第三章非均相物系分离第一节概述混合物可以分为均相混合物和非均相混合物。非均相混合物的特点是在物系内部存在两种以上的相态，如悬
浮液、乳浊液、含尘气体等。其中固体颗粒、微滴称为分散相或分散物质；而气体、液体称为连续相或分散介质。非均相物系可以用机械的方法分
离。操作方式分为两种：（1）沉降分离颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称沉降分离。分为重力沉降、离心沉降。（2）过滤
流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称过滤。分为重力过滤、离心过滤、加压过滤和真空过滤，也可分为恒压过滤、先恒速后恒压
过滤。根据连续相状态的不同，非均相混合物又可分为两种类型：（1）气态非均相混合物，如含尘气体、含雾气体等；（2）液态非均相混合物，
如悬浮液、乳浊液、泡沫液等。对于非均相混合物，工业上一般采用机械分离方法将两相进行分离，即造成分散相和连续相之间的相对运动。据相态
和分散物质尺寸的大小，非均相混合物的分离方法如下表所示：概述机械分离操作涉及到颗粒相对于流体以及流体相对于颗粒床层的流动
。同时，在许多单元操作和化学反应中经常采用的流态化技术同样涉及两相间的流动，它们都遵循流体力学的基本规律.非均相分离在工业中的应用
一、回收分散相二、净化连续相三、环境保护和安全生产颗粒与颗粒群的特性颗粒与流体之间的相对运动特性与颗粒本身的特性密切相关，因而首先
介绍颗粒的特性。一、颗粒的特性1、球形颗粒体积V=d3表面积S=πd2比表面积a=S/V=6/d2、非球形颗
粒非球形颗粒必须有两个参数才能确定其特性，即球形度和当量直径。工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒体积当量直径de=表面积当量直
径des=球形度（形状系数）φs＝二、颗粒群的特性由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。1、颗粒群粒径分布颗粒群的粒度组成情
况即粒径分布。可用筛分分析法测定各种尺寸颗粒所占的分率。3、颗粒的密度颗粒的真密度：当不包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒
的质量，kg/m3。堆积密度（表观密度）：当包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，kg/m3。设计颗粒贮存设备时，应以
堆积密度为准。4、颗粒的粘附性和散粒性第二节重力沉降颗粒在流体中的沉降过程颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作
用：质量力F、浮力Fb、、曳力Fd。对于一定的颗粒和流体，重力Fg、浮力Fb一定，但曳力Fd却随着颗粒运动速度而变化。当颗粒运动
速度u等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒所受的诸力之和为零一、重力沉降速度及影响因素1、重力沉降速度颗粒在重力沉降过程中不受周
围颗粒和器壁的影响，称为自由沉降。固体颗粒在重力沉降过程中，因颗粒之间的相互影响而使颗粒不能正常沉降的过程称为干扰沉降。球形颗粒在
静止流体中沉降时，颗粒受到的作用力有重力、浮力和阻力。重力浮力阻力当达到匀速运动后，合力为零时，颗粒相对于流体的运动速度u=ut，
ut称为沉降速度，又称为“终端速度”。2、影响重力沉降速度的因素（1）颗粒形状同一性质的固体颗粒，非球形颗粒的沉降阻力比球形颗粒的
大的多，因此其沉降速度较球形颗粒的要小一些。（2）流体的性质流体的密度越小、黏度越大，沉降速度越小。（3）流体的流动状态。流体应尽
可能的处于稳定的低速流动状态，减少干扰，提高分离效率。(4)器壁效应颗粒在沉降过程中，由于器壁对颗粒产生摩擦而减小沉降速度。
当颗粒在液体中沉降时，升高温度，液体黏度下降，可提高沉降速度。对气体，升高温度，气体黏度增大，对沉降操作不利。二、重力沉降设备
1．降尘室降尘室是依靠重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。说明，降尘室的生产能力只与设备的长、宽和沉降速度有关，而与设备的高度没有关
系。所以降尘室一般设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室。被处理的含尘气体中的颗粒大小不均，沉降速度ut应根
据需完全分离的最小颗粒尺寸计算。降尘室结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低，通常只适用于分离粒度大于50mm的粗粒，一般
作为预除尘使用。多层降尘室虽能分离较细的颗粒且节省占地面积，但清灰比较麻烦。2、沉降槽利用重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称
为沉降槽。如用于低浓度悬浮液分离时亦称为澄清器；用于中等浓度悬浮液的浓缩时，常称为浓缩器或增稠器。连续沉降file:///E:\课
件\高级工课件\分离\连续沉降槽.swf槽为了在给定尺寸的沉降槽内获得最大可能的生产能力，应尽可能提高沉降速度。向悬浮液中添加少量
电解质或表面活性剂，使颗粒发生“凝聚”或“絮凝”；改变一些物理条件（如加热、冷冻或震动），使颗粒的粒度或相界面积发生变化，都有利于
提高沉降速度；沉降槽中的装置搅拌耙，除能把沉渣导向排出口外，还能促使沉淀物的压紧，从而加速沉聚过程。搅拌耙的转速应选择适当，通常小
槽耙的转速为1r/min，大槽的在0.1r/min.左右。沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不太高，但处理量较大的悬浮液的分离。这种设
备具有结构简单，可连续操作且增稠物浓度较均匀的优点，缺点是设备庞大，占地面积大、分离效率较低。第三节过滤过滤的含义过滤
是以一种具有很多毛细孔道的物体作为过滤介质，在介质两侧压力差的作用下，使液体通过介质小孔，固体颗粒截留在介质上，从而将悬浮液中的固
体颗粒分离出来单元操作。一、过滤基本概念在过滤操作示意图，待分离的悬浮液称为滤浆，通过过滤介质的澄清液称为滤液，被过滤介质截留的固
体粒子称为滤渣或滤饼。在饼层过滤中，真正发挥截留颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。另外，膜过滤作为一种精密分离技术，近年来发
展很快，已应用于许多行业。膜过滤是利用膜孔隙的选择透过性进行两相分离的技术。以膜两侧的流体压差为推动力，使溶剂、无机离子、小分子等
透过膜，而截留微粒及大分子。化工中所处理的悬浮液固相浓度往往较高，只讨论饼层过滤。一个完整的过滤操作过程包括过：过滤、洗涤、去湿、
卸料等四个阶段。1、过滤介质作用是使滤液通过，截留固体颗粒并支撑滤饼。工业上对过滤介质的要求是：孔隙多，阻力小；有足够的强度，耐
腐蚀，耐高温；表面光滑，剥离滤饼容易；资源丰富，造价低廉。工业上常用的过滤介质①粒状介质由各种固体颗粒(砂、木炭、石棉、
硅藻土)或非编织纤维等堆积而成，多用于深层过滤中。能截留颗粒的最小直径为5～65μm。织物介质在工业上应用最为广泛。②织物介质
指由棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝、金属丝等织成的网。这类介质能截留颗粒的最小直径为5～65μm。
织物介质在工业上应用最为广泛。③多孔性固体介质具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板，能截
拦1～3μm的微细颗粒。④多孔膜用于膜过滤的各种有机高分子膜和无机材料膜。广泛使用的是粗醋酸纤维素和芳香聚酰胺系两大类有
机高分子膜。2、滤饼与助滤剂滤饼可分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼两种。对于不可压缩滤饼，为了减少过滤阻力可加入一些助滤剂。对助滤剂
的基本要求如下：（1）能形成多孔饼层的刚性颗粒，以保持滤饼有较高的空隙率，使滤饼有良好的渗透性及较低的流动阻力。（2）有化学稳定性
，不与悬浮液发生化学反应，不溶于液相中。一般只有在以获得清净滤液为目的时，才使用助滤剂。常用的助滤剂有粒状（硅藻土，珍珠岩粉，碳粉
或石棉粉等）和纤维状（纤维素、石棉等）两大类助滤剂的用法通常有两种，一是将助滤剂加入悬浮液中的预涂法。二是将助滤剂预涂于过滤介质表
面，防止虑布孔道被微细颗粒堵塞的掺滤法。4．过滤推动力过滤过程的推动力可以是重力、离心力或压力差。压力差可分为加压过滤和真空吸滤。
。5．过滤机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量来表示，有时也可用单位时间内单位过滤面积上积聚的滤渣量来表示
。滤浆黏度越小，过滤速度越快。滤浆浓度大，其黏度也越大，对过滤不利，提高温度，可降低液体的黏度，提高过滤速率，从而提高过滤机的生产
能力。6．强化过滤的途径过滤技术大体上向两个方向发展：开发新的过滤方法和过滤设备，以适应物料特性；加快过滤速率以提高过滤机的生产
能力。就加速过滤过程而言，可采取如下途径：（1）改变悬浮液中颗粒的聚集状态对原料液进行预处理使细小颗粒聚集成较大颗粒。预处理包括添
加凝聚剂、絮凝剂。调整物理条件（加热、冷冻、超声波震动、电磁场处理、辐射等）（2）改变滤饼结构使用助滤剂（掺滤和预敷）。助滤剂不
但能改变滤饼结构，降低滤饼可压缩性，减小流动阻力，（3）采用机械的、水力的或电场人为地干扰（或限制）滤饼的增厚近几年开发的动态过
滤技术可大大加速过滤速率。适当提高悬浮液温度以降低滤液粘度、当压缩指数s＜1时加大过滤推动力，选择阻力小的滤布等对加快对滤速率都有
一定效果。三、过滤机的结构和操作1．板框压滤机它主要由压紧装置、固定头滤框、滤板、滤布等部件构成。其中滤框、过滤介质和滤板按一定顺
序交替排列组成若干过滤室。滤框和滤板通常为正方形，也有长方形和圆形。板框压滤机的主要部件滤板和滤框移动装置压紧设置
操作前，应将板、框和滤布按顺序排列，并转动压紧装置，将板、框、滤布压紧。操作时，洗涤水入口通道关闭，滤浆入口通道打开。板框式压滤机
的过滤和file:///E:\课件\高级工课件\分离\板框式压滤机的过滤和洗涤.swf洗涤板框压滤机的每个操作循环由装合、压紧、过
滤、洗涤、拆开、卸料和清理等操作构成。压紧方式有手动、机械和液压三种。板框压滤机的特点结构简单，设备紧凑，过滤面积大而占地小，操作
压强高，滤饼含水少，对各种物料适应能力强。缺点是手动操作的劳动强度大，处理量较机小。但随着半自动和自动技术的实现，这些缺点正逐步克
服。2．转筒真空过滤机转鼓真空过滤机依靠真空系统形成的转鼓内外压差进行过滤。如图所示，它的主要部件是一个回转圆筒，叫转鼓，筒的表
面有一层金属网，网上覆盖滤布，下部浸入滤浆中。转鼓转动时，在回转一周的过程中，使每一个扇形格都可依次进行过滤、吸干、洗涤、吹松、卸
饼等五个步骤的循环操作。二、离心机的构造和操作离心机是借助惯性离心力的作用，分离非均相液态混合物的机械设备。它的主要部件是一个由电
动机带动的高速旋转的转鼓。1．离心机的分类(1)按分离因数不同，可分为：常数离心机、高速离心机、超高速离心机。(2)按分离
过程不同，可分为：间歇式离心机和连续式离心机。(3)离心机按分离方式不同，可分为：①过滤式离心机②沉降式离心机③离心分离机①
过滤式用来分离含固体颗粒较大、含量较多的悬浮液。②沉降式适用于分离含固体颗粒较少且粒度较细的悬浮液。③离心式适用
于分离两种密度不同的液体所形成的乳浊液或含有微量固体颗粒的乳浊液。2．常见几种离心机（1）三足式离心机三足式离心机结构简单、紧
凑，占空间不大，机器运转平稳，造价低，颗粒破损较轻。对物料的适应性强，过滤、洗涤时间可以随意控制，故可得到较干的滤渣和充分的洗涤。
其缺点是间歇操作，生产中辅助时间长，生产能力低，劳动强度大，卸料不方便，转动部件位于机座下部，检修不方便。三、旋液分离器旋液分离
器又称水力旋流器，是利用离心沉降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备旋液分离器不仅可用于悬浮液的增浓，还用于不同粒径的颗粒的分级，也
可用于不互溶液体的分离、气-液分离以及传热、传质和雾化等操作中，广泛应用于工业领域中。??四、离心机的选择和操作管理在操作过程中要
注意以下几点：1．作好开车前检查工作。2．装料必须均匀。3．作好机器运转中的检查工作。4．操作时机壳应当关闭，不允许在机壳边缘上放
置任何物料或工具，更不允许人靠在正运转的离心机的机壳上。5．发生断电、强烈振动和较大的撞击声，应紧急停车，以防止造成设备的重大事故
。6．停车时，应首先切断电源，然后平稳地加以制动。制动过猛，会造成制动装置的损坏。第五节气体净制设备1、旋风分离器主体的上部为圆柱形筒体，下部为圆锥形。?旋风分离器结构简单，造价低廉，没有活动部件，可用多种材料制造，操作条件范围宽广，分离效率较高，是工业生产中最常用的一种除尘、分离设备。旋风分离器一般用来除去气流中直径在5μm以上的尘粒。二、其它气体净制设备1、袋滤器袋滤器主要由滤袋及其骨架、壳体、清灰装置、灰斗和排灰阀等部分构成。5．静电除尘法静电除尘法原理是利用高压电场使气体发生电离，含尘气体中的粉尘带电，带电尘粒在强电场的作用下积聚到集尘电极(阳极)上，从而使气体得到净化。静电除尘法的设备有电除尘器、电除雾器等 |
|
