1、化学工业出版社 想一想：化工生产中，经常会遇到含尘气体、悬浮液的分离问题，那么采取什么操作能完成含尘气体、悬浮液的分离呢？含尘气体、悬浮液的分离问题属于非均相物系的分离，下面我们学习有关非均相物系分离的相关知识。在自然界、工农业生产以及日常生活里我们会接触到很多混合物，如空气、雾、泥水、牛奶等。在化工生产中，很多原料、半成品、排放的废物等大多为混合物，为了满足生产要求和环境保护，常常要对混合物进行分离。非均相混合物的定义：非均相混合物是指由两个或两个以上的相组成的混合物。非均相混合物中，有一相处于分散状态，称为分散相（分散物质），如雾中的小水滴、烟尘中的尘粒；另一相处于连续状态，称为连续相（或
2、分散介质），如雾和烟尘中的气相。化工生产中，非均相混合物的分离过程常用于回收分散物质、净化分散介质、劳动保护和环境卫生等。自然界里的大多数物质是混合物，混合物可分为均相混合物和非均相混合物两大类。相是具有相同组成，相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。相与相之间有明确的界面。均相混合物的定义：均相混合物内部各处物质均匀而不存在相界面，如空气、酒精等。非均相混合物的定义：非均相混合物的内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同，如悬浮液、乳浊液、含尘气体等。固体颗粒分散于液体中，因布朗运动而不能很快下沉，此时固体分散相与液体的混合物称悬浮液。悬浮液中的固体颗粒的粒径为10-3-10-
3、4cm，大于胶体。血液,泥水,氢氧化铜和水的混合液，碳酸钙和水的混合液等都是悬浮液。非均相混合物按聚集状态分类，常见的有气-固相（如烟道气）、气-液相（如雾）、液-固相（如泥水）、液-液相（如牛奶）、固-固相（如金属矿）。非均相混合物通常采用机械的方法分离，即利用非均相混合物中分散相和连续相的物理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等）的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。根据两相运动方式的不同，机械分离可有两种操作方式，过滤和沉降。重力沉降是微粒（分散相）借助本身的重力在分散介质中沉降而获得分离。离心分离是利用微粒（分散相）所受离心力的作用将其从分散介质中分离，亦称离心沉降。过滤是利用两相对多孔
4、介质穿透性的差异，在某种推动力的作用下，使非均相混合物得以分离的操作。想一想：重力沉降有什么优缺点？在化工生产中，重力沉降一般用在什么场合？重力沉降是借助重力的作用，使流体和颗粒之间发生相对运动，把流体和颗粒分离的操作。工业生产中，借助重力沉降分离非均相混合物的设备常见的有降尘室和连续沉降槽。降尘室用于分离含尘气体，而连续沉降槽用于分离悬浮液。降尘室一般呈扁平状，通常只能作为预除尘设备，用于分离粒径较大的尘粒。最简单的水平流动型降尘室如下图所示：含尘气体水平进入降尘室后，因流道截面积扩大而速度减慢，只要颗粒能够在气体通过的时间内降至室底，便可从气流中分离出来。utu含尘气体净化气体 多层降沉室
5、清洁气流含尘气流挡板隔板 下面以降尘室为例，介绍提高重力沉降速度的方法。以如前所述，降尘室的生产能力只与沉降面积bl及颗粒的沉降速度ut有关。在实际生产中，现有的降尘室，沉降面积一定，升降分离的关键在于颗粒的沉降速度。提高重力沉降速度，无疑可以获得更好的沉降效果。影响沉降速度的因素很多，同学们想一想，有哪些提高重力沉降速度的方法呢？从下列影响重力沉降速度的的因素着手，针对不同情况，采取不同措施。（1）密度（2）颗粒直径（3）球形度（4）流体的粘度（5）流动干扰 双边交流：双边交流：1.查取有关资料，找出高效沉降槽在化工生产中的实际应用，把你获得的资料与其他人交流一下，看别人的理解与你有何不同，
6、并展开讨论。2.请完成下面的填空：（1）降尘室的生产能力只与降尘室的_有关，与降尘室的_无关。（2）沉降槽用于分离_混合物。（3）流体的粘度越大，颗粒的沉降速度_。想一想：离心沉降与重力沉降有何不同？在化工生产中，离心沉降一般用在什么场合？依靠惯性离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降运动，称为离心沉降。利用离心力比利用重力要有效得多，因为颗粒的离心力由旋转而产生，转速越大，则离心力越大；而颗粒所受的重力却是固定的。因此，利用离心力作用的分离设备不仅可以分离出比较小的颗粒，而且设备的体积也可缩小很多。离心沉降设备分为两类：一类是设备静止不动，非均相物系作旋转运动的离心设备，如旋风分离器和旋液分离
7、器；另一类是设备本身旋转的离心设备，称为离心机。离心沉降可大大提高沉降速度，适宜处理两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。气、固非均相物系的离心沉降通常是在旋风分离器中进行；液、固悬浮物系一般在旋液分离器或沉降离心机中进行。进气排气出灰口 旋风分离器示意图B 生产中常用若干个小型旋风分离器并列组成分离器组来代替大型分离器，不仅可以提高分离效率，而且可以提高生产能力。为了减少能耗，生产中常将降尘室、旋风分离器及袋滤器组成除尘系统。含尘气体先在降尘室中除去较大的尘粒，然后在旋风分离器中除去大部分的尘粒，最后在袋滤器中除去较小的尘粒。也可根据尘粒的粒度分布及除尘目的省去其中的某个除尘设备。（1）
8、旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器，用以分离以液体为主的悬浮液或乳浊液的设备。工作原理与旋风分离器大致相同。设备主体也是由圆柱、圆锥两部分组成，如图所示。料液由圆筒部分以切线方向进入，作旋转运动而产生离心力，下行至圆锥部分更加剧烈。料液中的固体粒子或密度较大的液体受离心力的作用被抛向器壁，并沿器壁按螺旋线下流至出口（底流）。澄清的液体或液体中携带的较细粒子则上升，由中心的出口溢流而出。蝶片式离心机蝶片式离心机 管式超速离心机管式超速离心机 离心沉降是利用连续相与分散相在离心力场中所受离心力的差异使重相颗粒迅速沉降实现分离的操作。离心沉降速度是指重相颗粒相对于周围流体的运动速度。设法提高离心沉
9、降速度，无疑可使分离效果提高，设备尺寸减少。同学们想一想，有哪些提高离心沉降速度的方法呢？从下列影响离心沉降速度的的因素着手，针对不同情况，采取不同措施。（1）颗粒本身的性质：离心沉降速度与颗粒直径和密度成正比。密度相同时，大颗粒比小颗粒沉降快；大小相同时，密度大的颗粒比密度小的沉降快。（2）介质的性质：离心沉降速度与介质的粘度、密度成反比。介质粘度、密度大，则颗粒沉降慢。（3）离心条件：颗粒的离心沉降速度与离心时转速和旋转半径成正比。如果其他的条件不变，离心沉降速度随着半径的增大而增大；同样其他的条件不变，离心沉降速度随着转速的增大而增大。离心分离因数是评价离心分离设备的重要指标。要提高KC
10、，可通过增大半径和转速来实现，但出于对设备强度、制造、操作等方面的考虑，通常采用提高转速并适当缩小半径的方法来获得较大的Kc。离心沉降具有沉降速度大、分离效果高的优点，但离心分离设备比重力沉降设备复杂，投资费用大，且需要消耗能量，操作严格而费用高。因此，分离要求不高或处理量较大的场合适宜采用重力沉降。根据情况，也可先用重力沉降，再进行离心分离。离心分离设备常用离心分离因数来表示离心分离效果。离心分离因数为离心加速度和重力加速度的比值，用KC表示：1.查取有关资料，了解沉降离心机各种型式的结构和应用，把你获得的资料与其他人交流一下，看别人的理解与你有何不同，并展开讨论。2.请完成下面的填空：（1
11、）旋风分离器用于分离_混合物。（2）生产中常用若干个小型旋风分离器并列组成分离器组来代替大型分离器，不仅可以提高_，而且可以提高生产能力。（3）如果其他的条件不变，离心沉降速度随着半径的增大而_。当流体围绕某一中心轴作圆周运动时，便形成惯性离心力场。龙卷风就是自然界中流体旋转形成离心力场的实例。龙卷风是从强流积雨云中伸向地面的一中小范围强烈旋风。龙卷风出现时，往往有一个或数个如同“象鼻子”样的漏斗状云柱从云底向下伸展，同时伴随狂风暴雨、雷电或冰雹。龙卷风经过水面，能吸水上升，形成水柱，同云相接，俗称“龙取水”。经过陆地，常会卷倒房屋，吹折电杆，甚至把人、畜和杂物吸卷到空中，带往他处。龙卷风常发
12、生于夏季的雷雨天气时，尤以下午至傍晚最为多见。袭击范围小，龙卷风的直径一般在十几米到数百米之间。龙卷风的生存时间一般只有几分钟，最长也不超过数小时。风力特别大，在中心附近的风速可达100-200米/秒。破坏力极强，龙卷风经过的地方，常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象，有时把人吸走，危害十分严重。（1）在家时，务必远离门、窗和房屋的外围墙壁，躲到与龙卷风方向相反的墙壁或小房间内抱头蹲下。躲避龙卷风最安全的地方是地下室或半地下室。（2）在电杆倒、房屋塌的紧急情况下，应及时切断电源，以防止电击人体或引起火灾。（3）在野外遇龙卷风时，应就近寻找低洼地伏于地面，但要远离大树、电杆，以免被砸、被
13、压和触电。（4）汽车外出遇到龙卷风时，千万不能开车躲避，也不要在汽车中躲避，因为汽车对龙卷风几乎没有防御能力，应立即离开汽车，到低洼地躲避。想一想：与沉降相比，过滤操作有什么优点？在化工生产中，过滤一般用在什么场合？过滤是利用分散相和连续相对多孔介质穿透性的差异，在外力的作用下，使非均相物系得以分离的操作。过滤具有操作时间短，分离比较完全等特点，适用于含液量较少的悬浮液，以及颗粒微小且浓度极低的含尘气体 悬浮液的过滤的过滤原理：悬浮液的过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道，而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离。过滤介质的推动力：推动力有重力、压强差和离心力，
14、但在化工中应用最多的还是以压强差为推动力的过滤。过滤是分离悬浮液最普遍和最有效的单元操作之一。在某些场合下，过滤是沉降的后继操作。滤饼过滤：悬浮液中颗粒的大小往往很不一致，在过滤操作的开始阶段，会有部分比过滤介质孔道小的颗粒进入介质孔道内，穿过孔道而不被截留，使滤液仍然是混浊的。随着的过滤进行，颗粒在介质上逐步堆积，形成了一个颗粒层，称为滤饼。由于滤饼中的孔道通常要比过滤介质的孔道要小，在滤饼形成之后，比过滤介质孔道小的颗粒也能被截留。滤饼成为对其后的颗粒起主要截留作用的介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。滤饼过滤要求能够迅速形成滤饼，常用于处理固体颗粒含量较高（固体体积分数1）的悬浮液。深
15、层过滤：当悬浮液中颗粒尺寸比过滤介质孔道的尺寸小得多，颗粒就进入弯曲细长的介质孔道，被截留或吸附在介质孔道中，形成深层过滤。深层过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒沉积于过滤介质的内部。随着过滤的进行，过滤介质的孔道会因截留颗粒的增多逐渐变窄和减少，所以过滤介质必须定期更换或清洗再生。深层过滤常用于处理固体颗粒含量极少（固体体积分数0.1）且颗粒直径较小（5微米）的悬浮液。如纯净水生产中用活性炭过滤水。悬浮液中颗粒的大小往往很不一致，在过滤操作的开始阶段，会有部分比过滤介质孔道小的颗粒进入介质孔道内，穿过孔道而不被截留，使滤液仍然是混浊的。随着的过滤进行，颗粒在介质上逐步堆积，形成了一个颗粒层
16、，称为滤饼。由于滤饼中的孔道通常要比过滤介质的孔道要小，在滤饼形成之后，比过滤介质孔道小的颗粒也能被截留。当悬浮液中颗粒尺寸比过滤介质孔道的尺寸小得多，颗粒就进入弯曲细长的介质孔道，被截留或吸附在介质孔道中，形成深层过滤。深层过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒沉积于过滤介质的内部。过滤介质是多孔性介质，起着支撑滤饼的作用，并能让滤液通过，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。它是过滤机上关键组成部分,它决定了过滤操作的分离精度和效率,也直接影响过滤机的生产强度及动力消耗。工业上常见的过滤介质有：织物介质：又称滤布，是用棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成
17、纤维织成的织物，以及由玻璃丝或金属丝织成的网。织物介质容易被污物堵塞，失去过滤能力,所以它的纳污容量一般较低，需经常进行清洗或更换。这类介质用于滤饼过滤操作，能截留颗粒的最小直径为。织物介质在工业上的应用最为广泛。粒状介质：又称堆积介质，由各种细小坚硬的固体颗粒（如细砂、活性碳、石粒、硅藻土等）堆积成一定厚度的床层，多用于深层过滤。这类过滤介质的纳污容量较大，过滤效果比织物过滤介质好，寿命也较长，但清洗效果就相对差些。多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截的微细颗粒。此类介质耐腐蚀、孔隙小、过滤效率比较高，常用于处理含少量微粒的腐蚀性悬浮液
18、。滤饼的可压缩性 滤饼根据可压缩性分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼。当滤饼由较易变形的物质构成，过滤压力越大，滤饼空隙率越小，过滤阻力越大，称为可压缩滤饼。当滤饼由不易变形的物质构成，过滤压力增大，滤饼空隙率和过滤阻力基本不变，称为不可压缩滤饼。助滤剂 可压缩滤饼受压后空隙率明显减小，使过滤阻力明显增大，过滤压力越大，这种情况会越严重，甚至堵塞滤饼的孔道。为解决问题，工业过滤时常采用助滤剂。助滤剂一般是质地坚硬的细小颗粒，如硅藻土、石棉、炭粉等。将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以改善饼层的性能，使滤液得以畅流。一般只有在以获得清净滤液为目的时，才使用助滤剂。（1）板框压滤机 板框压滤机是一种广
19、泛使用的过滤设备，板框压滤机的操作是间歇的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。排列方式排列方式：板、框交替，个数可调过滤过程过滤过程过滤和洗涤原理：如图2-19所示，悬浮液从框右上角的通道1（位于框内）进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼，即停止过滤。如果滤饼需要洗涤，采用置换洗涤法时洗涤液的行程和洗涤面积与滤液完全相同。采用横穿洗涤法时，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道2（位于框内）进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。图2-19 过滤和洗涤（置换洗涤
20、法）原理 转筒真空过滤机是连续操作的过滤设备。设备的主体是一个转动的水平圆筒，表面有一层金属网作为支承，网上覆盖滤布，筒的下部浸入滤浆中。圆筒沿径向被分割成若干个互不相通的扇形格，每格都有管与位于筒中心的分配头相连。凭借分配头的作用，在圆筒旋转一周的过程中，每个扇形表面可按顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等操作。回转真空过滤机操作简图 分配头是关键部件，由紧密贴合的转动盘与固定盘构成，转动盘上的每一孔通过前述的连通管各与转筒的某一扇形格相通。固定盘上有三个凹槽，分别与真空系统和压缩空气相连。过滤：当转筒中的某一扇形格转入滤浆中时，与之相通的转动盘上的小孔与固定盘上的吸液凹槽相对，与滤液真空
21、管相连，滤液便被吸入真空系统；同时滤饼沉积于滤布的外侧。洗涤、吸干：当转到与吸水凹槽相对时，相应的扇形格与洗水真空管相连，转筒上方喷洒的洗水被从转筒外侧吸至洗涤液罐。吹松：当转到与通气凹槽相对时，相应的扇形格与压缩空气相连，压缩空气从内向外吹向滤饼。卸渣：随着转筒的转动，对应转筒外侧的滤饼又与刮刀相遇，被刮下。袋滤器的型式有多种，液体袋滤器用于悬浮液的分离；袋式滤尘器用于含尘气体的分离，它使含尘气体通过悬挂在袋室上部的织物过滤袋而被除去。脉冲式袋式滤尘器 袋式滤尘器示意图 过滤速度指单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。提高过滤速度，无疑可以增大过滤设备的生产能力，减小过滤设备的体积。同其他过
22、程类似，过滤速度与推动力成正比，与过滤阻力成反比。压差过滤的推动力是压强差，阻力则与滤液、过滤介质、滤饼的性质等因素有关。过滤操作有恒压操作和恒速操作两种典型方式。随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚。如果过滤压力不变，即恒压过滤时，过滤速度将逐渐减小。过滤过程中，若要维持过滤速度不变，即维持恒速过滤，则必须逐渐增加过滤压力或压差。有时，为了避免过滤初期因压差过高而引起滤液浑浊或滤布堵塞，可采用先恒速后恒压的复合操作方式，过滤开始时以较低的恒定速率操作，当表压升至给定数值后，再转入恒压操作。由于恒速阶段很短，工业上大都可视为恒压操作。（1）颗粒的物理性质：如颗粒坚硬程度。可压缩性滤饼受压时会缩小原
23、来颗粒之间的空隙，以至阻碍滤液的通过，因而过滤速度减小甚至停止过滤。为了减小可压缩性滤饼的过滤阻力，可采用助滤剂改变滤饼结构，提高滤饼的刚性和颗粒之间的空隙率。（2）悬浮液的性质：如粘度。粘度越小，过滤速度越快。为了减小悬浮液的粘度，可先将滤液适当预热，也可将滤浆稀释后再进行过滤。（3）过滤推动力：推动力可以有重力、压强差和离心力。重力过滤设备简单，但推动力小，过滤速度慢，一般只用于处理固体含量少且容易过滤的悬浮液。加压过滤推动力大，过滤速度快，但压力越大，对设备的密封性和强度要求越高，因此，加压过滤的压力不能太高，一般不超过500kPa。真空过滤也可以获得较大的过滤速度，但操作的真空度受到液
24、体沸点等因素的限制，不能过高，一般在85 kPa以下。离心过滤的过滤速度快，但设备复杂，投资费用和动力消耗都较大，一般用于颗粒粒度相对较大、液体含量较少的悬浮液的分离。双边交流：双边交流：1.查取有关资料，了解净水器的结构和应用，把你获得的资料与其他人交流一下，看别人的理解与你有何不同，并展开讨论。2.请完成下面的填空：（1）过滤推动力有_、_、_几种。（2）板框压滤机板框的组合方式服从_的规律。（3）过滤前，先将滤液预热的原因是_。1.何谓非均相物系？非均相物系的分离方法有哪些？2.简述降尘室的工作原理。3.为什么降尘室的生产能力仅与降尘室的宽度和长度有关，而与降尘室的高度无关？4.提高重力沉降速度的方法有哪些？5.何谓离心沉降？离心沉降与重力沉降有何异同？6.旋风分离器是如何工作的？7.怎样提高离心沉降速度？8.过滤操作的原理是什么？常用的过滤介质有哪些？9.过滤操作的方式有哪几种？分别用于什么情况？10.简述板框压滤机的工作原理，板框压滤机有什么优缺 点？11.提高过滤速度的方法有哪些？12.为什么说滤饼过滤操作中，实际上起到主要介质作用的 是滤饼层而不是过滤介质本身？
