴露在环境中，容易对环境造成污染。一般板框压滤机不用于饱和盐水的过滤，因为卸料时饱和盐水使板框温度降低，需要重新加热才能进料。第一节机械别离设备二、离心式过滤设备离心别离是利用惯性离心力的作用别离非均相物系的一种有效方法。常用来从悬浮液别离出固体颗粒，或者从悬浮液中别离出重液和清液等。利用离心力迫使液体通过过滤介质，使固液别离，这种设备称为离心过滤设备。离心过滤是在鼓壁上有孔的离心机中进行别离悬浮液的操作。在有空的鼓壁内外表覆以滤布，当鼓壁以高速旋转时，鼓内的液体在离心力的作用下由滤孔迅速排出，而固体颗粒被截留在滤布上，以实现滤液和固体的别离。第一节机械别离设备二、离心式过滤设备1.三足离心机三足离心机结构1-支脚；2-外壳；3-转鼓；4-马达；5-皮带轮第一节机械别离设备二、离心式过滤设备1.三足离心机

三足离心机是一种常用的人工卸料的间歇式离心机。离心机的主要不见是一篮式转鼓，壁面钻有许多小孔，内壁衬有金属丝及滤布。整个机座和外罩籍三根弹簧悬挂于三足支柱上，以减轻加料或其它原因造成运转时的震动。三足离心机有过滤式和沉降式两种，其卸料方式又有上部卸料与下部卸料之分。国内生产的三足式离心机技术参数范围如下：转鼓直径，m0.45~1.5有效容积，m30.02~0.4过滤面积，m20.6~2.7转速，r/min730~1950分离因数Kc450~1170第一节机械别离设备二、离心式过滤设备1.三足离心机三足式离心机结构简单，制造方便，运转平稳，适应性强，所得滤饼中固体含量少，滤饼中固体颗粒不易受损伤，适用于间歇生产中小批量物料，尤其适用于盐类晶体的过滤和脱水。其缺点是卸料时劳动强度大，生产能力低。近年来已出现了自动卸料及连续生产的三足式离心机。第一节机械别离设备二、离心式过滤设备2.刮刀卸料式离心机悬浮液从进料管进入全速运转的鼓内，液相经滤网及鼓壁小孔被甩到鼓外，再经机壳的排液口流出。留在鼓内的固相被耙齿均匀分布在滤网面上。当滤饼到达指定厚度时，进料阀门自动关闭，停止进料进行冲洗，再经甩干一定时间后，刮刀自动上升，滤饼被刮下并经倾斜的溜槽排出。刮刀升至极限位置后自动退下，同时冲洗阀又开启，对滤网进行冲洗，即完成一个操作循环，重新开始进料。刮刀卸料式离心机第一节机械别离设备二、离心式过滤设备2.刮刀卸料式离心机在转鼓全速运动中自动地依次进行加料、别离、洗涤、甩干、卸料、洗网等操作，每批操作周期约为35~90s。每一工序的操作时间可按预定要求实行自动控制。此种离心机可连续运转，自动操作，生产能力大，劳动条件好，适宜于大规模连续生产，目前已较广泛地用于石油、化工行业中，如硫铵、尿素、碳酸氢铵、聚氯乙稀、食盐、糖等物料的脱水，由于用刮刀卸料，使颗粒破碎严重，对于必须保持晶粒完整的物料不宜采用。活塞推料离心机二、离心式过滤设备3.活塞推料离心机活塞推料离心机是一种连续操作的过滤式离心机。在全速运转的情况下，料浆不断由进料管送入，沿锥形进料斗的内壁流至转鼓的滤网上。滤液穿过滤网经滤液出口连续排出，积于滤网内面上的滤渣那么被往复运动的活塞推送器沿转鼓内壁面推出。滤渣被推至出口的途中，可用由冲洗管出来的水进行喷洗，洗水那么由另一出口排出。整个过程在转速不同的部位连续自动进行。第一节机械别离设备第十章别离设备活塞推料离心机二、离心式过滤设备3.活塞推料离心机活塞推料离心机主要适用于处理颗粒较粗，直径较大〔d＞0.15mm〕，浓度适中〔含固量＜10%〕，并能很快脱水和失去流动性的悬浮液。生产能力可达每小时0.3~25吨的固体。卸料时晶体破碎程度小。多用于食盐、硫酸铵、尿素等的生产中。活塞推料离心机除单级外，还有双级、四级等各种形型式。采用多级活塞推料离心机能改善其工作状况、提高转速及别离较难处理的物料。活塞推料离心机二、离心式过滤设备3.活塞推料离心机活塞推料离心机是一种连续操作的过滤式离心机。在全速运转的情况下，料浆不断由进料管送入，沿锥形进料斗的内壁流至转鼓的滤网上。滤液穿过滤网经滤液出口连续排出，积于滤网内面上的滤渣那么被往复运动的活塞推送器沿转鼓内壁面推出。滤渣被推至出口的途中，可用由冲洗管出来的水进行喷洗，洗水那么由另一出口排出。整个过程在转速不同的部位连续自动进行。第一节机械别离设备二、离心式过滤设备4.离心式过滤设备常见故障及处理方法第一节机械别离设备噪音大:可能原因:离心机放置不水平,减震系统破坏;加料不均匀;转鼓长时间被物料侵蚀;摩擦部位未加注相关润滑剂;出液口堵塞等.处理方法:检查离心机是否水平放置,离心机的减震柱角是否完好无损;均匀加料,或适当调节加料量;检查转鼓是否存有大量黏结的干料,可委托生产厂家作动平衡检测;转子轴承部位加润滑剂;检查出液口是否堵塞,出液口堵塞会使转鼓在液体中转动,从而增大摩擦,加大噪音.二、离心式过滤设备4.离心式过滤设备常见故障及处理方法第一节机械别离设备(2)主轴温升过高:可能原因:出厂所加润滑脂已耗完;主轴轴承间有微小杂物;机器转速过高,超过设计能力处理方法:翻开主轴加润滑脂;清理主轴轴承;按出厂标配的转速使用离心机..二、离心式过滤设备4.离心式过滤设备常见故障及处理方法第一节机械别离设备(3)电机温升过高:可能原因:机器负荷太重;电机速度过高;电路自身设计缺陷.处理方法:检查是否按相关负荷运转;按正常转速使用电机,如果一切正常,而温度仍升温,请联系电机生产厂家进行更换.离心机为高速运转设备,一般处理物料为具有腐蚀性物料,在长期的使用过程中,要及时检查机器各部件是否正常,必要时予以更换,以防止造成不平安事故.三、真空式过滤设备真空过滤设备是利用真空在过滤介质两侧产生的压力差，使液体透过，固体截流，从而实现别离的目的。精细化工生产中常见的真空过滤设备有以下几种。真空转鼓过滤设备转台真空过滤机真空带式过滤器第一节机械别离设备真空转鼓过滤设备第一节机械别离设备真空转鼓过滤器第一节机械别离设备2.转台真空过滤机第一节机械别离设备转台真空过滤机2.转台真空过滤机第一节机械别离设备转台(平盘)式真空过滤机是一种上加料式连续真空过滤机,在水平放置的主转盘上环形安置假设干扇形滤室,滤室上部配有滤板,滤网,滤布;滤室下部有出液管,与错气盘连接.需过滤的料浆由上部加料斗连续参加,经过滤后,滤液由下部的出液管流经错气盘至气液别离器;滤饼经屡次洗涤并吸干后由螺旋出料器输送出料.过滤机水平回转一周,完成加料-(反吹)-过滤-洗涤-吸干-出料等根本工艺过程.主转台及卸料螺杆的转速均为变频调速,以满足不同工艺操作需要.转台真空过滤机具有结构简单,工艺适应性好,运转平稳,脱水快,洗涤效果好的特点,对于脱浆快的悬浮液,更有单位时间处理量大的优点,特别适用于洗涤要求高,含中粗颗粒料浆的过滤.适用如磷酸,钛白粉,氧化铝,无机盐,精细化工,冶金,选矿等工业领域的液固别离.其缺点是占地面积大,设备费用高.2.真空带式过滤机第一节机械别离设备真空带式过滤器四、沉降设备由于固体和液体密度一般不同,利用重力作用或使用离心力可将密度较大的沉降下来,从而实现液固别离的目的,实现这种别离过程的设备称为沉降设备。按照是否需要离心力的作用可分为重力沉降设备和离心沉降设备两种。重力沉降设备(重力沉降室,沉降槽)离心沉降设备(旋风别离器,旋液别离器,螺旋卸料离心机,碟式别离机,管式高速离心机)第一节机械别离设备第一节机械别离设备〔一〕重力沉降设备1、重力沉降室图8-14沉降室第一节机械别离设备1、重力沉降室第一节机械别离设备2、沉降槽连续沉降槽大锥角的沉降槽

第一节机械别离设备(二)离心沉降设备1.旋风别离器当含杂质气体沿轴向进入旋风别离管后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体，密度大的液滴和尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区，从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经导气管流出.第一节机械别离设备(二)离心沉降设备1.旋风别离器第一节机械别离设备(二)离心沉降设备2.旋液别离器螺旋卸料离心机第一节机械别离设备(二)离心沉降设备3.螺旋卸料离心机第一节机械别离设备二、离心式过滤设备3.螺旋卸料离心机螺旋卸料离心机主要由高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转鼓略高或略低的螺旋和差速器等部件组成。当要别离的悬浮液进入离心机转鼓后，高速旋转的转鼓产生强大的离心力把比液相密度大的固相颗粒沉降到转鼓内壁，由于螺旋和转鼓的转速不同，二者存在有相对运动〔即转速差〕，利用螺旋和转鼓的相对运动把沉积在转鼓内壁的固相推向转鼓小端出口处排出，别离后的清液从离心机另一端排出。差速器〔齿轮箱〕的作用是使转鼓和螺旋之间形成一定的转速差。碟式别离机第一节机械别离设备(二)离心式过滤设备4.碟式别离机第一节机械别离设备碟式别离机是立式离心机，转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件--碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。悬浮液〔或乳浊液〕由位于转鼓中心的进料管参加转鼓。当悬浮液〔或乳浊液〕流过碟片之间的间隙时，固体颗粒〔或液滴〕在离心机作用下沉降到碟片上形成沉渣〔或液层〕。沉渣沿碟片外表滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位，别离后的液体从出液口排出转鼓。碟片的作用是缩短固体颗粒〔或液滴〕的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，转鼓中由于安装了碟片而大大提高了别离机的生产能力。积聚在转鼓内的固体在别离机停机后拆开转鼓由人工去除，或通过排渣机构在不停机的情况下从转鼓中排出。第一节机械别离设备(二)离心沉降设备5.管式高速离心机管式离心机第二节膜别离设备膜的根本概念膜是指在一个流体相内或两个流体相之间以特定的形式限制和传递组分，从而将流体相分隔成两局部的一薄层物质。膜为两相之间的选择屏障。膜为两个不同浓度相之间具有选择性的栅栏。

第二节膜别离设备一、膜别离技术膜别离过程1、微滤〔MF〕2、超滤〔UF〕3、纳滤

(ŋF)4、反渗透5、其他渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体别离等膜组件原料截留物渗透物第二节膜别离设备二、膜别离装置—工业膜组件对膜组件的要求1、对膜能够提供足够的支撑，并可使高压原料侧和低压透过侧严格分开；2、在能耗最小的条件下，使原料在膜外表上流动状况均匀合理，以减少浓差极化；3、具有尽可能高的膜装填密度，并使膜的安装和更换方便；4、装置牢固、平安可靠、价格低廉、易于维修。第二节膜别离设备膜组件的结构要求〔1〕流动均匀，无死角；〔2〕装填密度大；〔3〕有良好的机械、化学和热稳定性；〔4〕本钱低；〔5〕易于清洗；〔6〕易于更换膜；〔7〕压力损失小。第二节膜别离设备〔一〕板框式板框式膜组件1第二节膜别离设备平板式膜组件第二节膜别离设备优点:每两片膜之间的渗透物都是被单独引出的，容易消除操作中的故障，更换单对膜片很方便，膜片在加工中也无需象卷式需要粘合才能使用，本钱是最低廉的。可以简单地增加膜的层数实现增大处理量的目的。缺点：〔1〕该系统需要个别密封的的数目太多，〔2〕内部压力损失也相对较高，〔3〕其对膜的机械强度要求较高，〔4〕由于组件流程较短，其单程的回收率较低，(5〕其组件的装填密度较低，(6)组件根本都由不锈钢制作，本钱昂贵。第二节膜别离设备

平板式膜组件的优缺点优点可更换单对膜片;不易污染;无须粘合即可使用.缺点需要很多密封圈;流体流向的转折多,造成较大的压力损失;装填密度相对较小(<400m2/m3).应用领域UF（超滤）、MF（微滤）、RO（反渗透）、PV（渗透汽化）、ED（电渗析）第二节膜别离设备〔1〕不能用于强酸强碱的场合；〔2〕耐有机溶剂性能较差；〔3〕不能用于高温场合；〔4〕膜组件单位体积内的膜面积较小。平板膜组件在使用中受以下条件限制第二节膜别离设备(二)圆管式特点：〔1〕膜通量大，浓缩倍数高，可到达较高的含固量；〔2〕料液流道宽，允许高悬浮物含量的料液进入膜组件，预处理简单；膜清洗简单，膜芯使用寿命长；〔3〕对堵塞不敏感，拆卸和清洗也容易；〔4〕如果某一根管子损坏，可以方便地更换之；〔5〕装填密度不高，流速高，能耗较高；膜填装密度较低、单位膜面积造价相对卷式膜较高；〔6〕设备的死体积较大，不利于提高浓缩比；第二节膜别离设备(二)圆管式管式膜组件第二节膜别离设备管式膜组件第二节膜别离设备管式膜组件第二节膜别离设备管式膜组件的优缺点特征di=6~25mm；原料液走管内；有支撑管。优点湍流流动；对堵塞不敏感；易于清洗；膜组件中压力损失较小。缺点装填密度小(<100m2/m3)；单位膜面积的进料体积通量较大；需要弯头连接(增加了压力损失)。应用领域MF（微滤）、UF（超滤）、单级RO（单级反渗透）第二节膜别离设备(三)螺旋卷式螺旋卷式膜组件示意图第二节膜别离设备卷式膜组件的优缺点优点结构简单，造价低廉；装填密度