单元三非均相混合物的分离

单元三非均相混合物的分离 主讲人:吕利霞

均相混合物 1、混合物非均相混合物:有两种相态 (有明显的相界面,性质不均匀) 气-固物系:含尘气体; 2、非均相混合物液-液物系:乳浊液; 液-固物系:悬浮液; 连续相（分散介质）、分散相（分散物质）内蒙古化工职业学院

3、分离目的 （1）回收有用物质（2）净化物料（3）环境保护 4、分离方法沉降机械法过滤内蒙古化工职业学院

第一节沉降 重力沉降沉降离心沉降一、重力沉降 1、球形颗粒的自由沉降（1）自由沉降：不受其它颗粒和器壁的影响。（2）自由沉降速度内蒙古化工职业学院

阻力Fd 浮力Fb 重力Fg 经过受力分析：根据牛顿第二定律：内蒙古化工职业学院

颗粒的沉降过程分为两个阶段 • 加速阶段：u=0,Fd=0,a=amax u↑，fd↑，a↓ • 等速阶段：u=ut时，Fd=Fg-Fb，a=0 内蒙古化工职业学院

2、阻力系数: 实验测得: (1)层流区(10-4<Ret≤2) (2)过渡区(2<Ret≤103) (3)湍流区(103<Ret≤2×105) 3、沉降速度的计算 (1)层流区：斯托克斯公式内蒙古化工职业学院

（2）过渡区 （3）湍流区注：计算时先假设沉降所在区域，后利用公式进行计算，最后再进行判断假设是否成立，如成立计算结果有效；如不成立，则重新进行假设重新计算，直到判断成立。内蒙古化工职业学院

4、实际重力沉降速度 （1）颗粒形状当量直径：球形度: （2）干扰沉降（3）绝对速度内蒙古化工职业学院

二、离心沉降 1、离心沉降：利用离心力的作用使固体颗粒迅速沉降的操作。 2、离心加速度 3、离心沉降速度（受力分析）内蒙古化工职业学院

注：ζ及沉降速度仍可以按重力沉降方法计算。注：ζ及沉降速度仍可以按重力沉降方法计算。 4、离心分离因数 Kc值一般在102～105之间，其大小反映了离心沉降设备的效能为重力沉降设备的倍数，是离心分离设备性能的一项重要指标。提高离心分离因数的方法：提高转速、设备直径。 5、颗粒运动的绝对速度up; 内蒙古化工职业学院

三、沉降分离设备 1、沉降分离设备的指标（1）基本要求:tr ≥ ts 　　　　停留时间　　　沉降时间（2）分离性能指标总效率：沉降下来的颗粒的重量与颗粒总重量的比值。粒级分离效率ηi：在一定粒径颗粒的总量中，被分离的部分所占的质量百分数。临界直径dpc:粒级效率100%时的颗粒直径。内蒙古化工职业学院

u ut 最大生产能力：规定了临界粒径后设备的处理量。二、重力沉降设备１、降尘室含尘气体的处理量降尘室的处理量与降尘室的高度无关。内蒙古化工职业学院

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2、连续沉降槽（澄清器，增稠器，浓缩器） （1）结构（2）适用于大流量、低浓度的悬浮液的分离。内蒙古化工职业学院

三、离心沉降设备 1、旋风分离器是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。临界粒径： 5-75μm的粒子。特点：结构简单，价格低廉，性能稳定；内蒙古化工职业学院

2、旋液分离器 旋风分离器相比，旋液分离器的特点是(1)形状细长，直径小，圆锥部分长，以利于颗粒的分离；(2)中心经常有一个处于负压的气柱，有利于提高分离效果。旋液分离器中颗粒沿壁面高速运动，磨损严重，一般采用耐磨材料制造。 内蒙古化工职业学院

3、沉降离心机 （1）工作原理：利用机械带动液体旋转，分离非均相混合物的设备。（2）种类：立式、卧式；间歇式、连续式；人工卸料式、螺旋卸料式、刮刀卸料式。（3）管式分离机、螺旋卸料沉降离心机内蒙古化工职业学院

第二节过滤 过滤：在推动力的作用下，使液-固或气-固混合物中的流体通过多孔性介质，固体颗粒被截留，实现固体与流体分离的操作。一、概述 1、滤饼过滤与深层过滤 2、过滤介质：使流体透过而截留固体的可渗透性材料。（1）砂粒、无烟煤、活性炭、金属网、滤布深层过滤饼层过滤内蒙古化工职业学院

（2）选择过滤介质的依据： • 分离要求； • 悬浮液特性； • 操作条件； • 过滤设备的类型； 3、过滤的推动力重力、离心力和压强差。加压过滤和真空过滤；恒速过滤与恒压过滤；内蒙古化工职业学院

4、过滤基本参数 （1）处理量（2）生产能力：单位时间内得到的滤液的体积， m3滤液/h；（3）生产率G：单位时间、单位面积内过滤出的干固体质量，kg干固体/(m2.s)；（4）过滤面积A （5）悬浮液固相浓度c:单位体积悬浮液中含有的固体颗粒的总体积。内蒙古化工职业学院

（6）滤饼含液量ω:滤饼中所含液体的质量分数。（6）滤饼含液量ω:滤饼中所含液体的质量分数。（7）滤饼与滤液的体积比ν：m3滤饼/m3滤液；（8）过滤速率 :单位时间内获得的滤液的体积， m3滤液/s; （9）过滤速度：单位时间内单位过滤面积上得到的滤液的体积， m3滤液/(m2.s); 内蒙古化工职业学院

5、滤饼的可压缩性 可压缩滤饼: 助滤剂滤饼不可压缩滤饼 6、滤饼的洗涤例题：P112。内蒙古化工职业学院

二、恒压过滤 1、过滤的基本方程流动模型：液体在圆管内的层（滞）流流动。哈根·泊谡叶公式：（1）空隙率ε：单位体积床层中的空隙体积， m3/m3；（2）滤液的流速：内蒙古化工职业学院

（3）滤液通过滤饼的流动可看成是液体以速度u通过长度为L（滤饼厚度） 、直径为d0的并联管路的流动。（4）滤液通过过滤介质的流动阻力可折合为以流速u流过厚度为Le（当量滤饼厚度）的滤饼的阻力。内蒙古化工职业学院

其中：　　　　　　滤饼的比阻，１／m2； 由于滤饼厚度随时间变化，则：　　　　　　　　　　　　　过滤基本方程内蒙古化工职业学院

对于可压缩滤饼： s：滤饼的压缩性指数，０－１间；（对于不可压缩滤饼，s＝0） r0：单位压强差下滤饼的比阻，１／m2; ２、恒压过滤方程内蒙古化工职业学院

令： ——　恒压过滤方程其中：Ｋ、qe由实验测定。内蒙古化工职业学院

当滤饼阻力远大于过滤介质的阻力时，Ｖe、qe可被忽略。当滤饼阻力远大于过滤介质的阻力时，Ｖe、qe可被忽略。３、过滤常数Ｋ、Ｖe、qe的测定（略）　　　　　例题：Ｐ115。内蒙古化工职业学院

三、过滤设备 1、板框压滤机（1）结构：机头、滤框、滤板、尾板和压紧装置。（2）工作原理：内蒙古化工职业学院

（3）生产能力：单位时间得到的滤液量。 （4）排液方式：明流、暗流；内蒙古化工职业学院

（5）特点： 优点：构造简单，过滤面积大，过滤压力高，操作灵活；缺点：间歇操作，劳动强度大，效率低；（6）例题（略）内蒙古化工职业学院

2、转筒真空过滤机 （1）结构：转鼓、分配头；（2）工作原理：（3）生产能力：浸没度ψ：转鼓浸入液面以下面积占整个转鼓面积的百分率。过滤时间：（注：n为转鼓每分钟转数）内蒙古化工职业学院

m3/h；若过滤介质阻力可忽略，则：（4）特点：连续操作，处理量大，成本高，过滤速度低内蒙古化工职业学院

3、过滤离心机 （1）种类：三足式、卧式刮刀卸料式、离心卸料式等；（2）操作过程：过滤、洗涤、甩干、卸料、洗网（3）操作特点：操作时间可随意控制，分离1μm以上的颗粒，生产能力大，但不易保持颗粒形状的完整。内蒙古化工职业学院

第三节分离设备的选择 一、气—固分离降尘室：50 μm以上；用于含尘气体的预分离；旋风分离器：5 μm以上；非粘性、非纤维状固体；湿式除尘器：1μm以上；除粉尘，非水硬性固体；袋滤器：0.1 μm以上；气体的净化或干粉的回收；电除尘器：0.01μm以上；效率高，处理能力大；内蒙古化工职业学院

二、液—固分离 1、获得固体产品：增浓：沉降槽，旋液分离器，沉降离心机；过滤：过滤离心机，板框压滤机； 2、澄清液体普通要求：连续沉降槽、过滤机；澄清要求高：深层过滤；内蒙古化工职业学院

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