非均相物系的分离

多孔固体介质：
用多孔陶瓷、塑料、金属等粉末烧结成型而制得的多孔 性片状、板状或管状的各种多孔性固体材料； 此类介质较厚，孔道细，能截留1～3mm的微小颗粒。
多孔膜：
由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤维膜 与聚酰胺膜； 膜过滤属精密过滤或超滤 (ultrafiltration) ，可以分 离5nm的微粒。 32
3.除去下一工序的有害物质（气体在进入压缩机 前，必须除去其中的液滴或者固体颗粒，在离开 压缩机后也要除去油沫或者水沫） 4.保障健康安全环保
非均相物系的分离操作几乎遍及所有化工厂， 所以： 1.了解常见非均相系的分离方法和使用场合； 2.弄清沉降、过滤分析的分离上午过程原因和 影响因素； 3.学会选用和操作典型非均相分离设备
分析重力沉降
重力沉降速度
根据牛顿第二定律
Fg-Fb-Fd=ma
Fd Fb

6
d 3 s g-

6
d 3 g-

4
d3
u 2
2
=ma
刚开始，u=0，a↑，当u达到一定值时，合力为零， 此时a=0颗粒便以恒定速度ut继续下降 a=0时
Fg
4d（s -） ut = g 3
分析重力沉降
重力沉降设备
一、降尘室
⒈结构
气体 进口 气体 出口
V ut H L u B V
作用：分离气固混合物
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⒉计算
简化假定：
将降尘室简化为高H、宽b、长L的矩形方体，入口端气 体中的颗粒均匀分布在整个截面上。
气流速度
沉降速 度
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公式推导：
停留时间(颗粒通过降尘室的时间):
t
R
= L/u ；u=qv/BH
我国已定型了多种旋风分离器，制定了标准系列， 常用的有 CLT 、 CLT/A 、 CLP/A 、 CLP/B 以及 CLK 型等。
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PV 型粗
旋风分离器
PV 型一、二级 PV 型外置
旋风分离器 旋风分离器
PV 型单级
旋风分离器 26
长岭炼油化工 有限公司的 旋风分离器在预组装
九江石油化工厂 的旋风分离器在 预组装
沉降时间(颗粒从高度为H 的顶部降至底部所需时间):
tt = H/ut 。
颗粒沉降的条件为tt≤ tR ，即
分离条件：
H L BLH ut u qv qv BLut
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离心沉降
实际速度
径向（沉 降）速度
切向速度
利用离心力的作用将非均相混合物中的颗粒分离出来的 单元操作称为离心沉降过程。
深层过滤：
过滤介质一般为介质层较厚的滤床类（如沙层、硅藻 土等）； 小于介质孔隙的颗粒可进入到介质内部，在长而曲折 的孔道中被截留并附着于介质之上； 深层过滤无滤饼形成，主要用于净化含固量很少 （<0.1%）的流体，如水的净化、烟气除尘等。
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二、过滤介质
滤饼支撑物，应有足够的机械强度和较小的流动阻力、相 应的耐腐蚀性和耐热性；多孔、理化性质稳定、耐用和可 反复使用。
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离心沉降
参照重力沉降速度 可推导出离心沉降速度：
4d ( s ) g ut 3
ur
u2T R g
2 4d ( s )uT 3 r
离心分离因数KC：
KC

(2Rn s )2 R g
物理意义： 要提高Kc，可以通过增大半径R和转速ns来实现，现实当 中通过增大转速并适当减小半径来实现Kc的增大
6
沉降
沉降是借助外力作用，使两项发生相对运动而 实现分离的操作。有离心沉降、重力沉降和惯性沉 降
重力沉降：在重力的作用之下，使流体和 颗粒之间发生相对运动而得以分离的操作。 它可以分离含尘气体和悬浮液。
7
分析重力沉降
重力沉降速度 根据颗粒在沉降过程中是否受到其他粒子、 流体运动、器壁的影响，将沉降分为自由沉降 和干扰沉降。 自由沉降：颗粒在沉降过程中不受周围颗粒、 流体以及器壁的影响，是一种理想的沉降状态。
重力沉降速度
阻力系数是颗粒与流体运动时雷诺数的函 数 =f（Re t）
Fd Fb
Ret=
dut

在生产中非均相物系的颗粒有时并非球 形颗粒。非球形颗粒和球形颗粒的差异 用球形度φ s来表示
Fg
与实际颗粒体积相等的球形颗粒表面积 实际颗粒的表面积
分析重力沉降
Fd
重力沉降速度
与实际颗粒体积相等的球形颗粒表面积 实际颗粒的表面积
织物介质：
最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)； 由天然纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成， 如棉花、麻、羊毛、丝、石棉等，以棉织的帆布、斜纹布 及毛织的呢绒等应用最广； 可截留的最小颗粒视网孔大小而定，一般在几到几十 （5～65μm）微米范围。
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粒状介质：
由细石、沙、木炭、硅藻土之类的固体颗粒堆积而成的 床层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清； 常用于深层过滤。
阻力系数 ξ 主要由旋风分离器的结构决定 , 常用型号的 旋风分离器ξ值在5.0～8.0 之间；
标准旋分：ξ= 8.0
压降一般控制在 0.5~2kPa 左右，采取缩小直径、多台并 联的方式满足分离效率与大气量的要求。
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旋风分离器的结构特点及分类
旋风分离器分类繁多，分类方法也各有不同；
按结构形式可分为：长锥体、圆筒体、扩散式以及 旁通式。

g
根据经验值可知， 沉降过程中的大多 数属于层流区，因 此在进行试差时， 通常设在层流区
分析重力沉降
分析重力沉降
1.重力沉降速度 2. 实际沉降---干扰沉降，在沉降过程中受到的 干扰因素 （1）颗粒含量的影响 （2）颗粒形状的影响 （3）颗粒大小的影响 （4）流体性质的影响 （5）流体流动的影响 （6）器壁的影响
5
常见的非均相物系如何分离呢？
沉降分离法----利用连续性相和分散相之间的
密度差异和外界某种机械力的作用，使颗粒 和流体发生相对运动而分离。有重力沉降、 离心沉降、惯性沉降 过滤分离法----利用两种相对多孔介质穿透性 的差异，在某种推动力的作用之下分离 。有 重力过滤、加压过滤、离心过滤 静电分离法、湿洗分离法、声波尘除和热尘 除法......
用助滤剂配成悬浮液，在正式 预涂 过滤前用它进行过滤，在过滤 介质上形成一层由助滤剂组成 的滤饼。
Байду номын сангаас
加入方法
将助滤剂混在滤浆中一起过滤
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过滤设备
压滤设备（板框压滤机、转筒真空过滤机）
离心过滤设备（三足式离心机、卧式刮刀
卸料离心机）
三足式离心机
卧式刮刀卸料离心机
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0.44
分析重力沉降
重力沉降速度
当φ s=1时，根据雷诺数的大 小可将图分为三个沉降区
1.层流区---斯托克斯定律 d 2 ( s ) u t g 18 2.过渡区---艾伦定律 d 2 ( s ) u t 0.27 Re t 0.6 g 18 3.湍流区---牛顿区定律 u t 1.74 d 2 (t )
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一、过滤方式
滤饼过滤(表面过滤)：
过滤介质为织物、多孔材料或膜等， 孔径可大于最小颗粒的粒径。过滤初 期，部分小颗粒可以进入或穿过介质 的小孔，后因颗粒的架桥作用使介质 的孔径缩小形成有效的阻挡。 被截留在介质表面的颗粒形成滤渣层（滤饼），透过滤 饼层的则是被净化了的滤液。 随滤饼的形成，真正起过滤介质作用的是滤饼，而非过 滤介质本身，故称作滤饼过滤。 滤饼过滤主要用于含固量较大（>1%）的场合。 29
分析重力沉降
Fd
重力沉降速度 如图所示，直径为d，密度为ρs的光 滑球形颗粒至于密度为ρ的静止流体中， 开始自由降落。 此时 重力——Fg= d 3 s g
浮力——Fb=
Fb
Fg

6 6
d3 g
阻力——Fd= A
u 2
2
1. 为阻力系数，没有单位 2.A为颗粒在垂直其运动方 2 S= 向上的投影面积， 4 d 3.u为颗粒的相对降落速度
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离心沉降设备
一、旋风分离器
基本结构与操作原理
用途：适用于含颗粒浓度为 0.01 ～ 500g/m3 、 粒 度 不 小 于5μm的气体净化与颗粒回 收操作，尤其是各种气 - 固 流态化装置的尾气处理。
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旋风分离器的压降：
旋风分离器的特点：流量大、压头低。 经验公式： 1 2 p u i 2
上海氯碱股份有限公司 的氧氯化反应旋风分离 器在预组装
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过滤的基本概念
过滤：利用重力或人为造成的压差使 悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体 颗粒截留，从而实现固 - 液分离的单 元操作。
悬浮液 (滤浆) 滤饼 过滤介质
滤液
滤浆——液固悬浮液，过滤的原料。 滤液——过滤后得到的液体产品。 滤饼——过滤后得到的固体产品。
非均相物系的分离
概述 常见非均相物系分析的方法 重力沉降和离心沉降 过滤
1
概 述
非均相物系是指存在两个（两个以上）相的混合 物，比如雾（气相-液相）、烟尘（气相-固相） 等为气体非均相系；悬浮液（液相-固相）、乳浊 液（两种不同的液相）等液体非均相系，还有两 种不同固体构成的固体非均相物系
2
分散相：物系中处于分散状态的物质 如：催化裂化烟道气中的颗粒，炼厂污 水中的油滴等。
连续相：包围分散物质且处于连续状态的物质， 又称为分散介质。
3
非均相物系分离在生产中有哪些应 用呢？
1.满足对连续性相和分散相进一步加工的需要
缓 冲 器 废 气 氨 水
碳酸氢 氨悬浮液
碳 化 塔
旋 风 分 离 器
离 心 机
滤 渣 C O 2
器 燥 干 流 气
风 机
产 品
滤 液
4
2.回收有价值的物质
对于非球形颗粒时，要计算雷诺数，应该取de=d，则
Fb
de= 3
6Vp

Vp 是颗粒的体积，m3
Fg
阻力系数ξ：
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分析重力沉降
重力沉降速度
当φ s=1时，根据雷诺数的大 小可将图分为三个沉降区
1.层流区（斯托克斯区） 10-4 R e t 2 24 Re t 2.过渡区（艾伦区） 2 R e t 103 18.5 Re t 0.6 3.湍流区（牛顿区） 103 R e t 2 105
三、滤饼的压缩性和助滤剂
1 滤饼的压缩性 颗粒有一定的刚性，所 不可压缩滤饼: 形成的滤饼并不因所受 的压力差而变形。 滤饼 颗粒比较软，所形成的滤 饼在压差的作用下变形， 可压缩滤饼: 使滤饼中的流动通道变小 ，阻力增大。
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2 助滤剂 助滤剂—具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。
加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力