第三章非均相物系的分離

第一節(jié)沉降

第二節(jié)過濾

第三節(jié)離心分離第三章非均相物系的分離【知識目標】1.掌握重力沉降與離心沉降的基本公式；降塵室、連續(xù)沉降槽的結構；過濾操作的基本概念和所用設備的基本結構；2.了解降塵室生產(chǎn)能力的計算；影響過濾操作的主要因素；離心分離和旋風分離器的結構及工作原理；3.了解其它分離設備的構造與操作特點。【能力目標】1.掌握能夠運用非均相混合物分離的基本原理，進行沉降和過濾過程的有關計算；

2.熟練應用所學的理論知識，解決實際生產(chǎn)操作問題。

混合物均相混合物（均相物系）非均相混合物（非均相物系）物系內部不存在相界面且各處物料性質均勻一致物系內有相界面存在且相界面兩側物料是截然不同的分散相（分散物質）→分散狀態(tài)的物質連續(xù)相（連續(xù)介質）→連續(xù)狀態(tài)存在，包圍在分散物質周圍。第三章非均相物系的分離非均相物系的分離在工業(yè)生產(chǎn)中的應用

1、收集分散物質2、凈化分散介質3、環(huán)境保護第三章非均相物系的分離一、重力沉降第一節(jié)沉降

二、離心沉降

三、沉降設備沉降依靠外力（重力、離心力、慣性力）作用，利用分散相與連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離。一、重力沉降沉降球形顆粒的自由沉降速度自由沉降：顆粒不受其他顆粒的干擾及器壁的影響，在靜止的流體中的沉降過程。一、重力沉降粒子在重力作用下，沿重力方向的沉積運動的過程。

重力沉降在自由沉降過程中，顆粒受到三個力的作用：一、重力沉降重力、浮力的大小一定；u，阻力，加速度重力、浮力、阻力三者達到平衡，加速度為零一、重力沉降此時顆粒做勻速沉降，其速度也是最大沉降速度一、重力沉降沉降速度ut:阻力系數(shù)一般由實驗測定：

層流區(qū)：過渡區(qū)：

湍流區(qū)：

一、重力沉降一、重力沉降沉降速度ut：

層流區(qū)：過渡區(qū)：

湍流區(qū)：

一、重力沉降第一節(jié)沉降

二、離心沉降

三、沉降設備離心沉降速度和離心分離因數(shù)

二、離心沉降（1）離心沉降速度顆粒做圓周運動，其離心力和向心力相等即Fc＝Fb＝mα＝Vρω2r其受力為離心力Fc、向心力Fb和阻力Fd，其值分別為：

二、離心沉降當三個力達到平衡時：Fc-

Fb-

Fd=0顆粒在徑向上相對于流體的運動速度ur便是此位置上的離心沉降速度。若顆粒處于層流區(qū)，則阻力系數(shù)二、離心沉降(2)離心分離因數(shù)

離心分離因數(shù):離心加速度和重力加速度之比稱，即慣性離心力和重力之比。分離因數(shù)越高，其離心分離效率越高。二、離心沉降一、重力沉降第一節(jié)沉降

二、離心沉降

三、沉降設備利用重力沉降從氣流中分離出塵粒的設備稱為降塵室。最常見的降塵室結構如圖(a)所示。

降塵室示意圖1.降塵室

（一）重力沉降設備

三、沉降設備

含塵氣體進入降塵室后，因流道截面積擴大使速度減慢。顆粒在降塵室中的運動情況示于圖(b)中。降塵室示意圖1.降塵室

（一）重力沉降設備

三、沉降設備三、沉降設備氣體入室減速顆粒沉降的同時并隨氣體運動顆粒沉降運動時間<氣體停留時間分離顆粒在降塵室的停留時間：顆粒沉降到室底所需的時間：為了滿足除塵要求：——降塵室的生產(chǎn)能力降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面積BL和顆粒的沉降速度ut有關，而與降塵室的高度無關

降塵室的生產(chǎn)能力：降塵室單位時間所處理的含塵氣體的體積流量。符號：三、沉降設備1.隔板2、6.調節(jié)閘閥3.氣體分配道4.氣體集聚道5.氣道7.清灰口多層沉降室示意圖三、沉降設備當ut一定時，理論上降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的寬度b和長度有關，而與其高度h無關。因此，降塵室應設計成扁平形，或在室內均勻設置多層水平隔板，構成多層降塵室。三、沉降設備1.槽；2.耙；3.懸浮液送液泵4.管；5.泵；6.溢流槽連續(xù)沉降槽示意圖2.沉降槽（一）重力沉降設備三、沉降設備2.沉降槽（一）重力沉降設備三、沉降設備沉降槽也稱為沉降器或增濃器，是利用微粒重力的差別使液體中的固體微粒沉降的設備。沉降槽有間歇操作和連續(xù)操作。間歇沉降槽通常是一個圓形、方形或矩形的敞口容器。懸浮液加入器內后，在靜止狀態(tài)下沉降。沉降結束后，排出清液和由底口排出稠厚的沉渣。隨后重新將懸浮液加入沉降器內，進行沉降操作。2.沉降槽（一）重力沉降設備三、沉降設備連續(xù)沉降槽是一個底部略具有圓錐形的大直徑淺槽。需處理的料漿自中央進料口緩慢送入液面以下0.3～0.1m處，以減少進料對槽內沉聚過程的擾動。料液進槽后，清液上浮，經(jīng)由槽頂部四周的溢流堰連續(xù)溢出，稱為溢流；顆粒下沉，槽底有緩慢轉動的靶將沉渣聚攏到底部排渣口連續(xù)排出，排出的稠漿稱為底流。（二）離心沉降設備1.旋風分離器：利用慣性離心力分離氣-固相混合物的最常用設備。h=D/2；B=D/4；D1=D/2；D2=D/4；H1=H2=2D；S=D/8旋風分離器結構示意圖三、沉降設備（二）離心沉降設備三、沉降設備旋風分離器的工作原理：含塵氣體從側面的矩形進風口切向引入，在分離器內作以上向下，再由下向上的螺旋運動，然后從中心管引出。在上、下螺旋運動過程中，塵粒與氣體發(fā)生相對運動被甩向器壁后順壁石掉落至灰斗，這樣塵粒得以與氣體分離。由于操作時旋風分離器底部處于密封狀態(tài)，所以，被凈化的氣體到達底部后折向上，沿中心軸旋轉著從頂部的中央排氣管排出。（二）離心沉降設備三、沉降設備旋風分離器構造結構簡單緊湊；沒有運動部件；而且分離效率較高，分離因數(shù)約為5～2500，一般可分離5～75μm的非纖維、非黏性干燥粉塵；操作不受溫度、壓強的限制，但是對5μm以下的細微顆粒分離效率較低；價格低廉、性能穩(wěn)定，可滿足中等粉塵捕集要求，故廣泛應用于制藥化工及多種工業(yè)部門。

2.旋液分離器：旋液分離器結構示意圖

（二）離心沉降設備三、沉降設備

2.旋液分離器：（二）離心沉降設備三、沉降設備又稱水力旋流器，是一種利用離心力從液流中分離出固體顆粒的分離設備，旋液分離器的主體由圓筒和圓錐兩部分構成。懸浮液經(jīng)入口管切向進入圓筒，形成螺旋狀向下運動的旋流，固體顆粒受慣性離心力作用被甩向器壁，并隨旋流降至錐底的出口，由底部排出的增濃液稱為底流，清液或含有微細顆粒的液體則為上升的內旋流，從頂部的中心管排出，稱為頂流。

2.旋液分離器：（二）離心沉降設備三、沉降設備旋液分離器結構簡單，設備費用低，占地面積小，處理能力大，可用于懸浮液的增濃，分級操作，也可用于不互溶液體的分離、氣液分離、傳熱、傳質和霧化等操作中，在化工、制藥、石油、冶金、環(huán)保等工業(yè)部門廣泛被采用，但進料泵的動能消耗大，內壁磨損大，進料流量和濃度的變化很容易影響分離性能。一、過濾基本概念第二節(jié)過濾

二、過濾設備1.過濾原理

過濾操作是利用具有眾多毛細孔的物體作為介質，在介質兩側壓差的推動下，使懸浮液中的液體通過介質的毛細孔，而將其中的固體微粒截留，從而達到固、液兩相分離之目的。一、過濾基本概念

過濾操作示意圖2.過濾推動力和阻力

過濾推動力可以是重力、壓強差或慣性離心力，工業(yè)上應用最多的是濾餅與過濾介質兩側的壓強差。(1)推動力一、過濾基本概念

(2)阻力過濾阻力為過濾阻力與濾餅介質阻力之和。過濾剛開始時，只有過濾介質阻力，隨著過濾的進行，濾餅厚度不斷增加，過濾阻力逐漸加大。所以在一般情況下，過濾阻力主要決定于濾餅阻力。3.過濾方式工業(yè)上過濾分為兩種：餅層過濾和深層（或深床）過濾。（a）濾餅過濾（b）架橋現(xiàn)象餅層過濾示意圖深層過濾示意圖一、過濾基本概念

3.過濾方式一、過濾基本概念

（1）餅層過濾：懸浮液中顆粒的大小往往很不一致，在過濾操作的開始階段，會有部分比過濾介質孔道小的顆粒進入介質孔道內，穿過孔道而不被截留，使濾液仍然是混濁的。由于濾餅中的孔道通常要比過濾介質的孔道要小，在濾餅形成之后，比過濾介質孔道小的顆粒也能被截留。濾餅成為對其后的顆粒起主要截留作用的介質，穿過濾餅的液體則變?yōu)槌吻宓囊后w。3.過濾方式一、過濾基本概念

（2）深層過濾：當懸浮液中顆粒尺寸比過濾介質孔道的尺寸小得多，顆粒就進入彎曲細長的介質孔道，被截留或吸附在介質孔道中，形成深層過濾。深層過濾時并不在介質上形成濾餅，固體顆粒沉積于過濾介質的內部。隨著過濾的進行，過濾介質的孔道會因截留顆粒的增多逐漸變窄和減少，所以過濾介質必須定期更換或清洗再生。4、過濾介質

過濾介質：多孔性介質作用：支撐濾餅或截留顆粒，使濾液通過。一、過濾基本概念

工業(yè)常用過濾介質主要有：(1)織物介質由天然纖維（棉、毛、絲、麻等）或合成纖維、金屬絲等編織而成的篩網(wǎng)、濾布，一般可截留粒徑5μm以上的固體微粒。織物介質在工業(yè)上應用廣泛。

(2)多孔性固體介質由陶瓷、金屬或玻璃的燒結物、塑料細粉黏結而成的多孔性塑料管，稱為濾板或濾器。一般可截留粒徑1～3μm的微細粒子。4、過濾介質

一、過濾基本概念

(3)粒狀介質由砂石、木炭、石棉等各種固體顆粒或非編織纖維(玻璃棉等)堆積而成，適用于深層過濾，常用于過濾含固體顆粒較少的懸浮液，如制劑用水的預處理。

(4)微孔濾膜由高分子材料制成的薄膜狀多孔介質，適用于精濾，可截留粒徑O.01μm以上的微粒，尤其適用于濾除O.02～10μm的混懸微粒。一、過濾基本概念

5、濾餅的壓縮性和助濾劑

(1)濾餅的壓縮性：濾餅是由被截留下來的顆粒堆積而成的固定濾渣，可以分成不可壓縮的和可壓縮的兩種。(2)助濾劑：有一定剛性的顆粒或纖維狀的固體。加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動阻力。一、過濾基本概念第二節(jié)過濾

二、過濾設備（一）板框壓濾機板框壓濾機是廣泛應用的一種間歇式操作的加壓過濾設備。二、過濾設備

1.固定頭；2.濾板；3.濾框；4.濾布；5.壓緊裝置板框壓濾機示意圖（一）板框壓濾機二、過濾設備

板框壓濾機是由若干塊交替排列的濾板、濾框和洗滌板組成共同被支承在兩側的橫梁上，并用壓緊裝置壓緊和拉開。濾板和濾框是板框壓濾機的主要工作部件，濾板和濾框的個數(shù)在機座長度范圍內可自行調節(jié)，一般為10～60塊不等，過濾面積為2～80m2。濾板和濾框示意圖二、過濾設備

（一）板框壓濾機二、過濾設備

（一）板框壓濾機在板和框的上角端均開有圓孔，在疊合、壓緊后即構成供濾漿、濾液和洗滌液流動的通道。濾框兩側覆以濾布，框架和濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間。濾板為支撐濾布而做成實板，濾板上刻有凹槽是為形成濾液的流出通道。通常，過濾板為一鈕，濾框為二鈕，洗滌板為三鈕。組合時即按鈕數(shù)1-2-3-2-1-2-3-2-1……的順序排列板和框。二、過濾設備

（一）板框壓濾機板框壓濾機優(yōu)點是結構簡單，制造容易，設備緊湊，過濾面積大而占地小，操作壓強高，濾餅含水少，對各種物料的適應能力強。缺點是間歇手工操作，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。目前各種自動操作的板框壓濾機的出現(xiàn)，改善了板框壓濾機的工作條件和勞動強度。

（二）轉鼓（筒）真空過濾機轉鼓真空過濾機為連續(xù)式真空過濾設備。轉鼓真空過濾機示意圖二、過濾設備（二）轉鼓（筒）真空過濾機二、過濾設備轉鼓真空過濾機的主機由濾漿槽、籃式轉鼓、分配頭、刮刀等部件構成。籃式轉鼓是一個轉軸呈水平放置的圓筒，圓筒一周為金屬網(wǎng)上覆以濾布構成的過濾面，轉鼓在旋轉過程中，過濾面可依次浸入濾漿中。轉鼓內沿徑向分隔成若干獨立的扇形格，每格都有單獨的孔道通至分配頭上。分配頭的作用使這些孔道依次與真空管及壓縮空氣管相通，因而，轉鼓每旋轉一周，每個扇形格可依次完成過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等操作。

轉鼓真空過濾機操作及分配頭的結構，分配頭由緊密貼合的轉動盤和固定盤構成。1.濾餅；2.刮刀；3.轉鼓；4.轉動盤；5.濾漿槽；6.固定盤；7.濾液出口凹槽；8.洗滌水出口凹槽；9.壓縮空氣出口凹槽轉鼓真空過濾機操作及分配頭的結構示意圖（二）轉鼓（筒）真空過濾機二、過濾設備（二）轉鼓（筒）真空過濾機二、過濾設備轉鼓真空過濾機優(yōu)點是能連續(xù)自動操作，省人力，生產(chǎn)能力大，適用于處理易含過濾顆粒的濃懸浮液。對于難過濾的細、粘物料，采用助濾劑預涂的方式也比較方便。缺點是附屬設備較多，投資費用高，過濾面積不大，濾餅含液量高(常達30％)。由于是真空操作，料漿溫度不能過高。一、離心分離的概念第三節(jié)離心分離

二、離心分離設備

離心分離是在離心力的作用下分離液態(tài)非均相物系(懸浮液、乳濁液)中兩種密度不同物質的操作。利用設備(轉鼓)本身旋轉產(chǎn)生的離心力來分離液態(tài)非均相物系的設備為離心機。離心機分為三種基本類型一、離心分離的概念1.離心過濾式離心機

2.離心沉降式離心機

3.離心分離機

一、離心分離的概念第三節(jié)離心分離

二、離心分離設備1.底盤；2.支柱；3.緩沖彈簧；4.拉桿；5.鼓壁；6.轉鼓底；7.攔液板；8.機蓋；9.主軸；10.軸承座；11.制動手柄；12.外殼；13.電動機；14.制動輪；15.濾液出口三足式離心機示意圖（一）三足式離心機

三足式離心機是一種常用間歇操作、人工卸料的立式離心機。二、離心分離設備（一）三足式離心機

二、離心分離設備操作時，先將料液加入轉鼓內，然后啟動，濾液穿過濾布和轉鼓于機座下部排出，濾渣沉積于轉鼓內壁，