化工基础概论 第二章 非均相物系的分离

2.2.2旋风分离器
1、旋风分离器的构造和操作原理
2、旋风分离器的选用
1、旋风分离器的构造和操作原理
A D D D D D H1 2 D H 2 2 D S D2 B D1 4 2 4 2 8
图 2-4 为一标准型旋风分离器构造示意图，以圆筒直径 D 表示其它部分的比例 尺寸。旋风分离器的主体上部为圆筒形，下部为一圆锥形底，锥底下部有排灰 口，圆筒形上部装有顶盖，侧面装一与圆筒相切的矩形截面进气管，圆筒的上 部中央处装一排气口。 含尘气体由圆筒上侧面的矩形进气管以切线方向进入，由于圆筒器壁的约束作 用，含尘气体只能在圆筒内和排气管之间的环状空间内向下作螺旋运动，如图 2-5 中实线所示。在旋转过程中，含尘气体中的颗粒在离心力的作用下被甩向器 壁，与器壁撞击后，因本身失去能量而沿器壁落至锥形底后由排灰口排出。经 过一定程度净化后的气体（因不可能将全部尘粒除掉）从圆锥底部自下而上作 旋转运动到排气管中排出，如图 2-5 中虚线所示。
1、板框压滤机
但很多过滤操作要求在卸渣前对滤渣进行洗涤，用于这种情况的过滤机的滤板有两种，一 种是板上开有洗涤液通道的， 称为洗涤板， 另一种是板上没有洗涤液通道的， 称为过滤板。 滤液通过滤布沿滤板上的棱状表面流下，汇集于滤板下部，经旋塞放出。滤渣则被截留在 滤框内。当操作一段时间后，滤渣充满滤框时，若滤渣不需洗涤，则可放松压紧装 滤板和滤框可用金属、塑料或木柴制造，一般均为正方形。滤板通常比滤框簿。过滤的操 作压力一般为 294～981kPa。 板框过滤机的优点是：结构简单、操作容易、故障少、保养方便；单位过滤面积占地少， 过滤面积选择范围宽；过滤压力较高、滤渣的含水率低，便于用耐腐蚀材料制造；对物料 的适应性强。 它的主要缺点是：操作不能连续自动，劳动强度大。它适用于过滤粘度大、微粒细、固体 含量低的难过滤悬浮液，也比较适用于多品种、小规模的生产情况。 近年来研制成多种自动操作的板框过滤机，使过滤效率和劳动强度都得到很大地改善。
第二章 非均相物系的分离与设备
2.1常见非均相物系的分离方法及应用
• 非均相物系是指物系中存在着两相或更多的相， 就含有两相的非均相物系而言其中一相为分散物 质或称为分散内相，以细微的分散状态存在。包 围在分散物质各个粒子的周围பைடு நூலகம்另一相称为连续 相。根据连续相的物理状态不同，非均相物系可 分为两类：一、当连续相为气体时称为气态非均 相物系，如含尘气体和含雾气体；二、当连续相 为液体时称为液态非均相物系，例如悬浮液、乳 浊液以及含有气泡的液体，即泡沫液等。
2、旋液分离器
旋液分离器是利用离心沉降的原理从悬浮液中分离颗粒的设备。其结构和操作 原理与旋风分离器的大体相同，设备主要由圆筒和圆锥两部分构成，如图 2-7 所示。旋液分离器不能将固体微粒与液体介质完全分开，悬浮液经入口管由切 向进入圆筒，向下作螺旋形运动，固体微粒受离心力的作用被甩向器壁，并随 旋流降到锥底的出口，由底部排出的稠厚液称为底流，清液或只含有很细微粒 的液体，则形成螺旋上升的内旋流，由器壁的溢流管排出，称为溢流；由于离 心力的作用，在内层旋流中心还有一个处于负压的空气蕊.；旋液分离器的底部 出口是打开的，调节此口的开度，可以调节底流量与溢流量的比例，从而可使 几乎全部或仅使一部分微粒从底流中排出，使全部微粒从底流中排出并得到稠 厚浆液的操作，称为增稠；
2.3.2过滤设备
1、板框压滤机
2、叶滤机 3、转鼓真空过滤机 4、离心过滤机
1、板框压滤机
板框压滤机是由许多块滤板和滤框交替排列组装而成，如图 2-11（a）所示。滤 板和滤框的构造如图 2-11（b）所示。滤板具有棱状的表面，形成了许多沟槽的 通道，板与框之间隔有滤布，装合时用压紧装置将一组板与框压紧。压紧后， 滤框与其两侧的滤板所形成的空间便构成了一个过滤空间。由于一台板框压滤 机由若干块板和框组成，故有数个过滤空间。每一块滤板和滤框的角上皆有孔， 当板、框叠合后即形成料液和洗涤液的通道。 过滤时，悬浮液在压力作用下经料液通道进入滤框内，滤液通过，滤渣被滞留 覆盖在滤板上，过滤结束后，松开板框，取出滤渣，再将滤板、滤框和滤布洗 净后重新装合，即可进行下次过滤。
3、沉降式离心机
①管式高速离心机
②碟式离心机
①管式高速离心机
这种离心机的内径较小，通常为 75～150mm，为了保证物料在转鼓内有足够的 沉降时间，故转鼓长度较长，约为 150mm。为了产生高强度的离心力场，所以 采用高转速（转速可达 8000～50000r/min） 。 如图 2-9 所示，料液（悬浮液或乳浊液）由底部进料管进入转鼓内，转鼓上装有 三块互成 120° 的纵向平板，以便带动液体迅速旋转。料液自下而上流动的过程 中将轻、重液分成同心环状液层，分别由轻、重相出口排出。如处理的是悬浮 液，则只用一个液相出口，而固体颗粒沉降在转鼓壁上，操作一周期后停车取 出沉渣。 这种离心机的运转可靠、结构简单，能分离普通离心机难以处理的物料，如乳 浊液的分离，但与其它高速离心机相比，其容量小、效率低，故不宜处理固相 含量高的悬浮液。
4、离心过滤机
当待分离的悬浮液中固体颗粒较大，且含量也较多时，可在过滤式离心机中进 行分离，如图 2-15 所示。这种离心机的转鼓壁上开有若干小孔，若固体颗粒较 大时，可在转鼓的内壁上覆盖一层金属网作为过滤介质，若颗粒较小时，可在 金属网上再盖上一层滤布。悬浮液加在高速旋转的转鼓内，悬浮液中的液体受 到离心力的作用穿过滤布及转鼓上的小孔流出，而固体颗粒则被截留在转鼓内， 即完成了两相的分离任务。与过滤相比，离心过滤不仅过滤速率快、时间短， 而且所得的滤饼含液量较少。
2.3液-固分离
2.3.1沉降设备
2.3.2过滤设备 2.3.3湿式除尘设备 2.3.4静电除尘器
2.3.1沉降设备
1沉降器
2旋液分离器 3沉降式离心机
1沉降器
沉降器是处理悬浮液的重力沉降设备，沉降器可分为：间歇式、半连续式和连 续式三种。 在化工生产和环保部门广泛使用的是连续式沉降槽 （又称增稠器） 如图 2-6 所示。 连续沉降槽是一个底部略具圆锥形的不深的圆槽。槽内装有转速为 0.025~0.5r/min 的耙集桨，桨上固定有钢耙。液体连续地沿送液槽从上方中央进 入，浓稠的沉淀沉降到器底，并被耙慢慢地集聚于器底中心，然后经排出管， 用泵连续地排出。澄清液经上口周缘的溢流槽连续排出。 沉降槽适于处理固体微粒不太小，浓度不高，但处理量较大的悬浮液。 沉降槽的优点是结构简单、操作结处理量大且增稠物的浓度均匀。缺点是设备 庞大，占地面积大、分离效率较低等。
2、净化分散介质以获取纯净的气体或液体。
•
3、环境保护的需要 •
2.2气-固分离
2.2.1降尘室
2.2.2旋风分离器
2.2.1降尘室
降尘室是借重力沉降来分离气固非均相物系的设备。在重力场中，借连续相和分散相的密度差异使两 相得以分离。例如空气中的尘粒因受重力作用而降到地面，从而使尘粒从空气中分离出来。 最简单的设备形式有降尘气道如图 2-1 所示。降尘气道具有相当大的横截面积和一定的长度。当含尘 气体进入气道后，其流通面积增大，流速降低，使得灰尘在气体离开气道以前，有足够的停留时间沉 到室底而被除去。 图 2-2 为降尘室的示意图，含尘气体由气体入口进入降尘室后，气体中的尘粒一方面随着气流在水平 方向流动，其速度与气流速度 u 相同，另一方面在重力作用下以沉降速度在垂直方向向下运动。只要 含尘气体从降尘室入口到出口所需的停留时间等于或大于尘粒从降尘室的顶部沉降到底部所需的沉降 时间，尘粒即可被分离出来（即尘粒沉降在降尘室内不被带走） 。 降尘室的生产能力仅与其沉降速度 ut 和降尘室的沉降面积 A 有关，而与降尘室的高度无关。因此也可 将降尘室做成多层，如图 2-3 所示称为多层降尘室。室内以隔板均匀分成若干层，隔板间距为 40~100mm。
2.1常见非均相物系的分离方法及应用
• 在工业生产中按照生产的要求，需要将某些非均相物系中的分散相与连续相分离，常 见于以下方面： 在制糖工业中，从结晶器出来的晶体中，以及从气流干燥器出来的气体中，都含有大 量的固体颗粒（糖粒），此时须收取这些悬浮的微粒，以获得成品。又如，从流化床 反应器出来的气体中需要回收催化剂颗粒以便循环使用。 例如：在接触法制硫酸的生产过程中，从沸腾焙烧炉出来的炉气内，除含有二氧化硫 气体外，还含有大量的灰尘和杂质，故必须对炉气进行一系列的净化处理，否则将会 造成转化器触媒中毒、干燥塔堵塞及成品酸不合格等严重情况。 在工厂排放废气和废液之前，应将其中的有害物质除去，满足排放标准，以保护环境。 随着环保要求的提高，在尽量减小污染的问题上，非均相物系的分离这一单元操作， 将发挥其特有的作用。 1、回收分散物质，以获得有用物质。 •
2、旋风分离器的选用
旋风分离器由于其具有结构简单、制造方便、分离效率高，可处理高温气体等 优点，故在工业生产中广泛应用。为满足各种不同含尘物系的分离要求，已设 计和制造了多种型式的旋风分离器供选用。 我国生产的旋风分离器型号有 CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B 及扩散式等。上述 代号中 C 表示除尘器，L 表示离心式，A、B 为产品类别等，其详细尺寸及主要 性能可查有关资料及手册。选用旋风分离器的型式及主要尺寸的依据是：含尘 气体的性质、气体的处理量（主要指体积流量） 、要求的分离效率及其允许的压 力损失等。通常选用旋风分离器时应在高效率和低阻力之间进行权衡。 旋风分离器用以分离粒径为 5~200μm 的尘粒较为适宜。 大于 200μm 的颗粒应先 在降尘室中除去，以免旋风分离器磨损严重。小于 5μm 的颗粒，应在袋滤器或 湿式除尘器中捕集。
②碟式离心机
碟式离心机的转鼓内装有许多倒锥形碟片，碟片直径一般为 0.2~8m，碟片数约 为 50~100 片。两个碟片间的间隙很小，一般为 0.25~1.25mm。各碟片在两个相 同位置上都开有小孔，当各碟片迭起时，可形成几个通道。转鼓的转速一般为 4700~8500r/min。此种离心机可用作分离或澄清两种情况。 如图 2-10 所示，料液从顶部中心管 1 加入离心机内，流到底部后再上升，经各 碟片小孔形成的孔道，使料液在各碟片间分布或若干薄液层。 分离乳浊液时，在离心力作用下重液靠近碟片的内侧，并沿径向往外移动，最 后从重液出口 3 流出；轻液沿碟片外侧向中央移动，由轻液出口 4 流出。分离 悬浮液时，固体颗粒向碟片的内侧沉降，并沿碟片下滑，沉积于转鼓的周边， 当累积至一定量时，停机卸出。 这种离心机由于沉降距离很小，沉降面积较大，故分离效果较好。
2、叶滤机
叶滤机主要由一个垂直放置或水平放置的密闭圆柱滤槽和由许多滤叶组成，如 图 2-12 所示为一垂直加压圆形滤叶过滤机的示意图。
3、转鼓真空过滤机
如图 2-13 和图 2-14 所示为一台转鼓真空过滤机的外形图和操作简图。 过滤机的 主要部分包括转鼓、滤浆槽、搅拌槽、搅拌器和分配头。转鼓长度和直径之比 约为 1/2～2。转鼓里一般有 10～30 个彼此独立的扇形小滤室，在小滤室的圆弧 形外壁上，装着覆以滤布的排水筛板，这样便形成了圆柱形过滤面。每个小滤 室都有管路通向分配头，使小滤室有时与真空源相通，有时与压缩空气源相通。 运转时浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的 30%～40%。 每旋转一周， 过滤 面积的任一部分，都顺次经历过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等阶段。因此， 每旋转一周，对任何一部分表面来说，都经历了一个操作循环，而任何瞬间， 对整个转鼓来说，其各部分表面都分别进行着不同阶段的操作。
2、旋液分离器
如使大直径微粒从底流中排出，小直径微粒从溢流中排出的操作，称为分级， 还可以通过对底流量与溢流量之比的调节，控制两部分中微粒大小的范围。 旋液分离器的直径与长度之比通常比较小，这样有利于增大分离作用力，同时 增大了液流的行程，从而延长了停留时间，锥形段的斜度一般为 10~20o。由于 旋液分离器较重力沉降设备构造简单，无运动部分，占地面积小，处理能力大， 设备费用低，有利于实现工艺连续化、自动化，故近年来在工业生产上应用日 广，旋液分离器往往是很多个串联起来使用，它可以从液流中分出直径为几 μm 的小微粒，通常是作为分级设备来使用,由于圆筒直径小（常见的范围是 50~300mm） ，液体进口速度大（可达到 10m/s） ，故流体阻力很大，磨损也较严 重。