(化工原理)非均相物系的分离
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.过滤介质 过滤过程所用的多孔性介质称为过滤介质。性能优良 的过滤介质除能够达到所需分离要求外，还应具有足够的 机械强度，尽可能小的流过阻力，较高的耐腐蚀性和一定 的耐热性，最好表面光滑，滤饼剥离容易。 工业常用过滤介质主要有织物介质、多孔性固体介质 和微孔滤膜等。 （1）织物介质 是由天然或合成纤维、金属丝等编织而 成的筛网、滤布，适于滤饼过滤，一般可截留的粒径5μm 以上的固体微粒。
另外，膜过滤作为一种精密分离技术，近年来发展很 快，已应用于许多行业。膜过滤是利用膜孔隙的选择透过 性进行两相分离的技术。以膜两侧的流体压差为推动力， 使溶剂、无机离子、小分子等透过膜，而截留微粒及大分 子。
工业生产中悬浮液固相含量一般较高(体积分数大于 1%),因此本节重点讨论滤饼过滤。
第二节 过滤
化工原理
第四章 非均相物系的分离
第一节 概 述
一、非均相混合物的分离在工业中的应用
非均相混合物的分离在工业生产中主要应用于以下几点：
1．回收有用的分散相 收集粉碎机、沸腾干燥器、喷雾干燥器等设备出口气 流中夹带的物料；收集蒸发设备出口气流中带出的药液雾 滴；回收结晶器中晶浆中夹带的颗粒；回收催化反应器中 气体夹带的催化剂，以循环应用等。
（4）微孔滤膜，是由高分子材料制成的薄膜状多孔介 质。适用于精滤,可截留粒径0.01μm以上的微粒,尤其适 用于滤除0.02～10μm的混悬微粒。
第二节 过滤
4.滤饼的压缩性和助滤剂
(1)滤饼的压缩性 若构成滤饼的颗粒是不易变 形的坚硬固体颗粒,则当滤饼两侧压力差增大时, 颗粒形状和颗粒间空隙不发生明显变化,这类滤饼 称为不可压缩滤饼；有的悬浮颗粒比较软，所形 成的滤饼受压容易变形,当滤饼两侧压力差增大时, 颗粒的形状和颗粒间的空隙有明显改变,这类滤饼 称为可压缩滤饼。滤饼的压缩性对过滤效率及滤 材的可使用时间影响很大,是设计过滤工艺和选择 过滤介质的依据。
助滤剂的使用方法有预涂法和掺滤法两种。预涂是把 助滤剂单独配成混悬液先行过滤,在过滤介质表面形成助 滤剂预涂层,然后再过滤滤浆。掺滤是把助滤剂按一定比 例直接分散在待过滤的混悬液中,一起过滤，其加入量约 为料浆的0.1%～0.5%（质量分数）。由于助滤剂混在滤饼 中不易分离,所以当滤饼是产品时一般不使用助滤剂。
第二节 过滤
(2)助滤剂 为了减小可压缩滤饼的过滤阻力,可采用 助滤剂改变滤饼结构,以提高滤饼的刚性和孔隙率。助滤 剂是有一定刚性的粒状或纤维状固体,常用的有硅藻土、 活性炭、纤维粉、珍珠岩粉等。助滤剂应具有化学稳定性, 不与混悬液发生化学反应,不溶于液相中,在过滤操作的压 力差范围内具有不可压缩性。
第二节 过滤
（a）滤饼过滤
（b）架桥现象
图4-1饼层过滤示意图
图4-2 深层过滤
第二节 过滤
(2)深层过滤 如图4-2所示，过滤介质是较厚的粒状 介质的床层,过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的孔 道壁面上,而不形成滤饼。深层过滤适用于生产量大而悬 浮颗粒粒径小、固含量低或是粘软的絮状物。如自来水厂 的饮水净化、合成纤维纺丝液中除去固体物质、中药生产 中药液的澄清过滤等。
第二节 过滤
（2）多孔性Βιβλιοθήκη Baidu体介质 是素瓷、金属或玻璃的烧结物、 塑料细粉粘结而成的多孔性塑料管等， 适用于含粘软性 絮状悬浮颗粒或腐蚀性混悬液的过滤,一般可截留粒径1～ 3μm的微细粒子。
（3）粒状介质 是由各种固体颗粒(砂石、木炭、石棉) 或非编织纤维(玻璃棉等)堆积而成。适用于深层过滤，如 制剂用水的预处理。
第一节 概 述
二、非均相混合物的分离方法
非均相混合物通常采用机械的方法分离，即利用非均 相混合物中分散相和连续相的物理性质(如密度、颗粒形 状、尺寸等)的差异，使两相之间发生相对运动而使其分 离。根据两相运动方式的不同，机械分离可有两种操作方 式，过滤和沉降。
1.过滤 过滤是流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的 过程。过滤操作的外力可以是重力、压差或惯性离心力。 因此，过滤操作又分为重力过滤、加压过滤、真空过滤和 离心过滤。
一、过滤的基本概念
1． 过滤及过滤推动力 过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的单元 操作。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，从而实现非均相物系的固、液分 离。
第二节 过滤
过滤推动力是过滤介质两侧的压力差。压力差产生的 方式有滤液自身重力、离心力和外加压力,过滤设备中常 采用后两种方式产生的压力差作为过滤操作的推动力。
用沉降法（重力、离心力）处理悬浮液，往往需要较 长时间，而且沉渣中液体含量较多，而过滤操作可使悬浮 液得到迅速的分离，滤渣中的液体含量也较低。当被处理 的悬浮液含固体颗粒较少时，应先在增稠器中进行沉降， 然后将沉渣送至过滤机。在某些场合过滤是沉降的后续操 作。
第二节 过滤
2.过滤方式 工业上的过滤操作主要分为饼层过滤和深层过滤。 (1)饼层过滤 图4-1（a）所示，过滤时非均相混合物 即滤浆置于过滤介质的一侧,固体沉积物在介质表面堆积、 架桥而形成滤饼层如图4-1（b）所示。滤饼层是有效过滤 层,随着操作的进行其厚度逐渐增加。由于滤饼层截留的 固体颗粒粒径小于介质孔径,因此饼层形成前得到的浑浊 初滤液，待滤饼形成后应返回滤浆槽重新过滤,饼层形成 后收集的滤液为符合要求的滤液。饼层过滤适用于处理固 体含量较高的混悬液。
第一节 概 述
2．净化连续相 除去药液中无用的混悬颗粒以便得到澄清药液；将结 晶产品与母液分开；除去空气中的尘粒以便得到洁净空气； 除去催化反应原料气中的杂质，以保证催化剂的活性等。 3．环境保护和安全生产 近年来，工业污染对环境的危害愈来愈明显，利用机 械分离的方法处理工厂排出的废气、废液，使其浓度符合 规定的排放标准，以保护环境；去除容易构成危险隐患的 漂浮粉尘以保证安全生产。
第一节 概 述
2.沉降 沉降是在外力作用下使颗粒相对于流体(静止或运动) 运动而实现分离的过程。沉降操作的外力可以是重力(称 为重力沉降),也可以是惯性离心力(称为离心沉降)。 此外对于含尘气体的分离还有过滤净制、湿法净制、电 净制等方法。
第二节 过滤
过滤是分离悬浮液最常用和最有效的单元操作。过滤 与沉降分离相比,过滤操作可使悬浮液分离得更迅速、更 彻底。
另外，膜过滤作为一种精密分离技术，近年来发展很 快，已应用于许多行业。膜过滤是利用膜孔隙的选择透过 性进行两相分离的技术。以膜两侧的流体压差为推动力， 使溶剂、无机离子、小分子等透过膜，而截留微粒及大分 子。
工业生产中悬浮液固相含量一般较高(体积分数大于 1%),因此本节重点讨论滤饼过滤。
第二节 过滤
化工原理
第四章 非均相物系的分离
第一节 概 述
一、非均相混合物的分离在工业中的应用
非均相混合物的分离在工业生产中主要应用于以下几点：
1．回收有用的分散相 收集粉碎机、沸腾干燥器、喷雾干燥器等设备出口气 流中夹带的物料；收集蒸发设备出口气流中带出的药液雾 滴；回收结晶器中晶浆中夹带的颗粒；回收催化反应器中 气体夹带的催化剂，以循环应用等。
（4）微孔滤膜，是由高分子材料制成的薄膜状多孔介 质。适用于精滤,可截留粒径0.01μm以上的微粒,尤其适 用于滤除0.02～10μm的混悬微粒。
第二节 过滤
4.滤饼的压缩性和助滤剂
(1)滤饼的压缩性 若构成滤饼的颗粒是不易变 形的坚硬固体颗粒,则当滤饼两侧压力差增大时, 颗粒形状和颗粒间空隙不发生明显变化,这类滤饼 称为不可压缩滤饼；有的悬浮颗粒比较软，所形 成的滤饼受压容易变形,当滤饼两侧压力差增大时, 颗粒的形状和颗粒间的空隙有明显改变,这类滤饼 称为可压缩滤饼。滤饼的压缩性对过滤效率及滤 材的可使用时间影响很大,是设计过滤工艺和选择 过滤介质的依据。
助滤剂的使用方法有预涂法和掺滤法两种。预涂是把 助滤剂单独配成混悬液先行过滤,在过滤介质表面形成助 滤剂预涂层,然后再过滤滤浆。掺滤是把助滤剂按一定比 例直接分散在待过滤的混悬液中,一起过滤，其加入量约 为料浆的0.1%～0.5%（质量分数）。由于助滤剂混在滤饼 中不易分离,所以当滤饼是产品时一般不使用助滤剂。
第二节 过滤
(2)助滤剂 为了减小可压缩滤饼的过滤阻力,可采用 助滤剂改变滤饼结构,以提高滤饼的刚性和孔隙率。助滤 剂是有一定刚性的粒状或纤维状固体,常用的有硅藻土、 活性炭、纤维粉、珍珠岩粉等。助滤剂应具有化学稳定性, 不与混悬液发生化学反应,不溶于液相中,在过滤操作的压 力差范围内具有不可压缩性。
第二节 过滤
（a）滤饼过滤
（b）架桥现象
图4-1饼层过滤示意图
图4-2 深层过滤
第二节 过滤
(2)深层过滤 如图4-2所示，过滤介质是较厚的粒状 介质的床层,过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的孔 道壁面上,而不形成滤饼。深层过滤适用于生产量大而悬 浮颗粒粒径小、固含量低或是粘软的絮状物。如自来水厂 的饮水净化、合成纤维纺丝液中除去固体物质、中药生产 中药液的澄清过滤等。
第二节 过滤
（2）多孔性Βιβλιοθήκη Baidu体介质 是素瓷、金属或玻璃的烧结物、 塑料细粉粘结而成的多孔性塑料管等， 适用于含粘软性 絮状悬浮颗粒或腐蚀性混悬液的过滤,一般可截留粒径1～ 3μm的微细粒子。
（3）粒状介质 是由各种固体颗粒(砂石、木炭、石棉) 或非编织纤维(玻璃棉等)堆积而成。适用于深层过滤，如 制剂用水的预处理。
第一节 概 述
二、非均相混合物的分离方法
非均相混合物通常采用机械的方法分离，即利用非均 相混合物中分散相和连续相的物理性质(如密度、颗粒形 状、尺寸等)的差异，使两相之间发生相对运动而使其分 离。根据两相运动方式的不同，机械分离可有两种操作方 式，过滤和沉降。
1.过滤 过滤是流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的 过程。过滤操作的外力可以是重力、压差或惯性离心力。 因此，过滤操作又分为重力过滤、加压过滤、真空过滤和 离心过滤。
一、过滤的基本概念
1． 过滤及过滤推动力 过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的单元 操作。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，从而实现非均相物系的固、液分 离。
第二节 过滤
过滤推动力是过滤介质两侧的压力差。压力差产生的 方式有滤液自身重力、离心力和外加压力,过滤设备中常 采用后两种方式产生的压力差作为过滤操作的推动力。
用沉降法（重力、离心力）处理悬浮液，往往需要较 长时间，而且沉渣中液体含量较多，而过滤操作可使悬浮 液得到迅速的分离，滤渣中的液体含量也较低。当被处理 的悬浮液含固体颗粒较少时，应先在增稠器中进行沉降， 然后将沉渣送至过滤机。在某些场合过滤是沉降的后续操 作。
第二节 过滤
2.过滤方式 工业上的过滤操作主要分为饼层过滤和深层过滤。 (1)饼层过滤 图4-1（a）所示，过滤时非均相混合物 即滤浆置于过滤介质的一侧,固体沉积物在介质表面堆积、 架桥而形成滤饼层如图4-1（b）所示。滤饼层是有效过滤 层,随着操作的进行其厚度逐渐增加。由于滤饼层截留的 固体颗粒粒径小于介质孔径,因此饼层形成前得到的浑浊 初滤液，待滤饼形成后应返回滤浆槽重新过滤,饼层形成 后收集的滤液为符合要求的滤液。饼层过滤适用于处理固 体含量较高的混悬液。
第一节 概 述
2．净化连续相 除去药液中无用的混悬颗粒以便得到澄清药液；将结 晶产品与母液分开；除去空气中的尘粒以便得到洁净空气； 除去催化反应原料气中的杂质，以保证催化剂的活性等。 3．环境保护和安全生产 近年来，工业污染对环境的危害愈来愈明显，利用机 械分离的方法处理工厂排出的废气、废液，使其浓度符合 规定的排放标准，以保护环境；去除容易构成危险隐患的 漂浮粉尘以保证安全生产。
第一节 概 述
2.沉降 沉降是在外力作用下使颗粒相对于流体(静止或运动) 运动而实现分离的过程。沉降操作的外力可以是重力(称 为重力沉降),也可以是惯性离心力(称为离心沉降)。 此外对于含尘气体的分离还有过滤净制、湿法净制、电 净制等方法。
第二节 过滤
过滤是分离悬浮液最常用和最有效的单元操作。过滤 与沉降分离相比,过滤操作可使悬浮液分离得更迅速、更 彻底。