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1、固液分别技术与设备固液分别技术与设备汪雷王光祖江云2013年12月18日固液分离的原理固液分离的原理1固液分离的设备固液分离的设备2最新的设备最新的设备3固液分别的原理固液分别的原理相系分为两大类：相系分为两大类：均相物系：在连续相和分散相之间没有相界面。分别较难，均相物系：在连续相和分散相之间没有相界面。分别较难，如水如水-乙醇。乙醇。非均相物系：在连续相和分散相之间存在着明显的相界面，非均相物系：在连续相和分散相之间存在着明显的相界面，机械分别过程，如油和水。机械分别过程，如油和水。非均相物系由分散相和连续相组成。非均相物系由分散相和连续相组成。分散相：分散物质。处于分散状态的物质，较难分
2、别。分散相：分散物质。处于分散状态的物质，较难分别。连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状态连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状态 的流体。的流体。非均相物系的分别原理：两相物理性质的不同（如密度）非均相物系的分别原理：两相物理性质的不同（如密度）固液分别的原理固液分别的原理沉降沉降过滤过滤依靠外力的作用，利用分散物依靠外力的作用，利用分散物质与分散介质的密度差异，使质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液之发生相对运动，而实现固液分别的过程。沉降又分为重力分别的过程。沉降又分为重力沉降和离心沉降。沉降和离心沉降。以某种多孔性物质作为介质，以某种多孔性物质作为介质，在
3、外力的作用下，悬浮液中的在外力的作用下，悬浮液中的流体通过介质孔道，而固体颗流体通过介质孔道，而固体颗粒被截留下来，从而实现固液粒被截留下来，从而实现固液分别的过程分别的过程固液分别固液分别固液分别的原理固液分别的原理固液分别的原理固液分别的原理-过滤过滤分类：分类：过滤介质所起主要作用：饼层过滤、深床过滤过滤介质所起主要作用：饼层过滤、深床过滤 供应外力的方式：常压过滤（滤纸过滤）、减压过滤（真空抽供应外力的方式：常压过滤（滤纸过滤）、减压过滤（真空抽 滤）、加压过滤（压滤机）滤）、加压过滤（压滤机）饼层过滤饼层过滤 当悬浮液通过滤布时，固体颗粒当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布所阻拦而渐渐
4、形成滤饼，滤被滤布所阻拦而渐渐形成滤饼，滤饼至确定厚度时即起过滤作用，此饼至确定厚度时即起过滤作用，此时滤布主要起支撑作用。时滤布主要起支撑作用。深床过滤深床过滤 过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭等填充于过滤器内形成过滤层 悬浮液中的固体颗粒沉积于过滤介质床层内部，颗粒尺寸小于床层孔道尺寸，在表面力和静电的作用下附着在孔道壁上 阻挡或吸附悬浮液中的固体颗粒使滤液澄清减压过滤减压过滤可加速过滤，并使沉淀抽吸得较干燥，但不宜过滤胶状沉淀和颗粒太小的沉淀，因为胶状沉淀易穿透滤纸，沉淀颗粒太小易在滤纸上形成一层密实的沉淀，溶液不易透过。加压过滤加压过滤是将过滤机置于密封的加压仓中，通过充入加压仓内的压
5、缩空气形成压差，排出滤液，而固体颗料被收集到过滤盘上形成滤饼过滤。常压过滤常压过滤固液分别的原理固液分别的原理-沉降沉降定义：定义：沉降是依靠外力的作用，利用分散物质（固相）与分散介质沉降是依靠外力的作用，利用分散物质（固相）与分散介质（液相）的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分别的（液相）的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分别的过程。过程。分类：分为重力沉降和离心沉降。分类：分为重力沉降和离心沉降。适用：主要用于固体粒子含量较少、颗粒细小的悬浮液的分别。适用：主要用于固体粒子含量较少、颗粒细小的悬浮液的分别。颗粒受到重力加速度的影响而沉降的过程叫重力沉降。固液混合物料在进行重力沉
6、降之前一般需进行混凝、絮凝等预处理。重力沉降重力沉降离心沉降在实现固液分别时，不须要过滤介质，在离心力的作用下，物料按密度的大小不同分层沉降而得以分别，固体沉降于筒壁或转鼓壁上，余下的即为澄清的液体。离心沉降离心沉降直径为直径为d d的球形粒子在流体中作匀速圆周运动，的球形粒子在流体中作匀速圆周运动，切线速度为切线速度为u uT T；径向速度径向速度u ur r；旋转半径为旋转半径为R R粒子密度为粒子密度为s s；流体密度为流体密度为 惯性离心力（与重力相当）惯性离心力（与重力相当）:向心力向心力(与重力场中的浮力相当与重力场中的浮力相当):):阻力阻力(与颗粒径向运动方向相反与颗粒径向运动
7、方向相反):):径径向向受受力力分分析析（指向中心）（指向中心）（指向中心）（指向中心）（中心指向外周（中心指向外周 ）球形颗粒的离心沉降速度球形颗粒的离心沉降速度固液分别的原理固液分别的原理-沉降沉降三力达到平衡，则：三力达到平衡，则：平平衡衡时时颗颗粒粒在在径径向向上上相相对对于于流流体体的的运运动动速速度度urur便便是是此此位位置置上上的的离离心心沉降速度（确定速度在径向上的重量）。沉降速度（确定速度在径向上的重量）。离心沉降速度表达式离心沉降速度表达式重力沉降速度表达式重力沉降速度表达式两两者者区区分分在在于于加加速速度度的的不不同同，一一个个是是“ut2/R”“ut2/R”，一一个
8、个是是“g”“g”。其其中中 ut2/Rut2/R是离心场的离心加速度。是离心场的离心加速度。固液分别的原理固液分别的原理-沉降沉降工业常用的过滤设备工业常用的过滤设备板框压滤机（加压过滤）板框压滤机（加压过滤）真空转鼓过滤机（减压过滤）真空转鼓过滤机（减压过滤）沉降沉降工业工业常用常用的重力沉降设备的重力沉降设备工业常用工业常用的的离心离心沉降设备沉降设备连续沉降槽连续沉降槽卧式螺旋沉降离心机卧式螺旋沉降离心机过滤过滤固液分别的设备固液分别的设备固液分别的设备固液分别的设备-过滤过滤工业工业常用的过滤设备常用的过滤设备-板框压滤机（加压过滤）板框压滤机（加压过滤）工业常用的过滤设备工业常用的
9、过滤设备-真空转鼓过滤机（减压过滤）真空转鼓过滤机（减压过滤）工业常用的过滤设备工业常用的过滤设备-板框压滤机（加压过滤）板框压滤机（加压过滤）基本原理：混合液流经基本原理：混合液流经过滤介质（滤布），固过滤介质（滤布），固体停留在滤布上，并渐体停留在滤布上，并渐渐在滤布上积累形成过渐在滤布上积累形成过滤泥饼。而滤液部分则滤泥饼。而滤液部分则渗透过滤布，成为不含渗透过滤布，成为不含固体的清液。固体的清液。与其它固液分别设备相与其它固液分别设备相比，压滤机过滤后的泥比，压滤机过滤后的泥饼有更高的含固率和优饼有更高的含固率和优良的分别效果。良的分别效果。工业常用的过滤设备工业常用的过滤设备-真空转
10、鼓过滤机（减压过滤）真空转鼓过滤机（减压过滤）它有一水平转鼓，鼓壁开孔，鼓面上铺以支承板和滤布，构成过滤面。过滤面下的空间分成若干隔开的扇形滤室。各滤室有导管与安排阀相通。转鼓每旋转一周，各滤室通过安排阀轮番接通真空系统和压缩空气系统，依次完成过滤、洗渣、吸干、卸渣和过滤介质（滤布）再生等操作。在转鼓的整个过滤面上，过滤区约占圆周的1/3,洗渣和吸干区占1/2,卸渣区占1/6,各区之间有过渡段。过滤时转鼓下部沉醉在悬浮液中缓慢旋转。沉没在悬浮液内的滤室与真空系统连通，滤液被吸出过滤机，固体颗粒则被吸附在过滤面上形成滤渣。滤室随转鼓旋转离开悬浮液后，接着吸去滤渣中饱含的液体。当须要除去滤渣中残留
11、的滤液时，可在滤室旋转到转鼓上部时喷洒洗涤水。这时滤室与另一真空系统接通，洗涤水透过滤渣层置换颗粒之间残存的滤液。滤液被吸入滤室，并单独排出，然后卸除已经吸干的滤渣。这时滤室与压缩空气系统连通，反吹滤布松动滤渣，再由刮刀刮下滤渣。压缩空气（或蒸汽）接着反吹滤布，可疏通孔隙，使之再生。重力沉降重力沉降沉降室沉降槽沉降槽固液分别设备固液分别设备-沉降沉降沉降室多用于分别气体中的固体颗粒沉降槽多用于分别液体悬沉降槽多用于分别液体悬浮物中固体颗粒。浮物中固体颗粒。固液分别设备固液分别设备-沉降沉降 依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程 适于分别两相密度差较小，颗粒粒
12、度较细的非均相物系。适于分别两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。离心沉降离心沉降气固物系：气固物系：旋风分别器；旋风分别器；液固物系：液固物系：旋液分别器或旋液分别器或沉降离心机沉降离心机离心沉降设备离心沉降设备-卧式螺旋沉降离心机卧式螺旋沉降离心机固液分别的设备固液分别的设备-沉降沉降 卧螺离心机是一种卧式螺旋卸料、连续操作的沉降设备。本类离心机工作原理为：转鼓与螺旋以确定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连绵不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻的液相物则形成内层液环，
13、由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓，经排液口排出机外。最新的最新的设备设备Particle FiltrationTEQUATICPLUSfilter给水进入单元。离心力向外推动重粒子。较轻的固体被错流过滤。滤液被滤出。固体颗粒进入再循环和固体收集室。其他粒子进入再循环管以便重用。过滤器可以过滤10-55微米的微粒。过滤器的压降一般 1 psi。1)H.Solhed,L.JonssonandP.Jnsson:MetallurgicalandMaterialsTransactionsB,33B,No.2,(2002),p.173.2)S.Linder:ScandinavianJournalofMetal
14、lurgy,3,(2003),p.137.3)M.Hallberg,P.G.Jnsson,T.L.I.JonssonandR.Eriksson:ScandinavianJournalofMetallurgy,34,(2007),p.41.4)Y.MikiandB.G.Thomas:MetallurgicalandMaterialsTransactionsB,30B,No.4,(2004),p.639.5)K.NakajimaandK.Okamura:Proc.of4thInternationalConferenceonMoltenSlagsandFluxes,ISIJ,Sendai,Japan
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