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第三章非均相物系的分离 1 化工生产中的原料 半成品 排放的废物大多为混合物 为了进行加工 得到纯度较高的产品以及环保的需求等 常常会对混合物进行分离 混合物可以分为均相和非均相 均相 凡物系内部各处物理料质均匀而不存在相界面者 称为均相混合物或均相物系 溶液及混合气都是均相混合物 非均相 凡物系内部有隔开两相的界面存在 而界面两侧的物料性质截然不同者 称为非均相混合物或非均相物系 非均相 2 工业上非均相物系分离的目的收取分散物质 如从催化反应器出来的气体中 往往带有催化剂颗粒 必须把这些有价值的颗粒回收利用 净化分散介质 合成氨生产 半水煤气中含有 灰尘等杂质 为了防止合成触媒中毒 必须将这些杂质一一去除 以保证触媒的活性 环境保护 对三废 废气 废液 废渣的处理 地球由于被污染加剧 环保越来越受到人们的重视 综上所述 非均相物系分离的目的是除害收益 非均相物系的常见分离方法沉降分离法过滤分离法静电分离法湿洗分离法 3 1沉降分离法 由于分散相和分散介质的密度不同 分散相粒子在力场 重力场或离心力场 作用下发生的定向运动 沉降的结果使分散体系发生相分离 可利用悬浮在流体 气体或液体 中的固体颗粒下沉而与流体分离 利用悬浮的固体颗粒本身的重力而获得分离的称做重力沉降 gravitationalsettling 利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的称做离心沉降 centrifugalsettling 一种使悬浮在流体中的固体颗粒下沉而与流体分离的过程 它是依靠地球引力场的作用 利用颗粒与流体的密度差异 使之发生相对运动而沉降 即重力沉降 重力沉降是从气流中分离出尘粒的最简单方法 只有颗粒较大 气速较小时 重力沉降的作用才较明显 4 重力沉降设备的构造 沉降室用于气体除尘 如从焙烧矿石的炉气中分离固体颗粒 最简单的降尘室 图1 为一长方形容器 底部设有集尘斗 灰斗 含尘气体自降尘室一端进入后 尘粒随气体作平移运动 同时又作沉降运动 如果它在气流到达出口端前沉降到降尘室底部 它就能与气体分离 降尘室在单位时间内的含尘气处理量V与降尘室的底面积A及沉降速度ut成正比 即 V Aut含尘气处理量与降尘室的高度无关 因此降尘室以扁平形状为佳 为提高降尘室的处理能力 可在其中设置多层水平降尘隔板 图2 这种多层降尘室为尘粒沉降提供的有效水平面积包括底面积和各层降尘隔板面积 5 增稠器通常是一个锥形底的圆筒或圆池 图3 将悬浮液连续加到圆筒中心液面以下 清液经周边溢出 悬浮物缓慢沉至器底 器底设有旋转齿耙 将沉渣移至中心 用泥浆泵排出 固体颗粒在增稠器内的沉重力沉降降过程大致可分为三个阶段 在容器上部 颗粒浓度很小 颗粒沉降可认为互不干扰 称为自由沉降阶段 在容器下部 颗粒浓度增大 颗粒沉降互相干扰 沉降速度很小 称为干扰沉降阶段 在容器底部 沉聚泥浆自身经历的增稠压缩阶段 增稠器具有澄清液体和增稠悬浮液的双重功能 主要用于颗粒浓度较低的悬浮液的分离 如工业用水的澄清及过滤的预处理 6 离心沉降在离心力作用下使分散在悬浮液中的固相粒子或乳浊液中的液相粒子沉降的过程 沉降速度与粒子的密度 颗粒直径以及液体的密度和粘度有关 并随离心力亦即离心加速度的增大而加快 离心加速度值an 2r可随回转角速度 和回转半径r的增大而迅速增加 因此 离心沉降操作适用于两相密度差小和粒子速度小的悬浮液或乳浊液的分离 7 离心沉降的设备有 旋风分离器含尘气体由矩形进口管 图1 沿切向进入器内 在器壁的作用下作圆周运动 颗粒被惯性离心力抛至器壁 并汇集于锥形底部的集尘斗 灰斗 中 净化了的气体从中央排气管离去 旋风分离器的分离因数约为5 2500 一般可分离5 75 m的细小尘粒 旋风分离器构造简单 没有运动部件 操作不受温度 压力的限制 广泛应用于很多工业部门 用于除去气体中的粉尘 或从气体中回收有用粉料 离心沉降 旋液分离器其构造和工作原理与旋风分离器基本相同 主要用于悬浮液的增稠或所含固体颗粒的水力分级 螺旋卸料离心机在长锥形转鼓内装有螺旋推料器 料浆加在转鼓中部 澄清液从转鼓大头端面的窗口溢出 沉积在转鼓内壁的沉淀 由螺旋推料器推向转鼓小头 经沥干后卸出 此机适宜于处理细分散悬浮液 能获得含水率较小的固体沉淀 碟式分离机在转鼓内装有许多倒锥形碟片 图2 碟片直径一般为0 2 0 6m 碟片数为50 100 转鼓转速为4700 8500r min 分离因数可达4000 10000 碟式分离机可用于分离乳浊液 如油料脱水等 也可用于澄清含有少量微细颗粒的液体 离心沉降 管式高速离心机采用长径比很大的管状转鼓 以便增加转速 提高分离因数 此种离心机的转速通常高于15000r min 分离因数可达12500 主要用于含细小液滴的乳浊液分离和含少量微细颗粒的悬浮液分离 8 旋风分离器 碟式分离机 旋液分离器 9 螺旋卸料离心机 管式高速离心机 10 沉降操作所需的时间很长 只能对悬浮液进行初步分离 过滤操作可以使固体颗粒和液体分离较为完全 沉淀中含液体最少量是分离悬浮液的最普遍和有效的单元操作之一 过滤是用多空物质做介质从悬浮液中分离国体颗粒的操作 在外力作用下 悬浮液中的液体通过多孔介质的通道而固体颗粒被截留下来 实现液 固分离 工业上的过滤方式有两种 滤饼过滤和深沉过滤滤饼过滤又称为表面过滤 使用织物 多孔材料或膜等作为过滤介质 过滤介质的孔径不一定要小于最小颗粒的粒径 过滤开始时 部分小颗粒可以进入甚至穿过介质的小孔 但很快由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称为滤饼的滤渣层 透过滤饼层的则是被净化了的滤液 随着滤饼的形成真正起过滤介质作用的是滤饼本身 因此称为滤饼过滤 滤饼过滤主要适用于含固量较大 1 的场合 深层过滤一般应用介质层较厚的滤床类 如沙层 硅藻土等 作为过滤介质 颗粒小于介质空隙进入到介质内部 而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 11 过滤的操作方式 根据使用的过滤设备 过滤介质及所处理的物系的性质和产品收集的要求 过滤操作分为间歇式和连续式两种主要方式 根据提供过滤推动力的方式 又有重力过滤 加压过滤 真空过滤和离心过滤之分 其目的都是克服过滤阻力 板框压滤机 板框式压滤机是悬浮液固 液两相分离的理想设备 具有轻巧 灵活 可靠等特点 其中手动式 手动千斤顶式手工操作 简便易行 滤渣含水量低 被广泛应用于化工 陶瓷 石油 医药 食品 冶炼等行业 也适用于工业污水处理 液压式为机 电 液一体式 采用液压压紧 手动机械锁紧保压 操作维护方便 运行安全可靠 12 结构与工作原理1 手动板框式压滤机分别由滤框 滤布 滤板和滤板滤布组成的过滤部件和对过滤部分进行压紧 手轮 千斤顶 的机架部件 止推板端各孔 分别为进料孔 进洗涤液孔 滤液排出集液孔 洗涤液排出集液孔等 根据您选用的压滤机型号接装管路 2 液压压紧板框式压滤机由主机 机架和滤室 液压部件和电气等部分组成 2 1主机部分主机由两根横梁 其两端分别固定在止推板1和液压缸座11的两侧面 构成机架 在左右横梁8上垂直搁置 依次排列着由滤框3 滤板4 滤布5组成的若干滤室 并可沿横梁作水平方向移动 压紧板7与活塞杆9铰接 由液压缸活塞驱使前后移动 压紧滤框 滤板 达到液压工作压力后 旋转锁紧螺母10锁紧保压 再关闭电机 即可进料过滤 2 2液压部件液压部件由液压辅件 油箱和滤油器 液压泵 阀 液压缸和管路等组成 液压用油需经20 m孔径过滤 加油至液面线上限 电动机驱动油泵 压力油经电磁阀进入液压缸 推动活塞完成滤室的压紧和放松工序 液压工作压力值见各型号规格的插页 13 2 3电气元件电气元件安装在油箱右侧 操纵元件安装在油缸座右侧 设备选型时 应考虑以下几个方面 1 对泥饼含固率的要求 一般板框式压滤机与其他类型脱水机相比 泥饼含固率最高 可达35 如果从减少污泥堆置占地因素考虑 板框式压滤机应该是首选方案 2 框架的材质 3 滤板及滤布的材质 要求耐腐蚀 滤布要具有一定的抗拉强度 4 滤板的移动方式 要求可以通过液压一气动装置全自动或半自动完成 以减轻操作人员劳动强度 5 滤布振荡装置 以使滤饼易于脱落 与其他型式脱水机相比 板框式压滤机最大的缺点是占地面积较大 同时 由于板框式压滤机为间断式运行 效率低 操作间环境较差 有二次污染 国内大型污水处量厂己很少采用 但近了大量开发研制工作 使其适应了现代化污水处理厂的要求 如通过PLC系统控制就可以实现系统全自运方式 其压滤 滤板的移动 滤布的振荡 压缩空气的提供 滤布冲洗 进料等操作全部可通过PLC远端控制来完成 大大减轻了工人的劳动强度 板框压滤机对于滤渣压缩性大或近于不可压缩的悬浮液都能适用 适合的悬浮液的固体颗粒浓度一般为10 以下 操作压力一般为0 3 1 6兆帕 特殊的可达3兆帕或更高 过滤面积可以随所用的板框数目增减 板框通常为正方形 滤框的内边长为200 2000毫米 框厚为16 80毫米 过滤面积为1 1200 板与框用手动螺旋 电动螺旋和液压等方式压紧 板和框用木材 铸铁 铸钢 不锈钢 聚丙烯和橡胶等材料制造 14 板框压滤机 15 真空过滤机是以真空负压为推动力实现固液分离的设备 在结构上 过滤区段沿水平长度方向布置 可以连续完成过滤 洗涤 吸干 滤布再生等作业 橡胶带式过滤机具有过滤效率高 生产能力大 洗涤效果好 滤饼水分低 操作灵活 维修费用低等优点 橡胶带式过滤机可广泛应用于冶金 矿山 化工 造纸 食品 制药 环保等领域中的固液分离 尤其在烟气脱硫中的石膏脱水方面 FGD 有良好的应用 真空过滤机 间歇式真空过滤机 真空过滤机与加压过滤机机理基本相同 只是过滤介质的一侧压力低于大气压 推动力较小 真空抽滤器 结构简单 过滤推动力较重力过滤器大 真空叶滤机 结构简单 适于一般的泥浆状物料过滤 但操作条件较差 劳动强度较高 16 连续式真空过滤机 外滤面转鼓真空过滤机 能连续和自动操作 能有效地进行过滤 洗涤 脱水 操作现场干净 易于检查和修理 缺点是成本高 使用范围受热液体或挥发性液体的蒸汽压限制 沸点低或在操作温度下易挥发的物料不能过滤 难以处理含固量多和颗粒特性变化大的料浆 并且滤饼含湿量在30 左右 很少低于10 主要用于化工 食品行业 内滤面转鼓真空过滤机 适用于过滤固体颗粒粗细不均的悬浮液 不需要搅拌装置 机器成本低 能适应进料浓度的变化 若需要在高温下操作 很容易采取保温措施 缺点是 转鼓表面不能充分利用 滤饼需要一定的黏性 否则易脱落 致使真空度下降 进料流量发生变化 更换滤布困难 圆盘真空过滤机 按单位过滤面极算价格最低 占地面积小 但滤饼湿度高于转鼓真空过滤机 由于过滤面为立式 滤饼厚薄不均 易龟裂 不易洗涤 薄层滤饼卸料困难 滤布磨损快 且易堵塞 易于处理沉降速度不高 易过滤的物料 不适合处理非黏性物料 应用范围与转鼓真空过滤机相同 转台真空过滤机 结构简单 洗涤效果好 洗涤液与滤液分开 对于脱水快的料浆 单台过滤机的处理量大 缺点是 占地面积大 滤布磨损快 且易堵塞 翻斗真空过滤机 可过滤黏稠的物料 适应性强 适用于分离含固量的质量分数大于20 密度较大 且易分离和滤饼要进行充分洗涤的料浆 常用于化工 轻工等行业 带式真空过滤机 分固定室式 移动室式 滤带间歇移动时三种 带式真空过滤机是水平过滤面 上面加料 过滤效率高 洗涤效果好 滤饼厚度可调 滤布可正反两面同时洗涤 操作灵活 维修费用低 可应用于化工 制药 食品行业 对于沉降速度较快的料浆的分离性能优佳 当滤饼需要洗涤时更为优良 17 离心过滤 离心过滤是将料液送入有孔的转鼓并利用离心力场进行过滤的过程 以离心力为推动力完成过滤作业 兼有离心和过滤的双重作用 离心过滤一般分为滤饼形成 滤饼的压紧和滤饼压干三个阶段 但是根据物料性质的不同 有时可能只需进行一个或两个阶段 以间歇离心过滤为例 料液首先进入装有过滤介质的转鼓中 然后被加速到转鼓旋转速度 形成附着在鼓壁上的液环 粒子受离心力而沉积 过滤介质阻止粒子的通过 从而形成滤饼 当悬浮液的固体粒子沉积时 滤饼表面生成了澄清液 该澄清液透过滤饼层和过滤介质向外排出 在过滤后期 由于施加在滤饼上的部分载荷的作用 相互接触的固体粒子经接触面传递粒子应力 滤饼开始压缩 18 离心过滤机离心过滤机设有一个开孔转鼓 可以分离固体密度大于或小于液体密度的悬浮液 它可分为连续式和间歇式 间歇式离心机通常在减速的情况下由刮刀卸料 或停机抽出转鼓套筒或滤布进行卸料 连续式离心机则用活塞推料和振动卸料两种方法 连续沉降 过滤式螺旋卸料离心机它集连续沉降离心机和连续过滤式离心机于一体 在连续沉降式离心机的锥部小端至卸渣口设置一个柱形孔网转鼓段 液体借助于粒子的沉降而澄清 粒子则借助于压缩和锥部排流而脱水 但最终脱水和洗涤在网鼓段进行 19 三足离心机 三足离心机 又称三足式离心机 因为底部支撑为三个柱脚 以等分三角形的方式排列而得名 三足离心机是一种固液分离设备 主要是将液体中的固体分离除去或将固体中的液体分离出去 20 一 使用及维护 l 在使用离心机前必须将其放置在平稳 坚固的地面 台面 2 使用时机壳要接地线 3 使用时负载必须平衡 安装符合时必须对称安置 4 在打开开关调速旋扭应指在 0 位 5 在打开开关调速旋扭开到最大 正确的做法是将调速旋扭缓慢加挡 6 使用完毕 应将调速旋扭档逐档旋回至 0 然后让它自行停转 严禁在还未停转的状态下和开机运转的状态下打开机盖 7 使用中 如发现声音不正常 应立即关机 并进行检查维修 8 应定期 一年左右 检查整流子和电刷的磨损情况 有磨损过度的应立即更换 9 电动机的轴承应定期加注润滑脂 21 二 常见故障的排除 l 通电后 电机不转 首先对电源线 插头 插座