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1、学习情境三 碳酸镁悬浮液的分离 (1)了解非均相物系分离的主要方法、主要特点与 工业应用；常见重力沉降设备、离心沉降设备及 过滤设备的结构特点与用途，重力沉降设备生产 能力与沉降面积、沉降高度的关系； (2)理解影响沉降、过滤的分离过程、主要影响因 素，离心沉降与重力沉降的异同，重力沉降设备 做成多层的依据； (3)掌握非均相物系分离方法的选择，板框压滤机 的操作要点 学习目标 概 述 指不同组分的物质混合形成的一个 相的物系 存在两个或两个以上相的混合物 分散相在非均相物系中，有一相处于分 散状态，称为分散物质（或分散相） 均相物系 非均相物系 连续相包围分散相而处于连续状态 ，称为分散介质
2、（或连续相） （1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒。 （2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。 连续相若为液体，则为液相非均相物系 混 合 物 均相 气态空气、天然气 液态乙醇水、石油 非均相 气固 烟道气 气泡液体 气液雾滴气体 液固泥水、硫铵+母液 液液牛奶、油水 固固煤矸石、金属矿 根据某一性质的差异，造成两相相对移动，就可以实现两相分离 非均相物系分离的生产实例 氨水和二氧化碳 在碳化塔中进行 反应，生成含有 碳酸氢铵的悬浮 液，然后通过离 心机和过滤机将 液体和固体分离 开，再通过气流 干燥器将水分进 一步除去 碳酸氢铵生产示意流程 实验室减压抽滤装置 工业生产上
3、，采用减压抽滤原理设 计的真空带式过滤机 工业生产和生活中，燃烧产生的烟道气中存在 着大量的粉尘，我们通常采用烟囱来进行分离 。烟道气中主要为气固体系，气体和固体密度 不同，因此采用重力原理进行分离。 硫酸钾的工业生产中，将从气流干燥器出来的含尘气体经一 、二级旋风分离器分离后，将含尘气引入一级湿除尘器，除 尘水来自系统工艺冷凝水。除尘后的含尘水利用设备布置上 的位差，直接进入二级湿除尘器，在二级除尘器里，净化来 自包装机及包装工房的含尘气。在二级湿除尘器出来的含尘 水利用位差直接进入二转化工艺水储罐，废气经水洗后排空 。氯化钠相对颗粒大于硫酸钾，粉尘经旋风除尘器后进入水 浴除尘器，废气从15
4、m高处排空。 非均相物系分离在生产中主要作用 1）重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。 2）离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离 。亦称离心沉降。此法适用于较细的微粒悬浮体系。 3）过滤：使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质 上而获得分离。 4）湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除 去。 5）电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。 常用分离方法 球形颗粒的自由沉降 重力： 浮力： 阻力： 整理后得： 在du/dt=0，u=ut 由牛顿第二定理F=ma Fg-Fb-Fd=mdu/dt Fb Fd Fg 任务一 气-固混合物的分离 球形颗粒
5、的自由沉降 =（Re），将不同的带入ut，可得各种流动状态下的ut的计算式 ： 层流区：Re2， 过渡区：Re=2500， 湍流区：Re=500-2105， 可见： ut=f（dp，p，）， dp，p，ut ，ut（层流区，过渡区） 球形颗颗粒的自由沉降 适合范围：光滑的球形颗粒。 影响沉降速度ut的因素： 1颗粒形状，偏离球形越大，阻力越大；通过沉降速度用沉 降速度计算公式来求出当量球径; 2颗粒浓度不太高0.2%，假设自由沉降1%. 3壁面效应，沉降速度较自由沉降速度小； 4分子运动，d23m 5液滴和气泡的变形 6其它，如颗粒p不均匀。 Re的关系图 实际沉降及其影响因素 (6)器壁的影
6、响 （一）重力沉降设备 分级器 常用设备 利用不同粒径或不同密度的颗粒在流体中的沉降速 度不同这一原理来实现它们分离的设备称为分级器 。 若有密度不同的a、b两种颗粒要分离，且两种颗粒 的直径范围都很大，则由于密度大而直径小的颗粒 与密度小而直径大的颗粒可能具有相同的沉降速度 ，使两者不能完全分离。 上式表明，不同直径的颗粒因为密度不同而具有 相同的沉降速度，该式代表了具有相同沉降速度的 两种颗粒的直径比。 降尘室 用于分离大颗粒尘 L H W ut uVs 在降尘室中，颗粒停留时间=L/u 沉降时间=H/ut 分离条件L/uH/ut 由于尘粒中，颗粒粒径不相同，故定义一种粒子，其停留时间=沉
7、降时间， 即可以100%除去的最小粒径临界粒径dpc 与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度 （又称表面负荷qo） 当尘粒沉降速度处于层流区时， 表明：1、大于dpc的尘粒能100%除去； 2降尘室的处理能力只取决于降尘室 的底面积，与高度H无关。 重力沉降设备 多层降尘室 能被除去的最小颗粒 直径 该式说明：能被全部除去的最 小颗粒尺寸不仅与颗粒和气体 的性质有关，还与处理量和降 尘室的底面积有关，却与降尘 室的高度无关。 （二）离心沉降分离设备 旋风分离器 沉降速度 有效停留时间 袋滤器 团球塔除尘器 文丘里除尘器 转筒真空过滤机 加压叶滤机 任务二 液固混合物分离 一、重力沉降设备沉降槽
8、定义：用来处理悬浮液以提高其浓度或得到澄清液 的重力沉降设备，也叫增稠器或澄清器。 悬浮液经中央进料口送到液面以下0.31.0处，在尽 可能减小扰动的情况下，迅速分散到整个横截面上，液 体向上流动，清夜经由槽顶端四周的溢流堰连续流出， 称为溢流；固体颗粒下沉至底部，槽底有徐徐旋转的耙 将沉渣缓慢地聚拢到底部中央的排渣口连续排出。排出 的稠浆称为底流。 离心沉降设备 工作原理 离心机是利用离心力分离液体与固体颗粒 或液体与液体的混合物中各组分的机械。 离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒 ，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液 （或乳浊液）加入转鼓后，被带动与转鼓 同速旋转，在离心力作用下各组分分
9、离， 并分别排出 离心机的分类 按分离方式 沉降式 离心机 过滤式离心机 沉降式离心机 离心分离机 三足式离心机 常见的几种离心机 卧式刮刀卸料离心机 1.进料管 2.转鼓 3.滤网 4.外壳 6.滤液7.冲洗管8.刮刀 9.溜槽 10液压缸 图3-17 卧式刮刀卸料离心机 1.进料管 2.转鼓 3.滤网 4.外壳 6.滤液7.冲洗管8.刮刀 9.溜槽 10液压缸 活塞推料离心机 1.转鼓 2. 滤网 3. 进料管 4.推料盘 5.活塞推送器 6. 进料斗 7.排液口 8.冲洗管 9.固体排出 10.洗水出口 任务三 碳酸镁悬浮液的分离 过滤原理 过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮 液的操作
10、： 在外力的作用下，悬 浮液中的液体通过介 质的孔道而固体 颗粒被截留下来， 从而实现固、液分离 过滤介质 过滤方式 （1）深层过滤又称 澄清过滤。 条件：悬浮液含颗粒小， 而含量少（液体中颗粒的 体积0.1%）时，可用床 层较厚的过滤介质进行过 滤。由于dp介质孔隙直 径，当悬浮颗粒进入床层 年细长而弯曲的孔道时， 靠静电及分子力的作用而 附在孔道壁上，过滤介质 床层上面没有滤饼形成。 悬浮液 过滤介质 滤液 （2）滤饼过滤 条件：dp介质孔隙直 径，床层上形成滤饼； dp介质孔隙直径，但 床层内有“架桥现象”； 在滤饼层没有完全形成 之前，部分颗粒会随滤 液一起流走。在滤饼层 形成成为有效
11、的过滤介 质后，得到澄清液。适 用于颗粒含量较多（液 体中颗粒的体积0.1% ）时 架桥现象 过滤示意图 (3)动态过滤 让料浆沿着过滤介质平面高速流动，使大 部分滤饼得以在剪切力的作用下移去，从 而维持较高的过滤速率。 在滤饼过滤中，随着过滤的进行，滤饼的 厚度不断增加，导致过滤速率不断下降。 动态过滤很好地解决了这一问题。动态过 滤也称为无滤饼过滤。 过滤速率及其影响因素 （1）过滤速率与过滤速度 过滤速率是指过滤设备单位时间所能获得的滤液体 积，表明了过滤设备的生产能力；过滤速度是指 单位时间单位过滤面积所能获得的滤液体积 （2）恒压过滤与恒速过滤 在恒定压差下进行的过滤称为恒压过滤;维持过滤速 率不变的过滤称为恒速过滤 (3)影响过滤速率的因素 悬浮液的性质过滤推动力过滤介质与 滤饼的性质 板框过滤机 过滤设备 板框过滤机 板框过滤机
