固液分離單元操作

1、20162016年年1 1月月6 6日日非均相分離固液分離一、化工單元操作化工單元操作：是將化工生產(chǎn)中那些普遍采用的，遵循共化工單元操作：是將化工生產(chǎn)中那些普遍采用的，遵循共同的操作原理，所用設備相近，具有相同作用的一些基本同的操作原理，所用設備相近，具有相同作用的一些基本的的物理性物理性操作。這些物理過程在整個化工生產(chǎn)中點有極其操作。這些物理過程在整個化工生產(chǎn)中點有極其重要的地位，對生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益影響很大。重要的地位，對生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益影響很大。二、五個基本概念在單元操作中，如何控制最優(yōu)化的生產(chǎn)條件和創(chuàng)造更好的在單元操作中，如何控制最優(yōu)化的生產(chǎn)條件和創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益，必須學習以下五個

2、基本概念，也是從事化工生經(jīng)濟效益，必須學習以下五個基本概念，也是從事化工生產(chǎn)的操作者和管理者所要掌握的重要基本概念。產(chǎn)的操作者和管理者所要掌握的重要基本概念。1 1、物料衡算、物料衡算輸入系統(tǒng)的物料量輸出系統(tǒng)的物料量輸入系統(tǒng)的物料量輸出系統(tǒng)的物料量+ +系統(tǒng)損失的物料量系統(tǒng)損失的物料量物料衡算通式，依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。物料衡算通式，依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。物料衡算步驟可概括為：物料衡算步驟可概括為：（1 1）劃定范圍）劃定范圍 可以是一個設備、車間、工段；可以是一個設備、車間、工段；（2 2）確定基準）確定基準 間歇操作，以一批物料為基準；連續(xù)操作，以小時、天、月、間歇操作，以一批物料為基準；連續(xù)

3、操作，以小時、天、月、年為基準；年為基準；（3 3）列出方程）列出方程（4 4）求解方程）求解方程 注意：單位要統(tǒng)一。注意：單位要統(tǒng)一。2 2、能量衡算、能量衡算輸入體系能量輸出體系能量輸入體系能量輸出體系能量+ +能量損失能量損失其計算步驟可按物料衡算進行，一般選定其計算步驟可按物料衡算進行，一般選定0 0時為基準溫時為基準溫度。度。3 3、平衡關系、平衡關系化工過程的每一個單元操作或化學反應都稱為過程，研究化工過程的每一個單元操作或化學反應都稱為過程，研究過程的規(guī)律，目的是使過程向著有利于生產(chǎn)的方向進行。過程的規(guī)律，目的是使過程向著有利于生產(chǎn)的方向進行。平衡關系就是研究過程進行的方向和過程

4、的最大程度。平衡關系就是研究過程進行的方向和過程的最大程度。平衡關系是指在一定的條件下，過程的變化達到了極限，平衡關系是指在一定的條件下，過程的變化達到了極限，即達到了平衡狀態(tài)。例如：循環(huán)水冷卻塔，在填料分布效率，即達到了平衡狀態(tài)。例如：循環(huán)水冷卻塔，在填料分布效率，通過填料風量、水量，水量及氣侯條件一定的前提下，冷卻塔通過填料風量、水量，水量及氣侯條件一定的前提下，冷卻塔上所帶走的熱量及蒸發(fā)量是一定的，這就是傳熱的平衡狀態(tài)。上所帶走的熱量及蒸發(fā)量是一定的，這就是傳熱的平衡狀態(tài)。當條件改變時，原有的平衡狀態(tài)被破壞并發(fā)生轉(zhuǎn)移，直至當條件改變時，原有的平衡狀態(tài)被破壞并發(fā)生轉(zhuǎn)移，直至在新的條件下重新

5、建立平衡。在化工生產(chǎn)過程中，常采用改變在新的條件下重新建立平衡。在化工生產(chǎn)過程中，常采用改變平衡條件的方法，使平衡向著有利于生產(chǎn)的方向移動。因此，平衡條件的方法，使平衡向著有利于生產(chǎn)的方向移動。因此，掌握平衡狀態(tài)與平衡條件的相互關系，對判斷過程的程度及掌掌握平衡狀態(tài)與平衡條件的相互關系，對判斷過程的程度及掌控生產(chǎn)有著極為重要的作用。控生產(chǎn)有著極為重要的作用。4 4、過程速率、過程速率過程速率是指單位時間內(nèi)過程的變化率，即進行的快慢。過程速率是指單位時間內(nèi)過程的變化率，即進行的快慢。若一個過程可以進行，而速率非常慢，那么過程就失去了工業(yè)若一個過程可以進行，而速率非常慢，那么過程就失去了工業(yè)化的意

6、義。例如：水可以在常溫下進行蒸發(fā)，但如果我廠的循化的意義。例如：水可以在常溫下進行蒸發(fā)，但如果我廠的循環(huán)水不使用冷卻塔，那么我們的循環(huán)水將無法使用。環(huán)水不使用冷卻塔，那么我們的循環(huán)水將無法使用。過程速率過程推動力過程速率過程推動力/ /過程阻力過程阻力過程推動力是指導致過程進行的動力，如水自流的推動力過程推動力是指導致過程進行的動力，如水自流的推動力是位差（位能差）。是位差（位能差）。過程阻力與過程阻力與體系物性、過程性質(zhì)、設備結構、操作條件體系物性、過程性質(zhì)、設備結構、操作條件等等均有關系。均有關系。在化工單元操作中，主要探討的問題就是怎樣加大過程推在化工單元操作中，主要探討的問題就是怎樣加

7、大過程推動力和減少過程阻力。動力和減少過程阻力。5 5、經(jīng)濟效益、經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益勞動成果經(jīng)濟效益勞動成果/ /勞動消耗勞動消耗勞動成果是指最終合格產(chǎn)品價值；勞動消耗包含操作費用，勞動成果是指最終合格產(chǎn)品價值；勞動消耗包含操作費用，設備折舊以及占用固定資產(chǎn)和流動資金。設備折舊以及占用固定資產(chǎn)和流動資金。為提高經(jīng)濟效益，必須從提高生產(chǎn)操作者的技術素質(zhì)、提為提高經(jīng)濟效益，必須從提高生產(chǎn)操作者的技術素質(zhì)、提高勞動成果和降低消耗三個方面進行。高勞動成果和降低消耗三個方面進行。三、非均相物系自然界中的物質(zhì)大多數(shù)是混合物，一般可分為均相混合物自然界中的物質(zhì)大多數(shù)是混合物，一般可分為均相混合物和非均相混合物

8、。和非均相混合物。一般物質(zhì)主要呈現(xiàn)三種狀態(tài)：固、液、氣。一般物質(zhì)主要呈現(xiàn)三種狀態(tài)：固、液、氣。均相物系：相同狀態(tài)組成的混合物系。均相物系：相同狀態(tài)組成的混合物系。非均相物系：不同狀態(tài)組成的混合物系，如固液，固氣，非均相物系：不同狀態(tài)組成的混合物系，如固液，固氣，氣液，液液（不互溶液體）及固體混合物。氣液，液液（不互溶液體）及固體混合物。在非均相物系中，處于分散狀態(tài)的一相稱為分散相，在分在非均相物系中，處于分散狀態(tài)的一相稱為分散相，在分散相周圍，處于連續(xù)狀態(tài)的稱為連續(xù)相。散相周圍，處于連續(xù)狀態(tài)的稱為連續(xù)相。非均相物系分離的目的：非均相物系分離的目的：（1 1）滿足生產(chǎn)工藝要求；）滿足生產(chǎn)工藝要求

9、；（2 2）回收有價值的物質(zhì)。）回收有價值的物質(zhì)。（3 3）減少環(huán)境污染；）減少環(huán)境污染；四、固液分離我廠生產(chǎn)過程中涉及到哪些固液分離單元？我廠生產(chǎn)過程中涉及到哪些固液分離單元？固液分離的方法有哪些？固液分離的方法有哪些？（1 1）重力沉降）重力沉降（2 2）離心沉降）離心沉降（3 3）過濾）過濾（4 4）離心過濾）離心過濾（5 5）其它方法）其它方法1、重力沉降重力沉降是指在重力作用下分散相顆粒與連續(xù)相流體發(fā)生相重力沉降是指在重力作用下分散相顆粒與連續(xù)相流體發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離操作的過程。對運動而實現(xiàn)分離操作的過程。重力沉降的實質(zhì)是借助分散相和連續(xù)相密度差來實現(xiàn)分離。重力沉降的實質(zhì)是借助分

10、散相和連續(xù)相密度差來實現(xiàn)分離。重力沉降的速度是指顆粒相對于連續(xù)液體的沉降運動速度，重力沉降的速度是指顆粒相對于連續(xù)液體的沉降運動速度，其影響因素有：顆粒的形狀、大小、密度及流體的密度、黏其影響因素有：顆粒的形狀、大小、密度及流體的密度、黏度等。度等。顆粒在流體中下降受到三個力的作用：重力，浮力，運動方顆粒在流體中下降受到三個力的作用：重力，浮力，運動方向的阻力，其中重力和浮力是恒定的，而阻力隨下降的速度向的阻力，其中重力和浮力是恒定的，而阻力隨下降的速度變化。變化。顆粒在下降的過程中，阻力隨速度的增加而變大，達到一定顆粒在下降的過程中，阻力隨速度的增加而變大，達到一定數(shù)值后，三個力達到平衡，開

11、始勻速下降，此時便是顆粒的數(shù)值后，三個力達到平衡，開始勻速下降，此時便是顆粒的沉降速度。沉降速度。重力沉降速度計算公式重力沉降速度計算公式重力沉降的影響因素：重力沉降的影響因素：（1 1）顆粒的特性。對于同種顆粒，球形顆粒的沉降速度）顆粒的特性。對于同種顆粒，球形顆粒的沉降速度大于非球形；顆粒直徑越大，密度越大，沉降速度越快；大于非球形；顆粒直徑越大，密度越大，沉降速度越快；顆粒濃度越大，沉降速度越慢。顆粒濃度越大，沉降速度越慢。（2 2）流體的性質(zhì)。流體的密度越小，黏度越大，沉降速）流體的性質(zhì)。流體的密度越小，黏度越大，沉降速度越小。度越小。（3 3）流體的流動狀態(tài)。流體應盡可能處于穩(wěn)定的低

12、速流）流體的流動狀態(tài)。流體應盡可能處于穩(wěn)定的低速流動狀態(tài)，減少干擾，提高分離效率。動狀態(tài)，減少干擾，提高分離效率。（4 4）器壁效應。由于器壁對顆粒產(chǎn)生摩擦而減少沉降速）器壁效應。由于器壁對顆粒產(chǎn)生摩擦而減少沉降速度。度。2 2、重力沉降設備、重力沉降設備按操作形式可分：間歇式和連續(xù)式；按操作形式可分：間歇式和連續(xù)式；按懸浮液流動方向分：平流式、輻流式和豎流式；按懸浮液流動方向分：平流式、輻流式和豎流式；按工作原理及操作方式分：閉式、開式、連接式和平衡式；按工作原理及操作方式分：閉式、開式、連接式和平衡式；a a、平流沉降槽、平流沉降槽b b、豎流沉降槽、豎流沉降槽輻流沉降槽輻流沉降槽重力沉降

13、在我廠有哪些應用？重力沉降在我廠有哪些應用？3 3、離心沉降、離心沉降依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程，稱為離心沉降。依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程，稱為離心沉降。重力沉降不是所有小顆粒都能沉降，當粒子小到一定的程度時，重力沉降不是所有小顆粒都能沉降，當粒子小到一定的程度時，沉降很慢或根本不能沉降，此時采用離心沉降可取得較滿意的沉降很慢或根本不能沉降，此時采用離心沉降可取得較滿意的結果。結果。顆粒的離心力由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生，轉(zhuǎn)速越大，離心力越大。顆粒的離心力由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生，轉(zhuǎn)速越大，離心力越大。當流本帶著顆粒旋轉(zhuǎn)時，如果顆粒的密度大于流本的密度，則當流本帶著顆粒旋轉(zhuǎn)時，如果顆粒的密度大于流本的密

14、度，則離心力將會使顆粒在徑向上與液體發(fā)生相對運動而飛離中心；離心力將會使顆粒在徑向上與液體發(fā)生相對運動而飛離中心；在徑向上受到三個力的作用：在徑向上受到三個力的作用：離心力：徑向朝外；離心力：徑向朝外；向心力：指向旋轉(zhuǎn)中心；向心力：指向旋轉(zhuǎn)中心；阻力：指向旋轉(zhuǎn)中心；阻力：指向旋轉(zhuǎn)中心；旋液分離器旋液分離器設備主體由直徑較小的圓筒和較長設備主體由直徑較小的圓筒和較長的圓錐兩部分組成。的圓錐兩部分組成。懸浮液經(jīng)入口管切向進入圓筒，做懸浮液經(jīng)入口管切向進入圓筒，做螺旋形向下運動，形成下旋流。固螺旋形向下運動，形成下旋流。固體顆粒受慣性離心力的作用被甩向體顆粒受慣性離心力的作用被甩向器壁，隨下旋流降至

15、錐底的出口排器壁，隨下旋流降至錐底的出口排出，清液或含細微顆粒的液體則成上升的內(nèi)旋液，從頂部出，清液或含細微顆粒的液體則成上升的內(nèi)旋液，從頂部中心管排出（溢流）。中心管排出（溢流）。4 4、過濾、過濾過濾是分離固液最普遍有效的單元操作之一。與沉降相比，更過濾是分離固液最普遍有效的單元操作之一。與沉降相比，更迅速、徹底。迅速、徹底。過濾是在推動力的作用下，使懸浮液通過過濾介質(zhì)小孔，截留過濾是在推動力的作用下，使懸浮液通過過濾介質(zhì)小孔，截留固體，實現(xiàn)分離的操作。隨著過濾的進行，形成濾餅，過濾的固體，實現(xiàn)分離的操作。隨著過濾的進行，形成濾餅，過濾的速度會逐漸變慢，需要定期清出濾餅。速度會逐漸變慢，需

16、要定期清出濾餅。截留顆粒的多孔物稱為過濾介質(zhì)，是濾餅的支撐物，必須具備截留顆粒的多孔物稱為過濾介質(zhì)，是濾餅的支撐物，必須具備足夠的機械強度，及適宜的孔徑，阻力小，濾餅易清降。分類足夠的機械強度，及適宜的孔徑，阻力小，濾餅易清降。分類如下：如下：（1 1）織物介質(zhì)：濾網(wǎng)，濾布，濾紙；）織物介質(zhì)：濾網(wǎng)，濾布，濾紙；（2 2）多孔固體介質(zhì)：燒結金屬網(wǎng)，多孔膜管等；）多孔固體介質(zhì)：燒結金屬網(wǎng)，多孔膜管等；（3 3）粒狀介質(zhì)。硅藻土，砂等。）粒狀介質(zhì)。硅藻土，砂等。過濾速率過濾速率過濾速率是單位時間內(nèi)通過過濾面積上的濾液體積，與推過濾速率是單位時間內(nèi)通過過濾面積上的濾液體積，與推動力成正比，與過濾阻力成

17、反比。動力成正比，與過濾阻力成反比。過濾推動力：重力、離心力或壓力差。過濾推動力：重力、離心力或壓力差。過濾設備：板框過濾機、過濾器、膜過濾器、金屬膜管過過濾設備：板框過濾機、過濾器、膜過濾器、金屬膜管過濾器。濾器。5 5、離心過濾、離心過濾在重力作用下，當顆粒小到一定的程度時，沉降過程很慢，在重力作用下，當顆粒小到一定的程度時，沉降過程很慢，為使顆粒更好、更快的分離，利用離心力較為有效。離心為使顆粒更好、更快的分離，利用離心力較為有效。離心分離主要是利用離心分離設備進行實現(xiàn)。分離主要是利用離心分離設備進行實現(xiàn)。由于顆粒和液體介質(zhì)的密度不同，所受離心力不同，可以由于顆粒和液體介質(zhì)的密度不同，所受離心力不同，可以分離出一般過濾方法不能除去的小顆粒，也可用于分離兩分離出一般過濾方法不能除去的小顆粒，也可用于分離兩種密度不同的液體混合物。種密度不同的液體混合物。離心機的分類離心機的分類6 6、其它分離方法、其它分離方法氣?。簹飧》ǘ嘤糜谒幚?，分離比重接近于水和難以沉氣浮：氣浮法多用于水處理，分離比重接近于水和難以沉淀的懸浮物。懸浮物表面憎水性顆粒表面易附著氣泡，密淀的懸浮物。懸浮物表面憎水性顆粒表