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文檔簡(jiǎn)介
化工原理第三章
非均相物系的機(jī)械分離
第一節(jié)
概
述
混合物依據(jù)各組分之間的分散度可劃分為均相混合物和非均相混合物兩大類。其中非均相混合物由分散相和連續(xù)相兩部分組成:前者指處于分散狀態(tài)的物質(zhì),如分散于流體中的固體顆粒、液滴或氣泡等;后者指包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的流體,如氣態(tài)非均相物系中的氣體,液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體等。本章主要探討非均相混合物的機(jī)械分離。一、非均相混合物的分離在工業(yè)中的應(yīng)用非均相混合物的分離在工業(yè)生產(chǎn)中主要應(yīng)用于以下幾點(diǎn):
1.回收有用的分散相如收集粉碎機(jī)、沸騰及噴霧干燥器等設(shè)備出口氣流中夾帶的物料;收集蒸發(fā)設(shè)備出口氣流中帶出的藥液霧滴;回收結(jié)晶器中晶漿中夾帶的顆粒;回收催化反應(yīng)器中氣體夾帶的催化劑,以循環(huán)應(yīng)用等。
2.凈化連續(xù)相除去藥液中無(wú)用的混懸顆粒以便得到澄清藥液;將結(jié)晶產(chǎn)品與母液分開(kāi);除去空氣中的塵粒以便得到潔凈空氣;除去催化反應(yīng)原料氣中的雜質(zhì),以保證催化劑的活性等。
3.環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)近年來(lái),工業(yè)污染對(duì)環(huán)境的危害愈來(lái)愈明顯,利用機(jī)械分離的方法處理工廠排出的廢氣、廢液,使其濃度符合規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),以保護(hù)環(huán)境;去除容易構(gòu)成危險(xiǎn)隱患的漂浮粉塵以保證安全生產(chǎn)。第一節(jié)
概
述二、非均相混合物的分離方法非均相混合物通常采用機(jī)械的方法分離,即利用非均相混合物中分散相和連續(xù)相的物理性質(zhì)(如密度、顆粒形狀、尺寸等)的差異,使兩相之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使其分離。根據(jù)兩相運(yùn)動(dòng)方式的不同,機(jī)械分離可有兩種操作方式,沉降和過(guò)濾。1.沉降沉降是在外力作用下使顆粒相對(duì)于流體(靜止或運(yùn)動(dòng))運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程。沉降操作的外力可以是重力(稱為重力沉降),也可以是慣性離心力(稱為離心沉降)。此外對(duì)于含塵氣體的分離還有過(guò)濾凈制、濕法及電凈制等方法。
2.過(guò)濾過(guò)濾是流體相對(duì)于固體顆粒床層運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。過(guò)濾操作的外力可以是重力、壓差或慣性離心力。因此過(guò)濾操作又分為重力過(guò)濾、加壓過(guò)濾、真空過(guò)濾和離心過(guò)濾等。詳見(jiàn)下表:第一節(jié)
概
述第二節(jié)
沉
降
沉降是指在某種力場(chǎng)中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異,使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的操作過(guò)程,分為重力沉降和離心沉降兩大類。
一、重力沉降重力沉降是依據(jù)重力作用而發(fā)生的沉降過(guò)程。一般用于氣、固混合物和混懸液的分離。它是利用混懸液中的分散相即固體顆粒的密度大于連續(xù)相即浸提液的密度而使顆粒沉降達(dá)到分離。
1.自由沉降和沉降速度以固體顆粒在流體中的沉降為例進(jìn)行分析,顆粒的沉降速度與顆粒的形狀有很大關(guān)系,為了便于理論推導(dǎo),先分析光滑球形顆粒的自由沉降速度。
1.1球形顆粒的自由沉降速度
顆粒在靜止流體中沉降時(shí),不受其它顆粒的干擾及器壁的影響,稱為自由沉降。較稀的混懸液或含塵氣體中固體顆粒的沉降可視為自由沉降。第二節(jié)
沉
降
如圖3-1所示。一個(gè)表面光滑的剛性球形顆粒置于靜止流體中,當(dāng)顆粒密度大于流體密度時(shí),顆粒將下沉,若顆粒作自由沉降運(yùn)動(dòng),在沉降過(guò)程中,顆粒受到三個(gè)力的作用:重力,方向垂直向下;浮力,方向向上;阻力,方向向上。設(shè)球形顆粒的直徑為,顆粒密度為,流體的密度為,則重力、浮力和阻力分別為:圖3-1靜止流體中顆粒受力示意圖第二節(jié)
沉
降
(3-1)
(3-2)
(3-3)
式中為沉降顆粒沿沉降方向的最大投形面積,對(duì)于球形顆粒,,m2;為顆粒相對(duì)于流體的降落速度,m/s;為沉降阻力系數(shù)。對(duì)于一定的顆粒與流體,重力與浮力的大小一定,而阻力隨沉降速度而變。根據(jù)牛頓第二定律有:當(dāng)顆粒開(kāi)始沉降的瞬間,u為零,阻力也為零,加速度a為其最大值;顆粒開(kāi)始沉降后,隨著u逐漸增大,阻力也隨著增大,直到速度增大到一定值后,重力、浮力、阻力三者達(dá)到平衡,加速度a為零;此時(shí)顆粒做勻速運(yùn)動(dòng)的速度即稱為沉降速度,用表示,單位為m/s。即有:(3-4)
第二節(jié)
沉降聯(lián)立(3-1)、(3-2)、(3-3)和(3-4)整理得
(3-5)
式(3-5)稱為沉降速度表達(dá)式(參見(jiàn)教材P135式3-26)。對(duì)于微小顆粒,由于沉降的加速階段時(shí)間很短,可忽略,因此,整個(gè)沉降過(guò)程可以視為加速度為零的勻速沉降過(guò)程。在這種情況下可直接將該式用于重力沉降速率的計(jì)算。
的確定較為復(fù)雜,該值與雷諾數(shù)有關(guān),但二者間數(shù)學(xué)函數(shù)式目前理論上還難以確定,一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定,見(jiàn)圖3-2。第二節(jié)
沉
降
圖3-2所示阻力曲線可依據(jù)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)范圍劃分為三個(gè)區(qū)域:a)滯流區(qū):<2,又稱斯托斯克斯(stokes)定律區(qū)(3-6)
b)過(guò)渡區(qū):2<<500,又稱艾倫(Allen)定律區(qū)(3-7)c)湍流區(qū):500<<2×105,又稱牛頓(Newton)定律區(qū)
(3-8)圖3-2沉降阻力系數(shù)關(guān)系曲線圖第二節(jié)
沉
降
1.2非球形顆粒的自由沉降非球形顆粒的幾何形狀及投影面積A對(duì)沉降速度都有影響。顆粒向沉降方向的投影面積A愈大,沉降阻力愈大,沉降速度愈慢。一般地,相同密度的顆粒,球形或近球形顆粒的沉降速度大于同體積非球形顆粒的沉降速度。非球形顆粒幾何形狀與球形的差異程度,用球形度表示,即一個(gè)任意幾何形體的球形度,等于體積與之相同的一個(gè)球形顆粒的表面積與這個(gè)任意形狀顆粒的表面積之比。當(dāng)體積相同時(shí),球形顆粒的表面積最小,因此,球形度值越小,顆粒形狀與球形的差異越大,阻力系數(shù)ζ愈大,當(dāng)顆粒為球形時(shí),球形度為1。在計(jì)算沉降速率時(shí),非球形顆粒的大小可用當(dāng)量直徑表示,所謂當(dāng)量直徑即就是與顆粒等體積球形顆粒的直徑。第二二節(jié)節(jié)沉降2.重力力沉沉降降設(shè)設(shè)備備及及其其生生產(chǎn)產(chǎn)能能力力2.1降塵塵室室:就是是利利用用重重力力沉沉降降的的作作用用從從含含塵塵氣氣體體中中除除去去固固體體顆顆粒粒的的設(shè)設(shè)備備,,其其結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)如如3-3所示示。。含含塵塵氣氣體體進(jìn)進(jìn)入入降降塵塵室室后后,,流流通通截截面面積積擴(kuò)擴(kuò)大大,,速速度度降降低低,,使使氣氣體體在在降降塵塵室室內(nèi)內(nèi)有有一一定定的的停停留留時(shí)時(shí)間間。。若若在在這這個(gè)個(gè)時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)顆顆粒粒沉沉到到了了室室底底,,則則顆顆粒粒就就能能從從氣氣體體中中除除去去。。要要保保證證塵塵粒粒從從氣氣體體中中分分離離出出來(lái)來(lái),,則則顆顆粒粒沉沉降降至至底底部部所所用用時(shí)時(shí)間間必必須須小小于于等等于于氣氣體體通通過(guò)過(guò)沉沉降降室室的的時(shí)時(shí)間間。。第二節(jié)沉降設(shè)為降降塵室所處處理的含塵塵氣體的體體積流量,,即降塵室室的生產(chǎn)能能力,顆粒運(yùn)動(dòng)的的水平速度度同于氣體體用u表示,顆粒粒的沉降速速度為ut,則顆粒水水平通過(guò)沉沉降室的停停留時(shí)間為為L(zhǎng)/u,垂直沉降降時(shí)間為H/ut,那么顆粒粒能沉降分分離出來(lái)的的條件為::(3-9)又由于u=qv/A=qv/BH,故有H/ut≤BLH/qv,即有:(3-10)式(3-10)就是降塵塵室生產(chǎn)能能力的計(jì)算算公示。該該式表明::降塵室生產(chǎn)產(chǎn)能力只與與降塵室的的底面積及及顆粒的沉沉降速度有有關(guān),而與與降塵室高高度H無(wú)關(guān)。所以降塵塵室一般采采用扁平的的幾何形狀狀,或在室室內(nèi)添加多多層隔板,形成多層層降塵室如如圖3-4所示,以提提高其生產(chǎn)產(chǎn)能力和除除塵效率。。降塵室結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單,但但設(shè)備龐大大、效率低低,只適用用于分離粗粗顆粒(一一般指直徑徑75μm以上的顆粒粒),或作作為預(yù)分離離設(shè)備。第二節(jié)沉降圖3-4多層隔板降降塵室1-隔板;2,3-調(diào)節(jié)閥門(mén);;4-除灰口第二節(jié)沉降2.2沉降槽:屬屬于處理懸懸浮液的重重力沉降設(shè)設(shè)備,也稱稱增稠器,,分間歇式式、半連續(xù)續(xù)式和連續(xù)續(xù)式三種。。在化工生產(chǎn)產(chǎn)中常用連連續(xù)操作的的沉降槽如如圖3-5所示,它是是一個(gè)帶錐錐形底的圓圓池,懸浮浮液由位于于中央的進(jìn)進(jìn)料口加至至液面以下下,經(jīng)一水水平擋板折折流后沿徑徑向擴(kuò)展,,隨著顆粒粒的沉降,,液體緩慢慢向上流動(dòng)動(dòng),經(jīng)溢流流堰流出得得到清液,,顆粒則下下沉至底部部形成沉淀淀層,由緩緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的的耙將沉渣渣移至中心心,從底部部出口排出出。間歇沉沉降槽的操操作過(guò)程是是將裝入的的料漿靜止止足夠時(shí)間間后,上部部清液使用用虹吸管或或泵抽出,,下部沉渣渣從低口排排出。沉降槽有澄澄清液體和和增稠懸浮浮液的雙重重作用功能能,與降塵室類類似,沉降降槽的生產(chǎn)產(chǎn)能力與高高度無(wú)關(guān),只與底面積積及顆粒的的沉降速率率有關(guān),故沉降槽一一般均制造造成大截面面、低高度度。大的沉沉降槽直徑徑可達(dá)l0~100m、深2.5~4m。它一般用用于大流量量、低濃度度懸浮液的的處理。沉沉降槽處理理后的沉渣渣中還含有有大約50%的液體,必要時(shí)再用用過(guò)濾機(jī)等等做進(jìn)一步步處理。第二節(jié)沉降二、離心沉沉降在重力沉降降中,當(dāng)顆粒小時(shí)時(shí),沉降速速率就就小,需沉降降設(shè)備備就大大,為了提提高其其生產(chǎn)產(chǎn)能力力,工業(yè)上上可使使用離離心沉沉降,因?yàn)殡x離心力力比重重力大大得多多,改改用離離心沉沉降則則可大大大提提高沉沉降速速度,設(shè)備尺尺寸也也可縮縮小很很多。。1.離心沉沉降速速度和和離心心分離離因數(shù)數(shù)1.1離心沉沉降速速度:其推導(dǎo)導(dǎo)方法法和重重力沉沉降速速度相相似,,在離離心沉沉降設(shè)設(shè)備中中,當(dāng)當(dāng)流體體帶著著顆粒粒旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時(shí),如果果顆粒粒的密密度大大于流流體的的密度度,則則慣性性離心心力將將會(huì)使使顆粒粒在徑徑向上上與流流體發(fā)發(fā)生相相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)而而飛離離中心心。和和顆粒粒在重重力場(chǎng)場(chǎng)中受受到三三個(gè)作作用力力相似似,慣慣性離離心力力場(chǎng)中中顆粒粒在徑徑向上上也受受到三三個(gè)力力的作作用,即慣慣性離離心力力、向向心力力(相相當(dāng)于于重力力場(chǎng)中中的浮浮力,其方方向?yàn)闉檠匕氚霃街钢赶蛐D(zhuǎn)中中心)和阻阻力(與顆顆粒的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向向相反反,其其方向向?yàn)檠匮匕霃綇街赶蛳蛑行男?。。如果果球形形顆粒粒的直直徑為為dp、密度為,流體體密度為,當(dāng)顆顆粒與流體體一起作等等角速度的的圓圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí),將受上上述合力的的作用,使使其由旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中心向周周邊運(yùn)動(dòng),,在達(dá)到動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)時(shí),經(jīng)整理理其離心沉沉降速度為為:(3-11)第二節(jié)沉降1.2離心分離因因數(shù)比較式(3-11)及(3-5)可知:離離心沉降速速率的計(jì)算算式只是把把重力沉降降速率中的的重力加速速度用離心心加速度代代替替而已。工工業(yè)上常將將離心加速速度與重力力加速度之之比稱為離心分離因因數(shù),即K是離心分離離設(shè)備的重重要性能指指標(biāo)。工程程上,K越高,其離離心分離效效率越高。。離心分離離因數(shù)的數(shù)數(shù)值一般為為幾百到幾幾萬(wàn)。因此此,同一顆顆粒在離心心場(chǎng)中的沉沉降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其其在重力場(chǎng)場(chǎng)中的沉降降速度,用用離心沉降降可將更小小的顆粒從從流體中分分離出來(lái)。。注意:重力沉降速速度基本上上為定值;;離心沉降降速度為絕絕對(duì)速度在在徑向上的的分量,隨隨顆粒在離離心力場(chǎng)中中的位置r而改變。第二節(jié)沉降2.離心沉降設(shè)設(shè)備2.1旋風(fēng)分離器器旋風(fēng)分離器器中一般進(jìn)進(jìn)行的是氣氣-固非均均相物系的的離心分離離。由于在在離心場(chǎng)中中顆??梢砸垣@得比重重力大得多多的離心力力,因此,對(duì)兩相密度度相差較小小或顆粒粒粒度較細(xì)的的非均相物物系,利用用離心沉降降分離要比比重力沉降降有效得多多。2.1.1旋風(fēng)分離器器的構(gòu)造和和操作原理理如圖3-6所示,主體的上部部為圓筒形形,下部為圓錐錐形,中央央有一升氣氣管。含塵塵氣體從側(cè)側(cè)面的圓筒筒形進(jìn)氣管管切向進(jìn)入入器內(nèi),然后在圓筒筒內(nèi)作自上上而下的圓圓周運(yùn)動(dòng)。。顆粒在隨隨氣流旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)程中被被拋向器壁壁,沿器壁壁落下,自錐底排出出。由于操操作時(shí)旋風(fēng)風(fēng)分離器底底部處于密密封狀態(tài),所以被凈化化的氣體到到達(dá)底部后后折向上,沿中心軸旋旋轉(zhuǎn)著從頂頂部的中央央排氣管排排出。旋風(fēng)分離器器構(gòu)造簡(jiǎn)單單,分離效率較較高,操作作不受溫度度、壓強(qiáng)的的限制。一一般入口氣氣速為10~25ms-1,分離因數(shù)約約為5~2500,一般可分離離氣體中5~75μm直徑的粒子子。第二節(jié)沉降圖3-6標(biāo)準(zhǔn)型旋旋風(fēng)分離離器第二節(jié)沉降第二節(jié)沉降2.1.2旋風(fēng)分離離器的主主要性能能參數(shù)臨界直徑徑、分離離效率、、壓力降降和處理理量是旋旋風(fēng)分離離器的主主要性能能參數(shù),,是選型型和操作作控制的的依據(jù),,也是評(píng)評(píng)價(jià)其性性能的主主要指標(biāo)標(biāo)。①臨界粒粒徑(dpc):即旋風(fēng)分分離器能能夠分離離出最小小顆粒的的直徑,,其計(jì)算算式為(3-12)式中中::ui為含含塵塵氣氣體體的的進(jìn)進(jìn)口口氣氣速速,,m/s;B為旋旋風(fēng)風(fēng)分分離離器器的的進(jìn)進(jìn)口口寬寬度度,m;N為氣氣流流的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)圈圈數(shù)數(shù),對(duì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)旋旋風(fēng)風(fēng)分分離離器器,可取取N=5;;為顆顆粒粒的的密密度度,,kg/m3;μ為流流體體的的黏黏度度,,Pa··s。。②分分離離效效率率::通通常常有有兩兩種種表表示示方方法法,,即即粒粒級(jí)級(jí)效效率率和和總總效效率率(3-13)式中中為為旋旋風(fēng)風(fēng)分分離離器器進(jìn)進(jìn)出出口口氣氣體體中中含含塵塵粒粒徑徑為為dp,i的顆顆粒粒的的濃濃度度,,g/m3;Ci、C0為旋旋風(fēng)風(fēng)分分離離器器進(jìn)進(jìn)出出口口氣氣體體中中全全部部顆顆粒粒的的濃濃度度,g/m3;為含含塵塵氣氣體體在在分分離離器器入入口口處處粒粒徑徑為為dp,i的顆顆粒粒的的質(zhì)質(zhì)量量分分?jǐn)?shù)數(shù)。??傂事适鞘枪すこ坛逃?jì)計(jì)算算中中常常用用的的,雖易易測(cè)測(cè)定定但但它它卻卻不不能能準(zhǔn)準(zhǔn)確確代代表表分分離離器器的的分分離離性性能能,要真真正正要要衡衡量量分分離離性性能能的的好好壞壞,用粒級(jí)級(jí)效率率則比比用總總效率率更有有意義義。第二節(jié)節(jié)沉降③壓力力降旋風(fēng)分分離器器的壓壓力降降是評(píng)評(píng)價(jià)其其性能能的重重要指指標(biāo)。。壓力力降產(chǎn)產(chǎn)生的的主要要原因因,是是由于于氣體體經(jīng)過(guò)過(guò)器內(nèi)內(nèi)時(shí)的的膨脹脹、壓壓縮、、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向及及對(duì)器器壁的的摩擦擦而消消耗大大量的的能量量。氣氣體通通過(guò)旋旋風(fēng)分分離器器的壓壓力降降應(yīng)盡盡可能能小,,該值值的大大小是是決定定分離離過(guò)程程能耗耗和合合理選選擇風(fēng)風(fēng)機(jī)的的依據(jù)據(jù)。其其計(jì)算算式如如下::(3-13)旋風(fēng)分分離器器壓降降一般般在500~2000Pa之間。。ui愈小,,壓降降愈低低,雖雖然輸輸送能能耗降降低,,但分分離效效率也也降低低,從從經(jīng)濟(jì)濟(jì)角度度考慮慮可取取ui=15~25m/s。不僅如如此,,旋風(fēng)風(fēng)分離離器的的壓降降還與與其形形狀有有關(guān),,一般般來(lái)說(shuō)說(shuō),短短粗形形的旋旋風(fēng)分分離器器壓降降較小小,處處理量量大,,但分分離效效率低低;相相反長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)形形分離離器則則處理理量不不大,,但分分離效效率卻卻高。。旋風(fēng)分離器器一般可分分離5~75μm的非纖維、、非粘性干干燥粉塵,,對(duì)5μm以下的細(xì)微微顆粒分離離效率較低低。旋風(fēng)分分離器結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊湊、無(wú)運(yùn)動(dòng)動(dòng)部件,操操作不受溫溫度和壓強(qiáng)強(qiáng)的限制,,價(jià)格低廉廉、性能穩(wěn)穩(wěn)定,可滿滿足中等粉粉塵集捕要要求,故廣廣泛應(yīng)用于于多種工業(yè)業(yè)部門(mén)。第二節(jié)沉降2.2旋液分離器器又稱水力旋旋流器,是利用離心心沉降原理理分離液-固混合合物的設(shè)備備,類似于旋風(fēng)風(fēng)分離器。。設(shè)備主體也是由由圓筒體和和圓錐體兩兩部分組成成,圖3-7所示。懸浮液液由入口管管切向進(jìn)入入,并向下作螺螺旋運(yùn)動(dòng),固體顆粒在在慣性離心心力作用下下,被甩向器壁壁后隨旋流降至至錐底。由由底部排出出的稠漿稱稱為底流;;清液和含有有微細(xì)顆粒粒的液體則則形成內(nèi)旋旋流螺旋上上升,從頂部中心心管排出,稱為溢流。。內(nèi)旋流中中心為處于負(fù)壓的的氣柱,這些氣體可可能是由料料漿中釋放放出來(lái),或由于溢流流管口暴露露于大氣時(shí)時(shí)將空氣吸吸入器內(nèi)的,但氣柱有利利于提高分分離效果。。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)是直徑小小而圓錐部部分長(zhǎng),其進(jìn)料速度約為2~10m/s,可分離的粒粒徑約為5~200μm。若料漿中含含有不同密密度或不同同粒度的顆顆粒,可令大直徑或大密密度的顆粒粒從底流送送出,通過(guò)調(diào)節(jié)底底流量與溢流量比比例,控制兩流股股中顆粒大大小的差別別,這種操作稱為為分級(jí)過(guò)程程。圖3-7旋液分離器器示意圖D第三節(jié)過(guò)過(guò)濾濾過(guò)濾是分離離懸浮液最最常用和最最有效的單單元操作。。過(guò)濾與沉沉降分離相相比,過(guò)濾濾操作可使使懸浮液分分離得更迅迅速、更徹徹底。一、過(guò)濾的的基本概念念1.過(guò)濾及過(guò)濾濾推動(dòng)力過(guò)濾就是利利用重力或或壓差使懸懸浮液中的的液體通過(guò)過(guò)某種多孔孔性介質(zhì)而而固體顆粒粒被截留下下來(lái),從而而實(shí)現(xiàn)非均均相物系的的固、液分分離的單元元操作。過(guò)濾推動(dòng)力力是過(guò)濾介介質(zhì)兩側(cè)的的壓力差。。壓力差產(chǎn)產(chǎn)生的方式式有濾液自自身重力、、離心力和和外加壓力力,過(guò)濾設(shè)設(shè)備中常采采用后兩種種方式產(chǎn)生生的壓力差差作為過(guò)濾濾操作的推推動(dòng)力。用沉降法((重力、離離心力)處處理懸浮液液,往往需需要較長(zhǎng)時(shí)時(shí)間,而且且沉渣中液液體含量較較多,而過(guò)過(guò)濾操作可可使懸浮液液得到迅速速的分離,,濾渣中的的液體含量量也較低。。當(dāng)被處理理的懸浮液液含固體顆顆粒較少時(shí)時(shí),應(yīng)先在在增稠器中中進(jìn)行沉降降,然后將將沉渣送至至過(guò)濾機(jī)。。在某些場(chǎng)場(chǎng)合過(guò)濾是是沉降的后后續(xù)操作。。第三節(jié)過(guò)過(guò)濾濾2.過(guò)濾方方式工業(yè)上的過(guò)過(guò)濾操作主主要分為餅餅層過(guò)濾和和深層過(guò)濾濾。2.1餅層過(guò)濾::又名濾餅餅過(guò)濾,圖圖3-8(a)所示,過(guò)濾濾時(shí)非均相相混合物即即濾漿置于于過(guò)濾介質(zhì)質(zhì)的一側(cè),固體沉積積物在介質(zhì)質(zhì)表面堆積積、架橋而而形成濾餅餅層如圖3-8(b)所示。濾餅餅層是有效效過(guò)濾層,隨著操作作的進(jìn)行其其厚度逐漸漸增加。由由于濾餅層層截留的固固體顆粒粒粒徑小于介介質(zhì)孔徑,因此餅層層形成前得得到的渾濁濁初濾液,,待濾餅形形成后應(yīng)返返回濾漿槽槽重新過(guò)濾濾,餅層形形成后收集集的濾液為為符合要求求的濾液。。餅層過(guò)濾濾適用于處理理固相含量量稍高(固固相體積分分率在1%以上)的的懸浮液。。第三節(jié)過(guò)過(guò)濾濾圖3-8餅層過(guò)濾示示意圖圖3-9深層過(guò)濾示示意圖第三節(jié)過(guò)過(guò)濾濾2.2深層過(guò)濾::圖3-9所示,過(guò)濾濾介質(zhì)是較較厚的粒狀狀介質(zhì)的床床層,過(guò)濾濾時(shí)懸浮液液中的顆粒粒沉積在床床層內(nèi)部的的孔道壁面面上,而不不形成濾餅餅。深層過(guò)過(guò)濾適用于于生產(chǎn)量大大而懸浮顆顆粒粒徑小小、固含量量低或是粘粘軟的絮狀狀物。適用于懸浮浮液中顆粒粒甚小且含含量甚微((固相體積積分率在0.1%以以下)的場(chǎng)場(chǎng)合。如自來(lái)水廠廠的飲水凈凈化、合成成纖維紡絲絲液中除去去固體物質(zhì)質(zhì)、中藥生生產(chǎn)中藥液液的澄清過(guò)過(guò)濾等。另外膜過(guò)濾濾作為一種種精密分離離技術(shù),近近年來(lái)發(fā)展展很快,已已應(yīng)用于許許多行業(yè)。。膜過(guò)濾是是利用膜孔孔隙的選擇擇透過(guò)性進(jìn)進(jìn)行兩相分分離的技術(shù)術(shù)。以膜兩兩側(cè)的流體體壓差為推推動(dòng)力,使使溶劑、無(wú)無(wú)機(jī)離子、、小分子等等透過(guò)膜,,而截留微微粒及大分分子。第三節(jié)過(guò)過(guò)濾濾3.過(guò)濾介質(zhì)質(zhì)過(guò)濾過(guò)程所用用的多孔性介介質(zhì)稱為過(guò)濾濾介質(zhì)。性能能優(yōu)良的過(guò)濾濾介質(zhì)除能夠夠達(dá)到所需分分離要求外,,還應(yīng)具有足足夠的機(jī)械強(qiáng)強(qiáng)度,盡可能能小的流過(guò)阻阻力,較高的的耐腐蝕性和和一定的耐熱熱性,最好表表面光滑,濾濾餅剝離容易易。過(guò)濾介質(zhì)是濾濾餅的支承物物,應(yīng)具有下下列特性:a)多孔性:即孔孔徑適宜且液液體通過(guò)的阻阻力??;b)穩(wěn)定性:物理理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定,耐熱,,耐化學(xué)腐蝕蝕;c)機(jī)械強(qiáng)度:有有足夠的強(qiáng)度度,耐壓、使使用壽命長(zhǎng);;d)價(jià)格便宜。工業(yè)常用過(guò)濾濾介質(zhì)主要有有織物介質(zhì)、、多孔性固體體介質(zhì)和微孔孔濾膜等。3.1織物介質(zhì):是是由天然或合合成纖維、金金屬絲等編織織而成的篩網(wǎng)網(wǎng)、濾布,適適于濾餅過(guò)濾濾,一般可截截留的粒徑5μm以上的固體微微粒。3.2多孔性固體介介質(zhì):是素瓷瓷、金屬或玻玻璃的燒結(jié)物物、塑料細(xì)粉粉粘結(jié)而成的的多孔性塑料料管等,適用于含粘軟軟性絮狀懸浮浮顆?;蚋g蝕性混懸液的的過(guò)濾,一般般可截留粒徑徑1~3μm的微細(xì)粒子。。3.3粒狀介質(zhì):是由各種固體體顆粒(砂石、木炭、、石棉)或非編織纖維維(玻璃璃棉棉等等)堆積積而而成成。。適適用用于于深深層層過(guò)過(guò)濾濾,,如如制制劑劑用用水水的的預(yù)預(yù)處處理理。。3.4微孔孔濾濾膜膜,,是是由由高高分分子子材材料料制制成成的的薄薄膜膜狀狀多多孔孔介介質(zhì)質(zhì)。。適適用用于于精精濾濾,可可截截留留粒粒徑徑0.01μm以上上的的微微粒粒,尤尤其其適適用用于于濾濾除除0.02~~10μm的混混懸懸微微粒粒。。第三三節(jié)節(jié)過(guò)過(guò)濾濾4.濾濾餅餅的的壓壓縮縮性性和和助助濾濾劑劑4.1濾餅餅的的壓壓縮縮性性:若構(gòu)構(gòu)成成濾濾餅餅的的顆顆粒粒是是不不易易變變形形的的堅(jiān)堅(jiān)硬硬固固體體顆顆粒粒,則則當(dāng)當(dāng)濾濾餅餅兩兩側(cè)側(cè)壓壓力力差差增增大大時(shí)時(shí),顆顆粒粒形形狀狀和和顆顆粒粒間間空空隙隙不不發(fā)發(fā)生生明明顯顯變變化化,這這類類濾濾餅餅稱稱為為不不可可壓壓縮縮濾濾餅餅;;有有的的懸懸浮浮顆顆粒粒比比較較軟軟,,所所形形成成的的濾濾餅餅受受壓壓容容易易變變形形,當(dāng)當(dāng)濾濾餅餅兩兩側(cè)側(cè)壓壓力力差差增增大大時(shí)時(shí),顆顆粒粒的的形形狀狀和和顆顆粒粒間間的的空空隙隙有有明明顯顯改改變變,這這類類濾濾餅餅稱稱為為可可壓壓縮縮濾濾餅餅。。濾濾餅餅的的壓壓縮縮性性對(duì)對(duì)過(guò)過(guò)濾濾效效率率及及濾濾材材的的可可使使用用時(shí)時(shí)間間影影響響很很大大,是是設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)過(guò)過(guò)濾濾工工藝藝和和選選擇擇過(guò)過(guò)濾濾介介質(zhì)質(zhì)的的依依據(jù)據(jù)。。4.2助濾劑:為了減小小可壓縮縮濾餅的的過(guò)濾阻阻力,可可采用助助濾劑以以提高濾濾餅的剛剛性和孔孔隙率。。助濾劑劑是有一一定剛性性的粒狀狀或纖維維狀固體體,常用用的有硅硅藻土、、活性炭炭、珍珠珠巖粉等等。助濾濾劑應(yīng)具具有化學(xué)學(xué)穩(wěn)定性性,不與與濾漿發(fā)發(fā)生化學(xué)學(xué)反應(yīng),不溶于于液相,在過(guò)濾濾操作的的壓力差差范圍內(nèi)內(nèi)具有不不可壓縮縮性。助濾劑的的使用方方法有預(yù)預(yù)涂法和和摻濾法法兩種。。預(yù)涂是是把助濾濾劑先行行過(guò)濾,使其在在過(guò)濾介介質(zhì)表面面形成預(yù)預(yù)涂層,然后再再過(guò)濾濾濾漿。摻摻濾是把把助濾劑劑按一定定比例直直接分散散在待過(guò)過(guò)濾的混混懸液中中一起過(guò)過(guò)濾。注注意當(dāng)濾濾餅是產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)一一般不使使用助濾濾劑。第三節(jié)過(guò)過(guò)濾濾5.濾餅的洗洗滌在濾餅的的顆粒間間隙中總總會(huì)殘留留一定量量的濾液液。過(guò)濾濾終了,,通常要要用洗滌滌液(一一般為清清水)進(jìn)進(jìn)行濾餅餅的洗滌滌,以回回收濾液液或得到到較純凈凈的固體體顆粒。。洗滌速速率取決決于洗滌滌壓強(qiáng)差差、洗滌滌液通過(guò)過(guò)的面積積及濾餅餅厚度。。6.過(guò)濾速率率及影響響因素過(guò)濾速率率是單位位時(shí)間內(nèi)內(nèi)得到的的濾液體體積,增大過(guò)過(guò)濾面積積可增大大過(guò)濾速速率;加加壓或減減壓均可可加快過(guò)過(guò)濾速率率,但可可壓縮濾濾餅會(huì)使使過(guò)濾速速率變慢慢;而懸懸浮液的的性質(zhì)和和操作溫溫度對(duì)過(guò)過(guò)濾速率率也有影影響。提提高溫度度,可降降低液體體的粘度度,從而而提高過(guò)過(guò)濾機(jī)的的過(guò)濾速速率。但但在真空空過(guò)濾時(shí)時(shí),提高高溫度會(huì)會(huì)使真空空度下降降,從而而降低了了過(guò)濾速速率。第三三節(jié)節(jié)過(guò)過(guò)濾濾二、、過(guò)過(guò)濾濾設(shè)設(shè)備備過(guò)濾濾混混懸懸液液的的設(shè)設(shè)備備稱稱為為過(guò)過(guò)濾濾機(jī)機(jī)。。按按操操作作方方式式可可分分為為間間歇歇過(guò)過(guò)濾濾機(jī)機(jī)和和連連續(xù)續(xù)過(guò)過(guò)濾濾機(jī)機(jī),按按過(guò)過(guò)濾濾推推動(dòng)動(dòng)力力產(chǎn)產(chǎn)生生的的方方式式可可分分為為壓壓濾濾機(jī)機(jī)、、真真空空過(guò)過(guò)濾濾機(jī)機(jī)和和離離心心過(guò)過(guò)濾濾機(jī)機(jī)。。1.板框壓濾濾機(jī)該機(jī)是一一種歷史史較舊,但仍沿用用不衰的的間歇式式壓濾機(jī)機(jī)。由若若干塊濾濾板和濾濾框間隔隔排列,靠濾板板和濾框框兩側(cè)的的支耳架架在機(jī)架架的橫梁梁上,用用一端的的壓緊裝裝置壓緊緊組裝而而成,如圖3-10所示。濾濾板和濾濾框是板板框壓濾濾機(jī)的主主要部件件,其個(gè)數(shù)在在機(jī)座長(zhǎng)長(zhǎng)度范圍圍內(nèi)可自自行調(diào)節(jié)節(jié),一般為10~60塊不不等,過(guò)濾面積積為2~~80m2。該機(jī)為間間歇操作作,每個(gè)個(gè)操作周周期由裝裝配、壓壓緊、過(guò)過(guò)濾、洗洗滌、坼坼開(kāi)、卸卸料、處處理等組組成,板框裝合合完畢,開(kāi)始過(guò)過(guò)濾。過(guò)過(guò)濾時(shí)懸懸浮液在在指定的的壓力下下經(jīng)濾漿漿通道,由濾框角角端的暗暗孔進(jìn)入入框內(nèi),濾液分別別穿過(guò)兩兩側(cè)濾布布,再經(jīng)鄰板板板面流流到濾液液出口排排走,固體則被被截留于于框內(nèi),待濾餅充充滿濾框框后,即停止過(guò)過(guò)濾。板框壓濾濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是構(gòu)造造簡(jiǎn)單,,制造方方便、價(jià)價(jià)格低;;過(guò)濾面面積大,,可根據(jù)據(jù)需要增增減濾板板以調(diào)節(jié)節(jié)過(guò)濾能能力;推推動(dòng)力大大,對(duì)物物料的適適應(yīng)能力力強(qiáng),對(duì)對(duì)顆粒細(xì)細(xì)小而液液體較大大的濾漿漿也能適適用。缺缺點(diǎn)是間間歇操作作,生產(chǎn)產(chǎn)效率低低;卸渣渣、清洗洗和組裝裝需要時(shí)時(shí)間、人人力,勞勞動(dòng)強(qiáng)度度大,但但隨著各各種自動(dòng)動(dòng)操作的的板框壓壓濾機(jī)的的出現(xiàn),,這一缺缺點(diǎn)會(huì)得得到一定定程度的的改進(jìn)。。該機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)能力的的表征為為:((教材材P156式3-80)(3-14)式中為為一個(gè)個(gè)操作周周期的時(shí)時(shí)間;V為一個(gè)操操作周期期所獲得得的濾液液體積。。第三節(jié)過(guò)過(guò)濾濾圖3-10(a)板框壓濾濾機(jī)構(gòu)造造圖1-固定頭頭;2-濾板;;3-濾框;;4-濾布;;5-壓緊裝裝置第三節(jié)過(guò)過(guò)濾濾附圖洗板框非洗板洗板濾液流出懸浮液入口洗板框非洗板洗板洗滌液流出洗滌液
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