《化工单元操作》教学课件

《化工单元操作》教学课件制作:何灏彦模块四 非均相物系的分离1 1、 、均相混合物 均相混合物: :物系内部各处性质完全相同且无相 界面；非均相混合物2 2、非均相物系包括 、非均相物系包括气固系统 气固系统( (空气中的尘埃 空气中的尘埃) )、 、液固 系统 系统( (液体中的固体颗粒 液体中的固体颗粒, ,即 即悬浮液 ) )、 、气液系统 ( (气体中的液滴 气体中的液滴, ,即 即泡沫或雾沫 ) )、 、液液系统 液液系统( (乳浊 液中的微滴 液中的微滴))等。

其中尘埃、固体颗粒、气泡和微滴等统称为 分散物质 分散物质( (或称 或称分散相 分散相) )，而非均相物系中的气体、 液体称为分散介质 液体称为分散介质( (或称 或称连续相 连续相) )。

任务一 了解非均相物系的分离过程及其应用一、常见非均相物系分离的方法① ①沉降 沉降: :依据连续相和分散相的密度不同，有依据连续相和分散相的密度不同，有重力沉降、 离心沉降和惯性沉降 。

② ②过滤 过滤: :依据两相在固体多孔介质透过性的差异，有 依据两相在固体多孔介质透过性的差异，有重力 过滤、加压（或真空）过滤和离心过滤 。

③ ③湿法分离湿法分离：依据两相在增湿剂或洗涤剂中接触阻留情况 不同，如 不同，如文氏洗涤器、泡沫除尘器文氏洗涤器、泡沫除尘器 。

④ ④静电分离 静电分离：依据两相带电性的差异。

：依据两相带电性的差异。

二、非均相物系分离在化工生产中的应用① 满足后序生产工艺的要求② 回收有价值的物质③ 分离非均相混合物，得到所要求的产品④ 使某些单元操作正常、高效地进行减少环境污染，保证生产安全⑤ 减少环境污染，保证生产安全任务二 认知非均相物系的分离设备强化沉降槽操作的方法强化沉降槽操作的方法是提高颗粒 沉降速度。

为加速分离常加入聚凝剂或絮凝剂，使小颗粒相互结合成大颗粒。

沉降槽构造简单，生产能力大，劳动条件好；但设备庞大、占地面积大，稠浆的处理量大。

一般用于大流量、低浓度、较粗颗粒悬浮液的处理。

一、沉降设备（一） 重力沉降设备重力沉降设备 1.1.沉降槽 从悬浮液中分离出清液而留下稠厚沉渣的重力沉降设 备称为沉降槽。

备称为沉降槽。

• 2. 多层降尘室多层降尘室 • 结构简单、操作成本低廉、对气流的阻力 小、动力消耗少等优 点；缺点是体积及占 地面积较为庞大、分 离效率低。

离效率低。

• 适于分离重相颗粒直 径在 径在75 75μ μm m 以上以上的气 体非均相混合物。

体非均相混合物。

3. 降尘气道气道中折流挡板的作用有二个：第一增加了气体在气 道中的行程，从而延长气体在设备中的停留时间；第二对 气流形成干扰，使部分尘粒与挡板发生碰撞后失去动能， 直接落入器底或集尘头内。

构造简单，可直接安装在气体管道上，所以无需专门 的操作，但分离效率不高。

的操作，但分离效率不高。

( (二 二) )离心沉降设备离心沉降设备 1. 旋风分离器旋风分离器工作原理 工作原理 ：含尘气体以 含尘气体以20 20～ ～ 30m/s30m/s 的流速从进气管沿切向 进入旋风分离器，受圆筒壁的 约束旋转，做向下的螺旋运动 （ （外旋流 外旋流），到底部后，由于 底部没有出口、且直径较小， 使气流以较小的旋转直径向上 作螺旋运动（ 作螺旋运动（内旋流内旋流），最终 从顶部排出。

含尘气体作螺旋运动的过 程中，在离心力的作用下，尘 粒被甩向壁面，碰壁以后，沿 壁滑落，直接进入灰斗。

结构简单，操作不受温度和压 力的限制，分离效率可以高达 力的限制，分离效率可以高达 70 70％～ ％～90 90％，可以分离出小到 ％，可以分离出小到 5 5μ μm m 的颗粒；其缺点是气体在 器内的流动阻力较大，对器壁 的磨损较严重，分离效率对气体流量的变化较为敏感等。

体流量的变化较为敏感等。

2. 旋液分离器旋液分离器是离心沉降悬浮液的设备，其结构和工作原理与旋风分离 器类似。

由于悬浮液中液相密度大，固、 液两相的密度差比气固间的密度差 小，所以旋液分离器的直径比旋风分 小，所以离器的直径小，而圆锥部分长，这样 离器的直径小，而圆锥部分长的结构既可增大离心力，又可加长停 留时间。

由于液体进口速度较大，故 流体阻力也较大，磨损也较严重。

旋液分离器可用于悬浮液的增稠、 固体颗粒的分级等。

固体颗粒的分级等。

二、过滤设备（一）板框压滤机通过直接给悬浮液加压，迫使其穿过过滤介质来实现 过滤的目的。

过滤的目的。

1.结构1.由交替排列的滤板、滤框与夹于板框之间的滤布叠合 组装压紧而成。

板框数视工艺要求在机座长度范围内可灵 活调节。

组装后，在板框的四角位置形成连通的流道，由 机头上的阀门控制悬浮液、滤液及洗液的进出。

机头上的阀门控制悬浮液、滤液及洗液的进出。

2 2、板框压滤机为间歇操作，每个操作循环由、板框压滤机为间歇操作，每个操作循环由装合、过滤、 洗涤、卸饼、清理 洗涤、卸饼、清理55个阶段组成。

优点优点是结构简单，过滤面积大且占地面积小，操作压 强高，滤饼含水少，对各种物料的适应能力强。

强高，滤饼含水少，对各种物料的适应能力强。

缺点缺点在于 操作不是连续的、自动的，所费的劳动力多且劳动强度大。

板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤。

板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤。

3. 3.转筒真空过滤机转筒真空过滤机 • (1) (1)结构与原理：结构与原理： • 转筒的多孔表面上覆盖滤布，内部分隔成互不相通的 若干扇形过滤室。

转动盘与机架上的固定盘紧密贴合构成 分配头，转筒回转时各过滤室通过分配头依次与真空抽滤 系统、洗水抽吸回收系统和压缩空气反吹系统相通。

为了不使这些系统彼此串通，在固定盘上设有不与任何通道相通的非开孔区道相通的非开孔区。

。

• （ （2 2）过滤操作：）过滤操作： • 转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空过滤、 洗涤、脱水、吸干滤饼和压缩空气吹松、刮刀卸料、反吹 清洗表面等全部操作，相应分为过滤区、洗涤脱水区、卸 料区和表面再生区等几个工作区域。

料区和表面再生区等几个工作区域。

• 转筒转速多在 转筒转速多在0.1 0.1～ ～3 r/min3 r/min ，浸入悬浮液中的吸滤 面积约占总表面的 面积约占总表面的30 30～ ～40 40% %。

• （ （3 3）特点：）特点： • 具有操作连续化、自动化、允许料液浓度变化大等特 点，因此节省人力，生产能力大，适应性强。

但结构复 杂，过滤面积不大，洗涤不充分，滤饼含液量较高（ 杂，过滤面积不大，洗涤不充分，滤饼含液量较高（10 ％～ ％～30 30％），能耗高，不适宜处理高温悬浮液。

％），能耗高，不适宜处理高温悬浮液。

3. 转筒真空过滤机三、离心机了解离心机 了解离心机( (三足式离心机、刮刀卸料式离心机 三足式离心机、刮刀卸料式离心机) )的 结构、工作原理、操作特点及应用范围。

结构、工作原理、操作特点及应用范围。

四、气体的其它净制方法及设备四、气体的其它净制方法及设备1. 惯性除尘器是利用夹带气流中的颗粒或液滴的惯性而实现分离的设备。

在气体的通道上设置挡板，气体绕过挡板时流动方向改变，而夹带在气流中的固体颗粒或液滴撞击挡板后则落入底部被扑集下来。

操作时，要控制气流的速度，使之既能进行有效地分离，又不致将沉下来的颗粒重新卷起。

粒重新卷起。

2. 湿法分离法（ （11）文丘里除尘器 含尘气体以 含尘气体以5050­­ 100m/s100m/s 的高速通过喉部时 把液体喷成很细的雾滴，促使灰尘润湿而促使灰尘润湿而聚集长 大 大，随后将气流引入，随后将气流引入旋风 分离器分离器，达到分离的目的。

文丘里除尘器结构简单紧凑、价格低廉、操作简便；不过阻力较大，压力降在 力降在2000 2000— —5000Pa5000Pa 范围 内。

内。

（ （2 2）泡沫除尘器 ）泡沫除尘器 • 气体中的尘粒一部分（较大尘粒）被从筛板泄 漏下来的液体带出并由器 底排出，另一部分（微小 尘粒）则在通过筛板后被 泡沫层所截留，并随泡沫 液经溢流板流出。

液经溢流板流出。

• 具有分离效率高、构 造简单、阻力较小等优 点，当气体中所含的微粒 大于 大于5 5μ μm m 时，分离效率可 高达 高达99% 99%，而压力降仅为 ，而压力降仅为 4~23KPa 4~23KPa 。

但对设备的安 装要求严格，特别是筛板 的水平度对操作影响很大。

的水平度对操作影响很大。

• （ （3 3）湍球塔 ）湍球塔 •湍球塔是一种高效除 尘设备，其主要构造是在 塔内栅板间放置一定量的 轻质空心塑料球 轻质空心塑料球。

• 由于受到经栅板上升 的气流冲击和液体喷淋， 以及自身重力等多种力的 作用，轻质空心塑料球 作用，轻质空心塑料球悬 浮起来，剧烈翻腾旋转， 并互相碰撞， 并互相碰撞，使气液得到 充分接触，除尘效率很高。

空心塑料球常用聚乙烯或 聚丙烯等材料制成。

聚丙烯等材料制成。

• 3. 3.袋滤器 袋滤器 • 含尘气体由下部进入袋滤 器，气体由外向内穿过支撑于骨 架上的 架上的滤袋 滤袋，洁净气体汇集于上 部由出口管排出，尘粒被截留于 滤袋外表面。

清灰操作时，开启 压缩空气以反吹系统，使尘粒落 入灰斗。

入灰斗。

•具有除尘效率高、适应性强、 操作弹性大等优点，可 操作弹性大等优点，可除去 除去 1 1μ μm m 以下的尘粒 以下的尘粒，常用作最后 一级的除尘设备。

但投资费用 高，占用空间较大，容易堵塞， 袋滤器磨损较快，除灰较麻烦， 受滤布耐温、耐腐蚀的限制，不 适宜于高温（ 适宜于高温（>300 >300℃ ℃）的气 体，也不适宜带电荷的尘粒和粘 结性、吸湿性强的尘粒的捕集。

结性、吸湿性强的尘粒的捕集。

4.4.静电除尘器 ① 工作原理 含有悬浮尘粒或雾滴的气体通过金属电极间的高压 过金属电极间的高压直流静电场 直流静电场，使，使气体发 生电离生电离；在电离过程中，产生的离子碰撞并 附着于悬浮尘粒或雾滴上使之带电；带电的粒子或液滴在电场力作用下向着与其电性相反的收尘电极运动并吸附于电极而恢复中性。

吸附在电极上的尘粒或液滴在震动或冲洗电极时落入灰斗，从而实现对含尘或含雾气的分离。

② 特点 静电除尘器能有效地捕集 静电除尘器能有效地捕集0.1 0.1μμm 甚至更小的烟尘或雾滴，分离效率可高达甚至更小的烟尘或雾滴，分离效率可高达 99.99%99.99%，阻力较小，气体处理量可以很大。

低温操作时性能良好，也可用于 低温操作时性能良好，也可用于500 500℃℃左右 的高温气体除尘。

缺点是设备费和运转费都较高，安装、维护、管理要求严格。

较高，安装、维护、管理要求严格。