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1、3. 3. 液体物理过程设备液体物理过程设备 3.4 3.4 液体的分离与过滤液体的分离与过滤 3.5 3.5 液体物料的搅拌混合液体物料的搅拌混合 液体混合物的分类 ： 液液相，液固相，液液固相，气液相，气液液 相，气液固相等混合物。 如：造酒、饮料、制药、榨油、食品、制药、制糖、制碱、化 工、油水分离、燃料油提纯、乳液、污水处理、造纸、选煤、 选矿等。 液体混合物大类分： 悬浮液、乳浊液、固体颗粒之分 悬浮液 由液体和悬浮于其中的固体颗粒组成的系统称为 悬浮液。 . 乳浊液 由液体和悬浮于其中的一种或数种其它液体所组 成的系统，称为乳浊液。 . 悬浮液中固体颗粒 在悬浮液中不分解的颗粒为固
2、体颗粒。 （2）分离方法 物理方法、化学方法、电学方法（电解与电离）等。 物理分离方法 ： 过滤式 ： 离心过滤： （如：过滤式离心机、振动和颠动式离心机） 加压过滤： （如：板框式压滤机、努契式、转鼓式、带式压榨机） 真空过滤： （如：叶片或盘式过滤机、转鼓式、筒式过滤机） 深层过滤： （预涂层式、助滤剂、多孔塑料，陶瓷，分子筛） 膜过滤： （如：平板、管状、螺旋卷、中空纤维、毛细管膜过滤） 沉降式： 离心沉降 ；重力沉降 3.4.2液-固分离设备 设备分：过滤式离心机，沉降式离心机，压滤机，真空机。 （1） 过滤式离心机 适应范围：固相含量高，固体颗粒较大的悬浮液（d 10m） 过滤离心机
3、依靠滤网和离心力作用，共有五种类型。 离心式过滤机型：三足式，上悬式，刮刀卸料式，活塞卸料式，离 心卸料式等。 三足式 上悬式： 广泛用于化工、医药、轻工、食品等。如：制糖、盐、葡萄糖等 （6）旋转容器中的液体压强 液面上压力为 ， 离心加速度 ， 液体凹面底高度H0， 液体内任一半径 位置压强： 高速旋转液体压强： R 旋转容器内半径，m； r0 液体环内半径，m； 液体密度，kg/m3 卧式刮刀式： 广泛用于化工、制药、轻工、食品等行业。如：食盐，硫铵，碳酸 氢氨，聚氯乙烯等。 离心惯性力卸料式 ： 广泛应用于化工、小化肥、制药、食品等。 （2）沉降式离心机 适应分离范围：固相含量较少，固
4、体颗粒较小（d 10m ） 一般转速较高：n=70008000r/min。 常见机型： 螺旋卸料式沉降离心机（有：卧式；立式）； 沉降过滤式离心机 刮刀卸料卧式沉降离心机。 螺旋卸料式沉降离心机（卧式；立式） 广泛用于：化工、石油、冶金、制药、 轻工、食品、污水处理等 处理颗粒粒度 d10m 的悬浮液。 沉降过滤式离心机 ： 分：沉降段和过滤段 处理颗粒粒度 d10m 的悬浮液 3.4.3 液-液分离设备 常见机型：管式分离机，碟片式分离机，室式分离机 适应范围为乳浊液分离，含微量固体颗粒的乳浊液（d5m ） （1）管式分离机 广泛用于：医药、化工、食品等行业，如青霉素、细菌、萃取四环 素、燃
5、料油、胶乳分离、硝化甘油、苯酸、树胶、生物碱、乳品的 分离等 （2）碟片式分离机 3.4.4 离心机与分离机的轴功率 离心机与分离机主轴功率的计算 一般包括以下几方面： 启动阶段所需功率，分空载启动或带物料重载启动。 摩擦损耗所需功率，包括机械摩擦损耗和转鼓与空气之间摩擦 损耗。 卸料所需功率，依据不同的卸料方式计算其卸料功率。 （1）转动件空载启动功率N1： 转鼓及其它转动件启动加速过程所需功： 启动功率为： 式中：J转动部件的转动惯量，kg.m2； 转动部件的角速度，1/s。 （2）加速物料所需要的功率N2 物料由静止到额定转速的加速过程中所需要的功率及在额定转速 分离是的功率。 式中：Q
6、额定流量，m3/s； 分离物料的密度，kg/m3； r旋转物料厚度的平均半径，m。 （3）轴承摩擦损耗功率N3 P1、P2受静载与动载作用的离心机主轴承上的载荷 （4）空气摩擦消耗的功率N4 转鼓内外与空气产生摩擦损耗： 离心机总功率计算 ： 间歇式离心机 启动总功率Ns： 运行总功率Nr： 在压力差（加压、真空）的作用下，液体通过过滤介质。 过滤机的处理对象：固液相容性好，浓度较高 3.4.5 过滤机过滤机 （1）刮刀卸料式转鼓真空过滤机 （2）压滤机 应用：食品，冶金，颜料，染料，采矿，石油，医药，化工。 如：制糖，啤酒，油脂 3.4.6 压力式过滤设备 （1）单层或双层滤料过滤器 过滤介
7、质由细砂粒堆放，常见过滤砂粒有石英砂、大理石、 无烟煤和锰砂等。 罐内在0.050.1MPa 双流式过滤器 滤料为石英砂，平均粒径采用0.80.9mm 。 过滤器滤层总高为2.12.4m，中间排水装置设在离上表层 面0.60.7m的滤层处， 过滤介质：有纤维束式和纤维球式 由上部多孔板连接悬挂，下部连接活动孔板， 纤维状介质过滤 管式微孔过滤器 管式过滤介质：常用滤布芯、烧结芯、绕线芯及预涂层管芯。 尼龙网、乙烯超细纤维滤布、烧结芯是将细颗粒金属、无机物或 高分子材料等。 3.4.7 膜过滤 膜过滤是一种超细过滤技术，20世纪60年代发展起来。 过滤介质：是多种聚合物制成的过滤膜，结构至密，有
8、一定厚度。 截留粒径100.005m范围的固体颗粒和胶脂物。 膜过滤特点： 应用范围宽，实现超微细过滤，相当颗粒大小为纳米级。 分离效率高，处理范围大，设备简单，体积小，运行费用低。 能耗低，保持物理分离过程，不使物料发生相变。 过滤温度在室温或相对低温下，对处理热敏性物料特别有利。 膜过滤设备没有运动部件，维护保养方便，操作简单。 目前膜过滤材料成本相对较高。 过滤膜材料： 醋酸纤维素、聚醚、聚酰胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙 烯、聚酯、再生纤维、丙烯腈共聚物等有机膜。另外，无机膜材料 有：陶瓷膜、金属滤膜、氧化锆、-氧化铝、-氧化铝等。 成型膜组件为平板状、管状、中空纤维和毛细管状。
9、平板状 管状 中空纤维 毛细管状 膜过滤种类： （1）微滤：分离颗粒粒径在0.0210m；压差为0.10.5MPa （2）超微滤：分离颗粒粒径在0.0010.02m；压差为0.1 1.0MPa，过滤有大分子等。 （3）反渗透过滤：过滤颗粒粒径在0.00010.001m之间。 另外还有膜电解、电渗析、气体渗透、液膜技术等。 应用： 用于食品、饮料、医药、饮用水的精制、澄清和除菌，颜料的回 收，实验室制剂的澄清和分离等。 超微滤截留分子量大于300200000道尔顿的聚合物或胶体。 对果计、大豆蛋白、天然色素、添加剂等的分离与浓缩，医用纯 水、口服液的制备、血液透析、酒和醋酸的澄清与提纯等。 膜过
10、滤装置 ： 有过滤器、膜组件、泵、管路、控制阀和仪表等组成。 过滤器结构： 板框式膜器件；管束式膜器件 ；中空纤维和毛细管状膜件 ；螺旋卷式膜结构 。 膜的清洗和再生 膜污染物种类主要有： （1）无机物类：CaSO4、CaCO3、铁盐、磷酸钙复合物、 无机胶体、微固体颗粒等。 （2）有机物类：蛋白质、脂肪、碳水化合物、微生物、有机胶 体、凝胶、腐质酸、多羟基芳香化合物等。 物理法清洗： 正向冲洗，用高压泵打入洗液，将膜面污染物冲走。 变向冲洗，冲洗液正方向冲洗后，再反方向冲洗。 反压冲洗，正常循环用清水进行，反向以高压力的清水把膜内 污物冲出，由正常循环水带走。 振动清洗，在膜壳体上装空气锤，
11、使膜组件振动，按正循环 进水，把膜面振动下的污物带走。 排气冲水清洗，用空气强行吹入，迅速排气，并重新打入清 水，利用气与水界面的湍流作用把污物带出。 空气喷射，利用周期喷射进入的空气，扰动膜面，使膜上污 物疏松而脱落，然后由清水冲洗带出。 CO2清洗，CO2气体由排出口进入，透过膜组织，使污物脱 离，由清水把其带出。 化学法清洗： 用化学清洗剂进行，常见清洗剂有：稀减、稀酸、酶、表面 活性剂、络合剂、氧化剂等。 一般清洗过程采用正向、反向或变向冲洗，结合适当浸泡、 溶解、稳压和升温过程。 物理-化学法： 物理化学法清洗是上两种方法的结合，可以提高清洗效率。 清水中加入表面活性剂，可提高一半的
12、清洗效果； 先化学洗后清水洗； 空气与化学剂结合清洗； 物理过程与化学剂有效结合等。 3.5 液体物料的搅拌混合 搅拌混合主要实现以下目的： 使互溶物料均匀混合，达到工艺要求，得到均匀的混合产品。 操作种类如调和、搅拌、乳化、分散等。 使不互溶物料很好的相溶。如一种液相在另一种的均匀悬浮或 充分乳化，气相在液相中均匀分散、固相颗粒在液相中均匀 悬浮等。 促进传热或传质过程。如萃取、反应、侵取、溶解、结晶、 吸收、聚合、硝化等反应操作，提高反应速度，使反应物充 分接触，控制负反应。 搅拌器的种类： 如桨式、弯叶涡轮式、折叶涡轮式、推进式、锚式、框架式、螺带 式、齿片式、布鲁马金式、螺杆式、筒式等， 典型机械搅拌设备 ： 资料查阅与思考： 1、液体产品类制造工艺及设备 2、液体类介质的分离 3、混合搅拌设备
