流量的测量与调节课件.ppt
第四章 非均相物系的分离,第一节 概述,混合物,均相混合物（均相物系）,非均相混合物（非均相物系）,物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。,物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。,化工系化工原理教研室丁春燕,分散相（分散物质）分散状态的物质,连续相（连续介质）连续状态存在，包围 在分散物质周围。,例如,固体颗粒和气体构成的含尘气体,固体颗粒和液体构成的悬浮液,不互溶液体构成的乳浊液,液体颗粒和气体构成的含雾气体,化工系化工原理教研室丁春燕,一、非均相物系的分离在工业生产中的应用,1、回收有用的分散相2、净化连续相3、环境保护和安全生产,二、非均相物系的分离方法机械分离 过滤和沉降,化工系化工原理教研室丁春燕,第二节 过 滤,一、过滤的基本概念1、过滤及过滤推动力,过滤：利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到分离的单元操作。,名词：过滤介质；滤浆；滤渣(饼)；滤液,化工系化工原理教研室丁春燕,过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。,2、过滤方式（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。,化工系化工原理教研室丁春燕,（2）深层过滤：过滤介质是较厚的粒状介质的床层,过滤时悬浮液中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。,化工系化工原理教研室丁春燕,3、过滤介质,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。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。c)足够的机械强度，使用寿命长。d)价格便宜。,化工系化工原理教研室丁春燕,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。织物介质 滤布(织物、网)，截留的粒径5m以上，工业应用广泛多孔固体介质具有微细孔道的固体，截留粒径13m的微细粒子 颗粒状介质固体颗粒或纤维等堆积，适用于深层过滤 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0.0210m的混悬微粒。,化工系化工原理教研室丁春燕,4、滤饼的压缩性和助滤剂,（1）滤饼的压缩性,化工系化工原理教研室丁春燕,滤饼,不可压缩滤饼:,可压缩滤饼:,颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并不因所受的压力差而变形。,颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作用下变形，使滤饼中的流动通道变小，阻力增大。,（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,加入方法,预涂,用助滤剂配成悬浮液，在正式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的滤饼。,将助滤剂混在滤浆中一起过滤,化工系化工原理教研室丁春燕,5、滤饼的洗涤,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。,6、过滤速率及影响因素过滤速率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、操作温度和操作压力。,化工系化工原理教研室丁春燕,二、过滤设备,1、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。2、过滤机的构造和操作按操作方式可分为间歇过滤机和连续过滤机；按过滤推动力产生的方式可分为压滤机、真空过滤机和离心过滤机,化工系化工原理教研室丁春燕,（一）板框过滤机,（1）结构与工作原理,化工系化工原理教研室丁春燕,主要工作部件:,滤板（洗涤板和过滤板）滤框,组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1,滤布框的两侧,化工系化工原理教研室丁春燕,化工系化工原理教研室丁春燕,过滤：滤浆由总管入框框内形成滤饼滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)或从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)洗涤：洗涤液由总管入板滤布滤饼滤布非洗涤板排出,工作原理：,化工系化工原理教研室丁春燕,（2）主要优缺点,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,化工系化工原理教研室丁春燕,二、转鼓（筒）真空过滤机,（1）结构与工作原理,化工系化工原理教研室丁春燕,化工系化工原理教研室丁春燕,工作过程,当浸入滤浆中时，对应滤布对应管转动盘孔凹槽2 滤液真空管 滤液通道过滤当位于水喷头下，对应滤饼、滤布对应管转动盘孔凹槽1 洗水真空管 洗水通道洗涤吹气管凹槽3转动盘孔 对应管滤布滤饼 压缩空气通道吹松 遇到刮刀 卸渣,化工系化工原理教研室丁春燕,（2）主要优缺点：,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。,化工系化工原理教研室丁春燕,第三节 沉 降,化工系化工原理教研室丁春燕,在外力作用下使颗粒相对于流体运动而实现分离的过程。,沉降：,重力沉降：,沉降操作的外力是重力。,离心沉降：,沉降操作的外力是惯性离心力。,适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。,适用于分离较大的固体颗粒。,一、重力沉降,1自由沉降和沉降速度(1)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影响，在静止的流体中的沉降过程。,化工系化工原理教研室丁春燕,在自由沉降沉降过程中，颗粒受到三个力的作用：,重力Fg、浮力Fb 阻力Fd,重力Fg、浮力Fb和阻力Fd分别为:,化工系化工原理教研室丁春燕,重力、浮力的大小一定；u，阻力，加速度,重力、浮力、阻力三者达到平衡，加速度为零,化工系化工原理教研室丁春燕,此时颗粒做匀速沉降，其速度也是最大沉降速度,沉降速度ut:为,阻力系数一般由实验测定：,化工系化工原理教研室丁春燕,层流区：,过渡区：,湍流区：,阻力系数与Ret 关系图,化工系化工原理丁春燕,整理可得各区域的沉降速度公式为：,层流区：,过渡区：,湍流区：,化工系化工原理教研室丁春燕,（2）非球形颗粒的自由沉降速度,颗粒在沉降方向的投影面积A越大，沉降阻力越大，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形颗粒的沉降速度。,化工系化工原理教研室丁春燕,2重力沉降设备及其生产能力,(1)降尘室,化工系化工原理教研室丁春燕,降尘室结构：,工作原理：,气体入室减速,颗粒沉降的同时并随气体运动,颗粒沉降运动时间气体停留时间分离,化工系化工原理教研室丁春燕,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：qv。,颗粒在降尘室的停留时间：,颗粒沉降到室底所需的时间：,为了满足除尘要求：,化工系化工原理教研室丁春燕,降尘室使颗粒沉降的条件,降尘室的生产能力,降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BL和颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关,化工系化工原理教研室丁春燕,（2）沉降槽,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。,化工系化工原理教研室丁春燕,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。,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 颗粒做圆周运动，其离心力和向心力相等，即FcFbmV2r。,化工系化工原理教研室丁春燕,其受力为离心力Fc、向心力Fb和阻力Fd，其值分别为：,当三个力达到平衡时：Fc-Fb-Fd=0 颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是此位置上的离心沉降速度。,化工系化工原理教研室丁春燕,若颗粒处于层流区，则阻力系数,(2)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称，即惯性离心力和重力之比。,分离因数越高，其离心分离效率越高。,化工系化工原理教研室丁春燕,例如；当旋转半径R=0.4m，切向速度ur=20m/s时，求分离因数。,2旋风分离器,旋风分离器的构造和操作原理,化工系化工原理教研室丁春燕,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。气体因此而得到净化。,化工系化工原理教研室丁春,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，分离因数约为52500，分离效率较高，一般可分离气体中575m直径的粒子。,化工系化工原理教研室丁春燕,3、旋液分离器,三、其他气体净制设备1.过滤净制2.湿法净制 文丘里洗涤器湍球塔泡沫塔3.电除尘器,化工系化工原理教研室丁春燕,第四节 离 心 分 离,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种密度不同的物质的操作。,离心机：,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高速流体自身旋转产生的。,化工系化工原理教研室丁春燕,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,化工系化工原理教研室丁春燕,（1）离心过滤式离心机转鼓上有小孔，并衬以金属网和滤布,混悬液在转鼓带动下高速旋转,液体和其中悬浮颗粒在离心力作用下快速甩向转鼓而使转鼓两侧产生压力差,在此压力差作用下,液体穿过滤布排出转鼓,而混悬颗粒被滤布截留形成滤饼。,（2）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旋转时,密度较大的物相向转鼓内壁沉降,密度较小的物相趋向旋转中心而使两相分离。,化工系化工原理教研室丁春燕,常速（kC 50000）,根据离心分离因数的大小，离心机分为以下三类：,1三足式离心机三足式离心机是一台间歇操作、人工卸料的立式离心机。在这种离心机中为了减轻转鼓的摆动和便于拆卸，将转鼓、外壳、和联动装置都固定在机座上，机座则借拉杆挂在三个支柱上，所以称为三足式离心机。其缺点：卸料时劳动强度大，生产能力低。,化工系化工原理教研室丁春燕,二、离心机,2卧式刮刀离心机卧式刮刀卸料离心机是连续操作的过滤式离心机，在转鼓全速运动中自动地依次进行加料、分离、洗涤、甩干、卸料洗网等操作。每一工序的操作时间可按预定要求实行自动控制。优点：可在全速下自动控制各工序的操作，适应性好，使用可靠，操作周期可长可短；能过滤和沉降某些不易分离的悬浮液；生产能力大而费人工较少；结构比较简单，制造维修方便。缺点：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。,化工系化工原理教研室丁春燕,3.活塞式往复卸料离心机4.管式高速离心机5.碟片式高速离心机,化工系化工原理教研室丁春燕,
