固液分离单元操作课件

2016年年1月月6日日非均相分离固液分离2016年1月6日非均相分离固液分离1一、化工单元操作化化工工单元元操操作作：是是将将化化工工生生产中中那那些些普普遍遍采采用用的的，遵遵循循共共同同的的操操作作原原理理，所所用用设备相相近近，具具有有相相同同作作用用的的一一些些基基本本的的物物理理性性操操作作。这些些物物理理过程程在在整整个个化化工工生生产中中点点有有极极其其重要的地位，重要的地位，对生生产过程的程的经济效益影响很大。效益影响很大。一、化工单元操作化工单元操作：是将化工生产中那些普遍采用的，2二、五个基本概念在在单元元操操作作中中，如如何何控控制制最最优化化的的生生产条条件件和和创造造更更好好的的经济效效益益，必必须学学习以以下下五五个个基基本本概概念念，也也是是从从事事化化工工生生产的操作者和管理者所要掌握的重要基本概念。的操作者和管理者所要掌握的重要基本概念。1、物料衡算、物料衡算输输入系入系统统的物料量的物料量输输出系出系统统的物料量的物料量+系系统损失的物料量失的物料量物料衡算通式，依据是物料衡算通式，依据是质量守恒定律。量守恒定律。物料衡算步物料衡算步骤可概括可概括为：（1）划定范）划定范围 可以是一个可以是一个设备、车间、工段；、工段；（2）确定基准）确定基准 间歇操作，以一批物料歇操作，以一批物料为基准；基准；连续操作，以小操作，以小时、天、月、天、月、年年为基准；基准；（3）列出方程）列出方程（4）求解方程）求解方程 注意：注意：单位要位要统一。一。二、五个基本概念在单元操作中，如何控制最优化的生产条件和创造32、能量衡算、能量衡算输输入体系能量入体系能量输输出体系能量出体系能量+能量能量损失失其其计计算步算步骤骤可按物料衡算可按物料衡算进进行，一般行，一般选选定定0时为基准温基准温度。度。2、能量衡算43、平衡关系、平衡关系化化工工过程程的的每每一一个个单元元操操作作或或化化学学反反应都都称称为过程程，研研究究过程的程的规律，目的是使律，目的是使过程向着有利于生程向着有利于生产的方向的方向进行。行。平衡关系就是研究平衡关系就是研究过程程进行的方向和行的方向和过程的最大程度。程的最大程度。平平衡衡关关系系是是指指在在一一定定的的条条件件下下，过程程的的变化化达达到到了了极极限限，即即达达到到了了平平衡衡状状态。例例如如：循循环水水冷冷却却塔塔，在在填填料料分分布布效效率率，通通过填填料料风量量、水水量量，水水量量及及气气侯侯条条件件一一定定的的前前提提下下，冷冷却却塔塔上所上所带走的走的热量及蒸量及蒸发量是一定的，量是一定的，这就是就是传热的平衡状的平衡状态。当当条条件件改改变时，原原有有的的平平衡衡状状态被被破破坏坏并并发生生转移移，直直至至在在新新的的条条件件下下重重新新建建立立平平衡衡。在在化化工工生生产过程程中中，常常采采用用改改变平平衡衡条条件件的的方方法法，使使平平衡衡向向着着有有利利于于生生产的的方方向向移移动。因因此此，掌掌握握平平衡衡状状态与与平平衡衡条条件件的的相相互互关关系系，对判判断断过程程的的程程度度及及掌掌控生控生产有着极有着极为重要的作用。重要的作用。3、平衡关系54、过程速率程速率过程程速速率率是是指指单位位时间内内过程程的的变化化率率，即即进行行的的快快慢慢。若若一一个个过程程可可以以进行行，而而速速率率非非常常慢慢，那那么么过程程就就失失去去了了工工业化化的的意意义。例例如如：水水可可以以在在常常温温下下进行行蒸蒸发，但但如如果果我我厂厂的的循循环水不使用冷却塔，那么我水不使用冷却塔，那么我们的循的循环水将无法使用。水将无法使用。过程速率程速率过程推程推动力力/过程阻力程阻力过程程推推动力力是是指指导致致过程程进行行的的动力力，如如水水自自流流的的推推动力力是位差（位能差）。是位差（位能差）。过程程阻阻力力与与体体系系物物性性、过程程性性质、设备结构构、操操作作条条件件等等均有关系。均有关系。在在化化工工单元元操操作作中中，主主要要探探讨的的问题就就是是怎怎样加加大大过程程推推动力和减少力和减少过程阻力。程阻力。4、过程速率65、经济效益效益经济经济效益效益劳动劳动成果成果/劳动消耗消耗劳动成成果果是是指指最最终合合格格产品品价价值；劳动消消耗耗包包含含操操作作费用用，设备折旧以及占用固定折旧以及占用固定资产和流和流动资金。金。为提提高高经济效效益益，必必须从从提提高高生生产操操作作者者的的技技术素素质、提提高高劳动成果和降低消耗三个方面成果和降低消耗三个方面进行。行。5、经济效益7三、非均相物系自自然然界界中中的的物物质大大多多数数是是混混合合物物，一一般般可可分分为均均相相混混合合物物和非均相混合物。和非均相混合物。一般物一般物质主要呈主要呈现三种状三种状态：固、液、气。：固、液、气。均相物系：相同状均相物系：相同状态组成的混合物系。成的混合物系。非非均均相相物物系系：不不同同状状态组成成的的混混合合物物系系，如如固固液液，固固气气，气液，液液（不互溶液体）及固体混合物。气液，液液（不互溶液体）及固体混合物。在在非非均均相相物物系系中中，处于于分分散散状状态的的一一相相称称为分分散散相相，在在分分散相周散相周围，处于于连续状状态的称的称为连续相。相。非均相物系分离的目的：非均相物系分离的目的：（1）满足生足生产工工艺要求；要求；（2）回收有价）回收有价值的物的物质。（3）减少）减少环境境污染；染；三、非均相物系自然界中的物质大多数是混合物，一般可分为均相混8四、固液分离我厂生我厂生产过程中涉及到哪些固液分离程中涉及到哪些固液分离单元？元？四、固液分离我厂生产过程中涉及到哪些固液分离单元？9固液分离的方法有哪些？固液分离的方法有哪些？（1）重力沉降）重力沉降（2）离心沉降）离心沉降（3）过滤（4）离心）离心过滤（5）其它方法）其它方法固液分离的方法有哪些？101、重力沉降重重力力沉沉降降是是指指在在重重力力作作用用下下分分散散相相颗粒粒与与连续相相流流体体发生生相相对运运动而而实现分离操作的分离操作的过程。程。重力沉降的重力沉降的实质是借助分散相和是借助分散相和连续相密度差来相密度差来实现分离。分离。重重力力沉沉降降的的速速度度是是指指颗粒粒相相对于于连续液液体体的的沉沉降降运运动速速度度，其其影影响响因因素素有有：颗粒粒的的形形状状、大大小小、密密度度及及流流体体的的密密度度、黏黏度等。度等。颗粒粒在在流流体体中中下下降降受受到到三三个个力力的的作作用用：重重力力，浮浮力力，运运动方方向向的的阻阻力力，其其中中重重力力和和浮浮力力是是恒恒定定的的，而而阻阻力力随随下下降降的的速速度度变化。化。颗粒粒在在下下降降的的过程程中中，阻阻力力随随速速度度的的增增加加而而变大大，达达到到一一定定数数值后后，三三个个力力达达到到平平衡衡，开开始始匀匀速速下下降降，此此时便便是是颗粒粒的的沉降速度。沉降速度。1、重力沉降重力沉降是指在重力作用下分散相颗粒与连续相流体发11重力沉降速度重力沉降速度计算公式算公式重力沉降速度计算公式12重力沉降的影响因素：重力沉降的影响因素：（1）颗粒粒的的特特性性。对于于同同种种颗粒粒，球球形形颗粒粒的的沉沉降降速速度度大大于于非非球球形形；颗粒粒直直径径越越大大，密密度度越越大大，沉沉降降速速度度越越快快；颗粒粒浓度越大，沉降速度越慢。度越大，沉降速度越慢。（2）流流体体的的性性质。流流体体的的密密度度越越小小，黏黏度度越越大大，沉沉降降速速度越小。度越小。（3）流流体体的的流流动状状态。流流体体应尽尽可可能能处于于稳定定的的低低速速流流动状状态，减少干，减少干扰，提高分离效率。，提高分离效率。（4）器器壁壁效效应。由由于于器器壁壁对颗粒粒产生生摩摩擦擦而而减减少少沉沉降降速速度。度。重力沉降的影响因素：132、重力沉降、重力沉降设备按操作形式可分：按操作形式可分：间歇式和歇式和连续式；式；按按悬浮液流浮液流动方向分：平流式、方向分：平流式、辐流式和流式和竖流式；流式；按工作原理及操作方式分：按工作原理及操作方式分：闭式、开式、式、开式、连接式和平衡式；接式和平衡式；2、重力沉降设备14a、平流沉降槽、平流沉降槽a、平流沉降槽15b、竖竖流沉降槽流沉降槽b、竖流沉降槽16辐流沉降槽流沉降槽辐流沉降槽17重力沉降在我厂有哪些重力沉降在我厂有哪些应用？用？重力沉降在我厂有哪些应用？183、离心沉降、离心沉降依靠依靠惯性离心力的作用而性离心力的作用而实现的沉降的沉降过程，称程，称为离心沉降。离心沉降。重重力力沉沉降降不不是是所所有有小小颗粒粒都都能能沉沉降降，当当粒粒子子小小到到一一定定的的程程度度时，沉沉降降很很慢慢或或根根本本不不能能沉沉降降，此此时采采用用离离心心沉沉降降可可取取得得较满意意的的结果。果。颗粒的离心力由旋粒的离心力由旋转产生，生，转速越大，离心力越大。速越大，离心力越大。当当流流本本带着着颗粒粒旋旋转时，如如果果颗粒粒的的密密度度大大于于流流本本的的密密度度，则离离心心力力将将会会使使颗粒粒在在径径向向上上与与液液体体发生生相相对运运动而而飞离离中中心心；在径向上受到三个力的作用：在径向上受到三个力的作用：离心力：径向朝外；离心力：径向朝外；向心力：指向旋向心力：指向旋转中心；中心；阻力：指向旋阻力：指向旋转中心；中心；3、离心沉降19旋液分离器旋液分离器设备主体由直径主体由直径较小的小的圆筒和筒和较长的的圆锥两部分两部分组成。成。悬浮液浮液经入口管切向入口管切向进入入圆筒，做筒，做螺旋形向下运螺旋形向下运动，形成下旋流。固，形成下旋流。固体体颗粒受粒受惯性离心力的作用被甩向性离心力的作用被甩向器壁，随下旋流降至器壁，随下旋流降至锥底的出口排底的出口排出出，清清液液或或含含细微微颗粒粒的的液液体体则成成上上升升的的内内旋旋液液，从从顶部部中心管排出（溢流）。中心管排出（溢流）。旋液分离器204、过滤过滤是是分分离离固固液液最最普普遍遍有有效效的的单元元操操作作之之一一。与与沉沉降降相相比比，更更迅速、迅速、彻底。底。过滤是是在在推推动力力的的作作用用下下，使使悬浮浮液液通通过过滤介介质小小孔孔，截截留留固固体体，实现分分离离的的操操作作。随随着着过滤的的进行行，形形成成滤饼，过滤的的速度会逐速度会逐渐变慢，需要定期清出慢，需要定期清出滤饼。截截留留颗粒粒的的多多孔孔物物称称为过滤介介质，是是滤饼的的支支撑撑物物，必必须具具备足足够的的机机械械强度度，及及适适宜宜的的孔孔径径，阻阻力力小小，滤饼易易清清降降。分分类如下：如下：（1）织物介物介质：滤网，网，滤布，布，滤纸；（2）多孔固体介）多孔固体介质：烧结金属网，多孔膜管等；金属网，多孔膜管等；（3）粒状介）粒状介质。硅藻土，砂等。硅藻土，砂等。4、过滤21过滤速率速率过滤速速率率是是单位位时间内内通通过过滤面面积上上的的滤液液体体积，与与推推动力成正比，与力成正比，与过滤阻力成反比。阻力成反比。过滤推推动力：重力、离心力或力：重力、离心力或压力差。力差。过滤设备：板板框框过滤机机、过滤器器、膜膜过滤器器、金金属属膜膜管管过滤器。器。过滤速率225、离心、离心过滤在在重重力力作作用用下下，当当颗粒粒小小到到一一定定的的程程度度时，沉沉降降过程程很很慢慢，为使使颗粒粒更更好好、更更快快的的分分离离，利利用用离离心心力力较为有有效效。离离心心分离主要是利用离心分离分离主要是利用离心分离设备进行行实现。由由于于颗粒粒和和液液体体介介质的的密密度度不不同同，所所受受离离心心力力不不同同，可可以以分分离离出出一一般般过滤方方法法不不能能除除去去的的小小颗粒粒，也也可可用用于于分分离离两两种密度不同的液体混合物。种密度不同的液体混合物。5、离心过滤23离心机的分离心机的分类离心机的分类24固液分离单元操作课件25固液分离单元操作课件26固液分离单元操作课件27固液分离单元操作课件28固液分离单元操作课件296、其它分离方法、其它分离方法气气浮浮：气气浮浮法法多多用用于于水水处理理，分分离离比比重重接接近近于于水水和和难以以沉沉淀淀的的悬浮浮物物。悬浮浮物物表表面面憎憎水水性性颗粒粒表表面面易易附附着着气气泡泡，密密度度变小小上上浮浮。亲水水性性颗粒粒则可可通通过化化学学药品品处理理转化化为憎憎水性。水性。絮絮凝凝：使使液液体体中中悬浮浮颗粒粒集集聚聚变大大，形形成成絮絮团，加加快快粒粒子子聚沉，从而聚沉，从而实现固液分离。固液分离。6、其它分离方法30五、强化、弱化固液分离1、强化固液分离化固液分离采用分离采用分离设备；强化化分分离离条条件件：降降低低流流体体黏黏度度、提提升升推推动力力、增增加加分分离离时间、减小阻力。、减小阻力。2、弱化固液分离、弱化固液分离改改变流体流流体流动状状态；五、强化、弱化固液分离1、强化固液分离31