液体物理过程设备.

3.液体物理过程设备,3.4液体的分离与过滤3.5液体物料的搅拌混合,液体混合物的分类：,液液相，液固相，液液固相，气液相，气液液相，气液固相等混合物。如：造酒、饮料、制药、榨油、食品、制药、制糖、制碱、化工、油水分离、燃料油提纯、乳液、污水处理、造纸、选煤、选矿等。,液体混合物大类分：悬浮液、乳浊液、固体颗粒之分,悬浮液由液体和悬浮于其中的固体颗粒组成的系统称为悬浮液。,.乳浊液由液体和悬浮于其中的一种或数种其它液体所组成的系统，称为乳浊液。,.悬浮液中固体颗粒在悬浮液中不分解的颗粒为固体颗粒。,（2）分离方法物理方法、化学方法、电学方法（电解与电离）等。,物理分离方法：,过滤式：,离心过滤：（如：过滤式离心机、振动和颠动式离心机）加压过滤：（如：板框式压滤机、努契式、转鼓式、带式压榨机）真空过滤：（如：叶片或盘式过滤机、转鼓式、筒式过滤机）深层过滤：（预涂层式、助滤剂、多孔塑料，陶瓷，分子筛）膜过滤：（如：平板、管状、螺旋卷、中空纤维、毛细管膜过滤）,沉降式：,离心沉降；重力沉降,3.4.2液-固分离设备,设备分：过滤式离心机，沉降式离心机，压滤机，真空机。,（1）过滤式离心机适应范围：固相含量高，固体颗粒较大的悬浮液（d10m）过滤离心机依靠滤网和离心力作用，共有五种类型。离心式过滤机型：三足式，上悬式，刮刀卸料式，活塞卸料式，离心卸料式等。,三足式,上悬式：广泛用于化工、医药、轻工、食品等。如：制糖、盐、葡萄糖等,（6）旋转容器中的液体压强,液面上压力为，离心加速度，液体凹面底高度H0，液体内任一半径位置压强：,高速旋转液体压强：,R旋转容器内半径，m；r0液体环内半径，m；液体密度，kg/m3,卧式刮刀式：广泛用于化工、制药、轻工、食品等行业。如：食盐，硫铵，碳酸氢氨，聚氯乙烯等。,离心惯性力卸料式：广泛应用于化工、小化肥、制药、食品等。,（2）沉降式离心机,适应分离范围：固相含量较少，固体颗粒较小（d10m）一般转速较高：n=70008000r/min。,常见机型：螺旋卸料式沉降离心机（有：卧式；立式）；沉降过滤式离心机刮刀卸料卧式沉降离心机。,螺旋卸料式沉降离心机（卧式；立式）,广泛用于：化工、石油、冶金、制药、轻工、食品、污水处理等处理颗粒粒度d10m的悬浮液。,沉降过滤式离心机：分：沉降段和过滤段处理颗粒粒度d10m的悬浮液,3.4.3液-液分离设备,常见机型：管式分离机，碟片式分离机，室式分离机适应范围为乳浊液分离，含微量固体颗粒的乳浊液（d5m）,（1）管式分离机,广泛用于：医药、化工、食品等行业，如青霉素、细菌、萃取四环素、燃料油、胶乳分离、硝化甘油、苯酸、树胶、生物碱、乳品的分离等,（2）碟片式分离机,3.4.4离心机与分离机的轴功率,离心机与分离机主轴功率的计算一般包括以下几方面：启动阶段所需功率，分空载启动或带物料重载启动。摩擦损耗所需功率，包括机械摩擦损耗和转鼓与空气之间摩擦损耗。卸料所需功率，依据不同的卸料方式计算其卸料功率。,（1）转动件空载启动功率N1：转鼓及其它转动件启动加速过程所需功：启动功率为：式中：J转动部件的转动惯量，kg.m2；转动部件的角速度，1/s。,（2）加速物料所需要的功率N2物料由静止到额定转速的加速过程中所需要的功率及在额定转速分离是的功率。式中：Q额定流量，m3/s；分离物料的密度，kg/m3；r旋转物料厚度的平均半径，m。（3）轴承摩擦损耗功率N3P1、P2受静载与动载作用的离心机主轴承上的载荷,（4）空气摩擦消耗的功率N4转鼓内外与空气产生摩擦损耗：,离心机总功率计算：间歇式离心机启动总功率Ns：运行总功率Nr：,在压力差（加压、真空）的作用下，液体通过过滤介质。过滤机的处理对象：固液相容性好，浓度较高,3.4.5过滤机,（1）刮刀卸料式转鼓真空过滤机,（2）压滤机,应用：食品，冶金，颜料，染料，采矿，石油，医药，化工。如：制糖，啤酒，油脂,3.4.6压力式过滤设备,（1）单层或双层滤料过滤器过滤介质由细砂粒堆放，常见过滤砂粒有石英砂、大理石、无烟煤和锰砂等。罐内在0.050.1MPa,双流式过滤器,滤料为石英砂，平均粒径采用0.80.9mm。过滤器滤层总高为2.12.4m，中间排水装置设在离上表层面0.60.7m的滤层处，,过滤介质：有纤维束式和纤维球式由上部多孔板连接悬挂，下部连接活动孔板，,纤维状介质过滤,管式微孔过滤器,管式过滤介质：常用滤布芯、烧结芯、绕线芯及预涂层管芯。尼龙网、乙烯超细纤维滤布、烧结芯是将细颗粒金属、无机物或高分子材料等。,3.4.7膜过滤,膜过滤是一种超细过滤技术，20世纪60年代发展起来。过滤介质：是多种聚合物制成的过滤膜，结构至密，有一定厚度。截留粒径100.005m范围的固体颗粒和胶脂物。,膜过滤特点：应用范围宽，实现超微细过滤，相当颗粒大小为纳米级。分离效率高，处理范围大，设备简单，体积小，运行费用低。能耗低，保持物理分离过程，不使物料发生相变。过滤温度在室温或相对低温下，对处理热敏性物料特别有利。膜过滤设备没有运动部件，维护保养方便，操作简单。目前膜过滤材料成本相对较高。,过滤膜材料：醋酸纤维素、聚醚、聚酰胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酯、再生纤维、丙烯腈共聚物等有机膜。另外，无机膜材料有：陶瓷膜、金属滤膜、氧化锆、-氧化铝、-氧化铝等。成型膜组件为平板状、管状、中空纤维和毛细管状。,平板状,管状,中空纤维,毛细管状,膜过滤种类：（1）微滤：分离颗粒粒径在0.0210m；压差为0.10.5MPa（2）超微滤：分离颗粒粒径在0.0010.02m；压差为0.11.0MPa，过滤有大分子等。（3）反渗透过滤：过滤颗粒粒径在0.00010.001m之间。另外还有膜电解、电渗析、气体渗透、液膜技术等。应用：用于食品、饮料、医药、饮用水的精制、澄清和除菌，颜料的回收，实验室制剂的澄清和分离等。超微滤截留分子量大于300200000道尔顿的聚合物或胶体。对果计、大豆蛋白、天然色素、添加剂等的分离与浓缩，医用纯水、口服液的制备、血液透析、酒和醋酸的澄清与提纯等。,膜过滤装置：有过滤器、膜组件、泵、管路、控制阀和仪表等组成。过滤器结构：板框式膜器件；管束式膜器件；中空纤维和毛细管状膜件；螺旋卷式膜结构。,膜的清洗和再生,膜污染物种类主要有：（1）无机物类：CaSO4、CaCO3、铁盐、磷酸钙复合物、无机胶体、微固体颗粒等。（2）有机物类：蛋白质、脂肪、碳水化合物、微生物、有机胶体、凝胶、腐质酸、多羟基芳香化合物等。,物理法清洗：正向冲洗，用高压泵打入洗液，将膜面污染物冲走。变向冲洗，冲洗液正方向冲洗后，再反方向冲洗。反压冲洗，正常循环用清水进行，反向以高压力的清水把膜内污物冲出，由正常循环水带走。,振动清洗，在膜壳体上装空气锤，使膜组件振动，按正循环进水，把膜面振动下的污物带走。排气冲水清洗，用空气强行吹入，迅速排气，并重新打入清水，利用气与水界面的湍流作用把污物带出。空气喷射，利用周期喷射进入的空气，扰动膜面，使膜上污物疏松而脱落，然后由清水冲洗带出。CO2清洗，CO2气体由排出口进入，透过膜组织，使污物脱离，由清水把其带出。,化学法清洗：用化学清洗剂进行，常见清洗剂有：稀减、稀酸、酶、表面活性剂、络合剂、氧化剂等。一般清洗过程采用正向、反向或变向冲洗，结合适当浸泡、溶解、稳压和升温过程。,物理-化学法：物理化学法清洗是上两种方法的结合，可以提高清洗效率。清水中加入表面活性剂，可提高一半的清洗效果；先化学洗后清水洗；空气与化学剂结合清洗；物理过程与化学剂有效结合等。,3.5液体物料的搅拌混合,搅拌混合主要实现以下目的：使互溶物料均匀混合，达到工艺要求，得到均匀的混合产品。操作种类如调和、搅拌、乳化、分散等。使不互溶物料很好的相溶。如一种液相在另一种的均匀悬浮或充分乳化，气相在液相中均匀分散、固相颗粒在液相中均匀悬浮等。促进