第四章-非均相物系的分离

第四章

非均相物系分离技术

第一节非均相物系分离的主要任务均相物系—物系内部各处的物料性质均匀一直，而且不存在相界面。非均相物系—物系内部有隔开两相的界面存在，而且界面两侧的物料性质截然不同。

分散相（分散物质、分散内相）；连续相（分散介质、分散外相）；非均相物系分类（根据连续相的不同）：液相非均相物系如：悬浮液、乳浊液、泡沫液。气相非均相物系如：含尘气体、含雾气体。一、非均相混合物的分离在工业中的应用1．收集分散相

2．净化连续相3．环境保护和安全生产

二、非均相混合物的分离方法

利用机械方法分离非均相物系，按其所涉及的流动方式不同，可分为过滤和沉降两种操作。

表4-1为非均相物系分离过程及典型设备

1第二节过滤一、过滤的基本概念1.过滤及过滤推动力过滤—以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的单元操作。过滤推动力—过滤介质两侧的压力差。增大推动力的方法：

①增加悬浮液的高度→重力过滤；

③介质下方抽真空→真空过滤。

②增加悬浮液上方的压力→加压过滤；

2.过滤介质

过滤过程所用的多孔性介质称为过滤介质。

其作用：支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。过滤介质应具有下列条件：

a）多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒。b)物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。

2c)足够的机械强度，使用寿命长。

d)价格便宜。

工业常用过滤介质主要有：①织物介质—滤布(织物、网)，截留的粒径5μm以上，工业应用广泛。②堆积介质—固体颗粒或纤维等堆积，适用于深层过滤。

③多孔固体介质—具有微细孔道的固体，截留粒径1～3μm的微细粒子。

④微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜状多孔介质。适用于滤除0.02～10μm的混悬微粒。

3.过滤方式

工业上的过滤操作主要分为饼层过滤和深床过滤。①饼层过滤固体沉积物在介质表面堆积、架桥而形成滤饼层。滤饼层是有效过滤层,截留的固体颗粒。适用于：处理固体含量较高的混悬液。

3②深层过滤过滤介质是较厚的粒状介质的床层,过滤时悬浮液的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上,而不形成滤饼。

适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小或是粘软的絮状物。4、滤饼的压缩性和助滤剂（1）滤饼的压缩性滤饼不可压缩滤饼:颗粒有一定的刚性，挤压不变形。可压缩滤饼:颗粒比较软，挤压变形，使滤饼中的流动通道小，阻力增大。4（2）助滤剂助滤剂—具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助滤剂加入方法：预涂法：用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，并在过滤介质上形成一层

由助滤剂组成的滤饼。

掺滤法：将助滤剂混在滤浆中一起过滤。二、过滤操作过程工业上过滤操作过程一般是由过滤、洗涤、去湿和卸料四个阶段组成的。

1．过滤悬浮液通过过滤介质成为澄清液的操作过程。

2．洗涤通常要用水（或其他溶剂）进行滤饼的洗涤，以回收滤液或除去滤饼

中可溶性杂质，以净化固体产品。3．去湿

常用的去湿操作是用压缩空气吹干，或用减压吸干滤饼中的湿分。4．卸料

是将去湿后的滤饼从滤布卸下来的操作。

5三、过滤设备过滤悬浮液的设备称为过滤机。按照操作方式可分为间歇过滤机和连续过滤机；根据过滤推动力产生的方式可分为压滤式、吸滤式和离心式。

1.板框压滤机其结构如图4-3优点：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：间歇手工操作，劳动强度大，生产效率低2.转鼓（筒）真空过滤机

优点：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。缺点：附属设备较多，投资费用高，过滤面积不大。过滤推动力有限，不易过滤高温的悬浮液。

6四、影响过滤操作的因素过滤操作要求有尽可能高的过滤速率。过滤速率是单位时间内得到的滤液体积。过滤过程中影响过滤操作的因素很多，主要表现在以下几个方面：

1．悬浮液的性质

2．过滤的推动力3．过滤介质与滤饼的性质第三节沉降

一、重力沉降

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。离心沉降：粒子在离心力作用下，沿离心力方向的沉积运动的过程

1．自由沉降和沉降速度(1)球形颗粒的自由沉降速度①沉降颗粒的受力分析

图4-7静止流体中颗粒受力示意图7设球形颗粒的直径为,颗粒密度为,流体的密度为,则

重力

浮力

根据牛顿第二定律可知，此三力的代数和应等于颗粒的质量与其加速度的乘积，即

阻力

②颗粒运动的两个阶段

加速阶段

=0

阻力

=0

等速阶段

随不断增加，

净重力（重力-浮力）与阻力达到平衡，加速度为零

8③沉降速度等速阶段颗粒相对于流体的运动速度，用

表示，单位为

m/s。即整理得

计算沉降速度时,必须确定沉降阻力因数

(2)阻力系数的确定层流区或斯托克斯定律区(10-4〈〈1）

过渡区或艾仑定律区（1〈〈103）

湍流区或牛顿定律区（103〈〈2×105）

9（3）沉降速度的计算

将上式分别代入，可得各区域的沉降速度公式为

层流区10-4〈〈1称为斯托克斯公式

过渡区1〈〈103

称为艾仑公式

湍流区103〈〈2×105

称为牛顿公式

102．重力沉降设备及其生产能力(1)降尘室其结构如4-9所示。降尘室分离的必要条件：气体通过沉降室的时间tr必须大于等于颗粒沉降至底部所用时间ts。设：u—气体在降尘室内的平均流速m/s

L—降尘室的长度

B—降尘室的宽度

H—降尘室的高度则：

∴设：qv为降尘室所处理的含尘气体的体积流量，即降尘室的生产能力。11则：

由

∴结论：降尘室的生产能力只与降尘室的底面积BL及颗粒的沉降速度有关，而与降尘室的高度H无关。降尘室的最大生产能力：

(2)沉降槽其结构如4-11所示。处理悬浮液的重力沉降设备，称为沉降器或增浓器。

沉降器可分间歇式、半连续式和连续式三种。12二、离心沉降1.离心沉降速度和离心分离因数(1)离心沉降速度ξ=24/颗粒处于层流区，则阻力因数

代入公式得

(2)离心分离因数

离心沉降速度与重力沉降速度之比为

这个比值等于惯性离心力与重力之比，称为离心分离因数

13越高，其离心分离效率越高。

2．旋风分离器旋风分离器的构造和操作原理，

如4-12所示。3．旋液分离器旋液分离器的构造和操作原理，

如4-13所示。三、其它气体净制设备

1．袋滤器

2．湿法净制(1)文丘里除尘器又称文丘里洗涤器

(2)泡沫除尘器又称泡沫塔

3．静电除尘法14第四节离心分离一、离心分离的概念离心分离是在离心力的作用下分离液态非均相混合物（悬浮液、乳浊液）的操作。利用设备（转鼓）本身旋转产生的惯性离心力来分离液态非均相混合物的机械称为离心机。

根据分离方式或功能，离心机可分为三种基本类型：

1．过滤式离心机

2．沉降式离心机

3．离心分离机二、离心机的结构与操作1．三足式离心机图4-17是一种常用的人工卸料的间歇式离心机。

三足式离心机具有构造简单,运转平稳，适应性强，滤渣颗粒不易破损，运转周期可灵活掌握等优点,适用于处理量不大，要求滤渣含液量较低的场合。尤其适用于各种盐类

结晶的过滤和脱水,其缺点是卸料时的劳动强度较大,转动部件位于机座下部,防护、检修不方便。

152．卧式刮刀卸料离心机其结构及操作示意于图4-18。

此离心机操作简便，生产能力大，适用于大规模连续生产的场合。由于刮刀卸料，

颗粒破碎严重,对于必须保持晶粒完整的物料不宜采用。

3.管式高速离心机管