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1、第四章第四章 非均相物系的分离非均相物系的分离第一节第一节 概述概述混合物混合物 均相混合物均相混合物（均相物系）（均相物系）非均相混合物非均相混合物（非均相物系）（非均相物系）物系内部各处物料性物系内部各处物料性质均匀而且不存在相质均匀而且不存在相界面的混合物。界面的混合物。物系内部有隔开两相的物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混物料性质截然不同的混合物。合物。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕 分散相（分散物质）分散相（分散物质）分散状态的物质分散状态的物质 连续相（连续介质）连续相（连续介质）连续状态存在，包围连续状态存在，包
2、围 在在分散物质周围。分散物质周围。例如例如固固体颗粒和气体构成的含尘气体体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和固体颗粒和液体构成的悬浮液液体构成的悬浮液不不互溶液体构成的乳浊液互溶液体构成的乳浊液液体液体颗粒和气体构成的含雾气体颗粒和气体构成的含雾气体化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕 一、非均相物系的分离在工业生产中的应用一、非均相物系的分离在工业生产中的应用 1 1、回收有用的分散相、回收有用的分散相2 2、净化连续相、净化连续相3 3、环境保护和安全生产、环境保护和安全生产 二、非均相物系的分离方法二、非均相物系的分离方法机械分离机械分离 过滤和沉降过滤和沉降化化工工系
3、系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕第二节第二节 过过 滤滤一、过滤的基本概念一、过滤的基本概念1 1、过滤及过滤推动力、过滤及过滤推动力过过滤滤：利利用用能能让让液液体体通通过过而而截截留留固固体体颗颗粒粒的的多多孔孔介介质质（过过滤滤介介质质），使使悬悬浮浮液液中中固液得到分离的单元操作。固液得到分离的单元操作。名词：名词：过滤介质；滤浆；滤渣过滤介质；滤浆；滤渣(饼饼)；滤液；滤液化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。2 2、过滤方式、过滤方式（1 1）饼层过滤）饼层过滤 ：固：固体沉积物在介质表面体
4、沉积物在介质表面堆积、架桥而形成滤堆积、架桥而形成滤饼层。滤饼层是有效饼层。滤饼层是有效过滤层过滤层,截留的固体截留的固体颗粒。颗粒。适用于：处理固体含量较高的混悬液。适用于：处理固体含量较高的混悬液。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕（2 2）深层过滤：过滤介）深层过滤：过滤介质是较厚的粒状介质的质是较厚的粒状介质的床层床层,过滤时悬浮液中过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上的孔道壁面上,而不形而不形成滤饼。成滤饼。适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小或适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小或是粘软的絮状物。是粘软的絮状物。化化工工系系化化工工原原理理教
5、教研研室室丁丁春春燕燕3 3、过滤介质、过滤介质 过滤介质：多孔性介质，过滤介质：多孔性介质，其作用：支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。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：过滤介质应具有下列条件：a a）多多孔孔性性，孔孔道道适适当当的的小小，对对流流体体的的阻阻力力小小，又又 能截住要分离的颗粒。能截住要分离的颗粒。b)b)物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。c)c)足够的机械强度，使用寿命长。足够的机械强度，使用寿命长。d)d)价格便宜。价格便宜。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕过滤介质种类：织物介质、多孔性
6、固体介质、颗粒状过滤介质种类：织物介质、多孔性固体介质、颗粒状介质和微孔滤膜等。介质和微孔滤膜等。织物介质织物介质 滤布滤布(织物、网织物、网)，截留的粒径截留的粒径5 5mm以以上，上，工业应用广泛工业应用广泛多孔固体介质多孔固体介质具有微细孔道的固体具有微细孔道的固体，截留粒径，截留粒径1 13 3mm的微细粒子的微细粒子 颗粒状介质颗粒状介质固体颗粒或纤维等堆积固体颗粒或纤维等堆积，适用于，适用于深层深层过滤过滤 微孔滤膜微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜状多孔介质由高分子材料制成的薄膜状多孔介质 。适用于滤除。适用于滤除0.020.021010mm的混悬微粒。的混悬微粒。化化工工系系化化
7、工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕4 4、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂（1 1）滤饼的压缩性滤饼的压缩性化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕滤饼滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼:可压缩滤饼可压缩滤饼:颗粒有一定的刚性，所颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并不因所受形成的滤饼并不因所受的压力差而变形。的压力差而变形。颗粒比较软，所形成的滤颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作用下变形，饼在压差的作用下变形，使滤饼中的流动通道变小，使滤饼中的流动通道变小，阻力增大。阻力增大。（2 2）助滤剂）助滤剂助滤剂助滤剂具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。
8、加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力加入方法加入方法预涂预涂用助滤剂配成悬浮液，在正式用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，在过滤过滤前用它进行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组成介质上形成一层由助滤剂组成的滤饼。的滤饼。将助滤剂混在滤浆中一起过滤将助滤剂混在滤浆中一起过滤化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕5 5、滤饼的洗涤、滤饼的洗涤 用洗涤液（通常为清水）进行滤饼洗涤，以用洗涤液（通常为清水）进行滤饼洗涤，以回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质。回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质。6 6、过滤速率及影响因素、过滤速率及影响因素过滤速
9、率过滤速率单位时间内得到的滤液体积。单位时间内得到的滤液体积。主要影响因素：过滤面积、悬浮液的性质、操作主要影响因素：过滤面积、悬浮液的性质、操作温度和操作压力。温度和操作压力。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕二、过滤设备二、过滤设备 1 1、过滤设备的生产能力、过滤设备的生产能力 过滤机的生产能力通常用单位时间内所得到的过滤机的生产能力通常用单位时间内所得到的滤液体积来表示，有时也可用单位时间内单位滤液体积来表示，有时也可用单位时间内单位过滤面积上积聚的滤渣量表示。过滤面积上积聚的滤渣量表示。2 2、过滤机的构造和操作、过滤机的构造和操作按按操操作作方方式式可可分分为为间
10、间歇歇过过滤滤机机和和连连续续过过滤滤机机 ；按按过过滤滤推推动动力力产产生生的的方方式式可可分分为为压压滤滤机机、真真空空过滤机和离心过滤机过滤机和离心过滤机 化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕（一）板框过滤机（一）板框过滤机（1 1）结构与工作原理结构与工作原理化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕主要工作部件主要工作部件:滤板（洗涤板滤板（洗涤板和过滤板和过滤板 ）滤框滤框组装组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-11-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1滤布滤布框的两侧框的两侧化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕
11、化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕 过滤：过滤：滤浆由总管入框滤浆由总管入框框内形成滤饼框内形成滤饼滤液穿过饼滤液穿过饼和布和布经每板上旋塞排出经每板上旋塞排出(明流明流)或或从板流出的滤液汇集于某总管排出从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流暗流)洗涤：洗涤：洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板滤布滤布滤饼滤饼滤布滤布非洗非洗涤板涤板排出排出工作原理：工作原理：化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕（2 2）主要优缺点）主要优缺点优优点点：结结构构简简单单，制制造造容容易易，设设备备紧紧凑凑，过过滤滤面面积积大大而而占占地地小小，操操作作压压强强高高，滤滤饼饼含含水
12、水少少，对对各各种物料的适应能力强。种物料的适应能力强。缺点：间歇手工操作，劳动强度大，生产效率低缺点：间歇手工操作，劳动强度大，生产效率低化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕二、转鼓（筒）真空过滤机二、转鼓（筒）真空过滤机 （1 1）结构与工作原理结构与工作原理化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕工作过程工作过程 当浸入滤浆中时，对应滤布当浸入滤浆中时，对应滤布对应管对应管转动转动盘孔盘孔凹槽凹槽2 2 滤液真空管滤液真空管 滤液通道滤液通道过滤过滤当位于水喷头下，对应滤饼、滤布当位于水喷头下，对应滤饼、滤布
13、对应管对应管转动盘孔转动盘孔凹槽凹槽1 1 洗水真空管洗水真空管 洗水洗水通道通道洗涤洗涤吹气管吹气管凹槽凹槽33转动盘孔转动盘孔 对应管对应管滤布滤布滤饼滤饼 压缩空气通道压缩空气通道吹松吹松 遇到刮刀遇到刮刀 卸渣卸渣化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕（2 2）主要优缺点：）主要优缺点：优优点点：能能连连续续自自动动操操作作，省省人人力力，生生产产能能力力 大，适用于处理易含过滤颗粒的浓悬浮液。大，适用于处理易含过滤颗粒的浓悬浮液。缺缺点点：附附属属设设备备较较多多，投投资资费费用用高高，过过滤滤面面积积不不大大。过过滤滤推推动动力力有有限限，不不易易过过滤滤高高温温的的
14、悬悬浮浮液。液。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕第三节第三节 沉沉 降降化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕在外力作用下使颗粒相对于流体在外力作用下使颗粒相对于流体运动而实现分离的过程。运动而实现分离的过程。沉降：沉降：重力沉降：重力沉降：沉降操作的外力是重力。沉降操作的外力是重力。离心沉降：离心沉降：沉降操作的外力是惯性离心力。沉降操作的外力是惯性离心力。适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。均相物系。适用于分离较大的固体颗粒。适用于分离较大的固体颗粒。一、重力沉降重力沉降 1 1自由沉降和沉降速度自由沉
15、降和沉降速度 (1)(1)球形颗粒的自由沉降速度球形颗粒的自由沉降速度 自由沉降：颗粒不受其他颗粒的干扰及器壁的自由沉降：颗粒不受其他颗粒的干扰及器壁的影响，在静止的流体中的沉降过程。影响，在静止的流体中的沉降过程。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕在自由沉降沉降过程中，在自由沉降沉降过程中，颗粒受到三个力的作用：颗粒受到三个力的作用：重力重力F Fg g 、浮力浮力F Fb b 阻力阻力F Fd d 重力重力F Fg g、浮力浮力F Fb b和阻力和阻力F Fd d分别为分别为:化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕重力重力、浮力的大小一定；浮力的大小一定；u
16、 u，阻力阻力 ，加速度，加速度 重力、浮力、阻力三者达到平衡，加速度为零重力、浮力、阻力三者达到平衡，加速度为零化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕此时颗粒做匀速沉降，其速度也是最大沉降速度此时颗粒做匀速沉降，其速度也是最大沉降速度 沉降速度沉降速度ut:为为阻力系数一般由实验测定阻力系数一般由实验测定 ：化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕层流区层流区 ：过渡区：过渡区：湍流区：湍流区：阻力系数与阻力系数与Ret 关系图关系图化化工工系系化化工工原原理理丁丁春春燕燕整理可得整理可得各区域的沉降速度公式为：各区域的沉降速度公式为：层流区层流区 ：过渡区：过渡区
17、：湍流区：湍流区：化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕（2）非球形颗粒的自由沉降速度）非球形颗粒的自由沉降速度 颗粒在沉降方向的投影面积颗粒在沉降方向的投影面积A A越大，沉降阻力越大，沉降阻力越大，沉降速度越慢。越大，沉降速度越慢。球形或近球形颗粒的沉降速度大于同体积非球球形或近球形颗粒的沉降速度大于同体积非球形颗粒的沉降速度。形颗粒的沉降速度。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕2 2重力沉降设备及其生产能力重力沉降设备及其生产能力(1)(1)降尘室降尘室 化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕降尘室降尘室结构：结构：工作原理：工作原理：气体入
18、室气体入室减速减速颗粒沉降的同时并随气体运动颗粒沉降的同时并随气体运动颗粒沉降运动时间颗粒沉降运动时间 气体停留时间气体停留时间分离分离化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕 降尘室的生产能力：降尘室单位时间所处理的降尘室的生产能力：降尘室单位时间所处理的含尘气体的体积流量。符号：含尘气体的体积流量。符号：qv。颗粒在降尘室的停留时间：颗粒在降尘室的停留时间：颗粒沉降到室底所需的时间：颗粒沉降到室底所需的时间：为了满足除尘要求：为了满足除尘要求：化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕降尘室使颗粒沉降的条件降尘室使颗粒沉降的条件降尘室的生产能力降尘室的生产能力降尘室的
19、生产能力只与降尘室的沉降面积降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BLBL和和颗粒的沉降速度颗粒的沉降速度u ut t有关，而与降尘室的高度无关有关，而与降尘室的高度无关 化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕（2 2）沉降槽）沉降槽 处处理理悬悬浮浮液液的的重重力力沉沉降降设设备备，称称为为沉沉降降器器或或增增浓器。浓器。沉降器可分间歇式、半连续式和连续式三种。沉降器可分间歇式、半连续式和连续式三种。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕沉降槽有澄清液体和增稠悬浮液的双重作用沉降槽有澄清液体和增稠悬浮液的双重作用功能，与降尘室类似，沉降槽的生产能力与功能，与降尘室类
20、似，沉降槽的生产能力与高度无关，只与底面积及颗粒的沉降速度有高度无关，只与底面积及颗粒的沉降速度有关，故沉降槽一般均制造成大截面、低高度。关，故沉降槽一般均制造成大截面、低高度。二、离心沉降二、离心沉降 1 1、离心沉降速度和离心分离因数、离心沉降速度和离心分离因数 （1 1）离心沉降速度）离心沉降速度 颗粒做圆周运动，其离心力和向心力相等，颗粒做圆周运动，其离心力和向心力相等，即即FcFcFbFbmmVV2 2r r。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕其受力为离心力其受力为离心力F Fc c、向心力向心力F Fb b和和阻力阻力F Fd d ，其值分别为：其值分别为：当三个
21、力达到平衡时：当三个力达到平衡时：F Fc c-F Fb b-F Fd d=0=0 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u ur r便便是是此此位置上的离心沉降速度。位置上的离心沉降速度。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕若颗粒处于层流区，则阻力系数若颗粒处于层流区，则阻力系数(2)(2)离心分离因数离心分离因数 离心分离因数离心分离因数:离心加速度和重力加速度之比离心加速度和重力加速度之比称，即惯性离心力和重力之比。称，即惯性离心力和重力之比。分离因数分离因数越高，其离心分离效率越高。越高，其离心分离效率越高。化化工工系系化化工工原原理理教教研研
22、室室丁丁春春燕燕例例如如；当当旋旋转转半半径径R R=0.4m=0.4m，切切向向速速度度u ur r=20m/s=20m/s时，求分离因数。时，求分离因数。2 2旋风分离器旋风分离器旋风分离器的构造和操作原理旋风分离器的构造和操作原理 化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕 含尘气体以较高的线速度切向进入器内，在外筒含尘气体以较高的线速度切向进入器内，在外筒与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达锥底后以相同旋向折转向上形成内螺旋流场直至锥底后以相同旋向折转向上形成内螺旋流场直至达到上部排气管流出。颗粒在内、外旋转流场中达到上部排气管
23、流出。颗粒在内、外旋转流场中均会受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用均会受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。气体因此而得到下沿壁面下落到排灰口被排出。气体因此而得到净化。净化。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春 旋风分离器构造简单紧凑、无运动件，操作不旋风分离器构造简单紧凑、无运动件，操作不受温度、压强的限制，价格低廉、性能稳定，受温度、压强的限制，价格低廉、性能稳定，分离因数约为分离因数约为5 525002500，分离效率较高，一般，分离效率较高，一般可分离气体中可分离气体中5 57575mm直径的粒子。直径的粒子。化化工工系系化化工工原原理理教
24、教研研室室丁丁春春燕燕3 3、旋液分离器、旋液分离器三、其他气体净制设备三、其他气体净制设备1.过滤净制过滤净制2.湿法净制湿法净制 文丘里洗涤器文丘里洗涤器湍球塔湍球塔泡沫塔泡沫塔3.电除尘器电除尘器化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕第四节第四节 离离 心心 分分 离离一、离心分离的概念一、离心分离的概念 离心分离：利用离心力分离液态非均相系中两离心分离：利用离心力分离液态非均相系中两种密度不同的物质的操作。种密度不同的物质的操作。离心机：离心机：用于离心分离的设备。用于离心分离的设备。离心机中的离心力场是由离心机的转鼓高速离心机中的离心力场是由离心机的转鼓高速旋转带动液体
25、旋转产生的。旋转带动液体旋转产生的。旋风分离器或旋液分离器中的离心力场是靠旋风分离器或旋液分离器中的离心力场是靠高速流体自身旋转产生的。高速流体自身旋转产生的。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕 离心机按设备结构和分离工艺过程可分为沉降式离心机按设备结构和分离工艺过程可分为沉降式和过滤式两种类型和过滤式两种类型 化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕（1 1）离心过滤式离心机）离心过滤式离心机转鼓上有小孔，并衬以金属网和滤布转鼓上有小孔，并衬以金属网和滤布,混悬液混悬液在转鼓带动下高速旋转在转鼓带动下高速旋转,液体和其中悬浮颗粒液体和其中悬浮颗粒在离心力作用下快
26、速甩向转鼓而使转鼓两侧产在离心力作用下快速甩向转鼓而使转鼓两侧产生压力差生压力差,在此压力差作用下在此压力差作用下,液体穿过滤布排液体穿过滤布排出转鼓出转鼓,而混悬颗粒被滤布截留形成滤饼。而混悬颗粒被滤布截留形成滤饼。（2 2）离心沉降式离心机）离心沉降式离心机 转鼓上无孔，混悬液或乳浊液被转鼓带动高速转鼓上无孔，混悬液或乳浊液被转鼓带动高速旋转时旋转时,密度较大的物相向转鼓内壁沉降密度较大的物相向转鼓内壁沉降,密度密度较小的物相趋向旋转中心而使两相分离。较小的物相趋向旋转中心而使两相分离。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕常速（常速（k kC C 30003000）高速（高
27、速（30003000K KC C 5000050000 50000）根据离心分离因数的大小，离心机分为以下三类：根据离心分离因数的大小，离心机分为以下三类：1 1三足式离心机三足式离心机三三足足式式离离心心机机是是一一台台间间歇歇操操作作、人人工工卸卸料料的的立立式式离心机。离心机。在在这这种种离离心心机机中中为为了了减减轻轻转转鼓鼓的的摆摆动动和和便便于于拆拆卸卸，将将转转鼓鼓、外外壳壳、和和联联动动装装置置都都固固定定在在机机座座上上，机机座座则则借借拉拉杆杆挂挂在在三三个个支支柱柱上上，所所以以称称为为三三足足式离心机。式离心机。其缺点：卸料时劳动强度大，生产能力低。其缺点：卸料时劳动强
28、度大，生产能力低。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕二、二、离心机离心机2 2卧式刮刀离心机卧式刮刀离心机卧卧式式刮刮刀刀卸卸料料离离心心机机是是连连续续操操作作的的过过滤滤式式离离心心机机，在在转转鼓鼓全全速速运运动动中中自自动动地地依依次次进进行行加加料料、分分离离、洗洗涤涤、甩甩干干、卸卸料料洗洗网网等等操操作作。每每一一工工序序的的操操作作时间可按预定要求实行自动控制。时间可按预定要求实行自动控制。优优点点：可可在在全全速速下下自自动动控控制制各各工工序序的的操操作作，适适应应性性好好，使使用用可可靠靠，操操作作周周期期可可长长可可短短；能能过过滤滤和和沉沉降降某某些些不不易易分分离离的的悬悬浮浮液液；生生产产能能力力大大而而费费人人工工较少；结构比较简单，制造维修方便。较少；结构比较简单，制造维修方便。缺缺点点：由由于于用用刮刮刀刀卸卸料料,使使颗颗粒粒破破碎碎严严重重,对对于于必必须须保持晶粒完整的物料不宜采用。保持晶粒完整的物料不宜采用。化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕3.3.活塞式往复卸料离心机活塞式往复卸料离心机4.4.管式高速离心机管式高速离心机5.5.碟片式高速离心机碟片式高速离心机化化工工系系化化工工原原理理教教研研室室丁丁春春燕燕