最新完整固液分离技术知识
职业教育应用化工技术专业教学资源库《离子膜烧碱生
产操作》课程教学方案
淄博职业学院《离子膜烧碱生产操作》课程教学方案
教师：序号：
讨论提问法、任务教学法——理论+实训
P
自来水
压缩空气
固 体 泥去配水罐
来自凯膜过滤器
来自浮上澄清桶
V0111
洗泥池
P0112
泥浆泵
M0101
板框压滤机
V0122
压滤盐水罐
P0114
压滤盐水泵
图1-65盐泥压滤操作工艺流程示意图
沉降空气中的尘粒会受重力作用逐渐降落到地面，而从空气中分离出来，这种现象称为沉降。
重力沉降首先以简单的刚性球形颗粒的自由沉降为例，讨论沉降速度的计算、分析影响沉降的因素，简要介绍沉降设备的结构或操作原理。
⑴自由沉降与沉降速度(重点)
①沉降速度
图1-66 颗粒在静止介质中降落时所受的作用力
一个球形颗粒在介质中作重力沉降运动所受到的力为：
重力g
d
mg
F
s
g
ρ
π
3
6
=
=（1-65）
浮力g
d
g
V
F
s
b
ρ
π
ρ3
6
=
=（1-66）
阻力
2
2
u
A
F
d
ρ
ζ
=（1-67）根据牛顿第二定律有：
原盐 ma F F F b d g =-- （1-68）
可得 ()ζρ
ρρ34-=
s t gd u （m/s ） （1-69）
② 影响沉降速度的因素 a 颗粒的体积浓度
当颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内。当颗粒浓度较高时，发生干扰沉降。
b 器壁效应
当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时（例如在100倍以上），器壁效应可忽略，否则应加以考虑颗粒形状的影响
c 同一种固体物质，非球形的颗粒的形状及其投影面积A 均影响沉降速度。颗粒形状与球形的差异程度，可用它的球形度来表征。 ⑵ 重力沉降设备 ① 降尘室
通过重力沉降从气流中分离出尘粒的设备称为沉降室如图1-67所示。其工作原理为：含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大而速度减慢，只要颗粒能够在气体通过的时间内降至室底，便可从气流中分离出来，如图1-68所示。
设颗粒沉降至室底所需时间为t θ，则
t
t u H
=
θ （1-73） 设气体通过降尘室的时间为θ，则
u
L
=
θ （1-74） 尘粒被分离出来的条件为
t θθ≥或t
u H u
L ≥
（1-75） 图1-67 降尘室
图1-68颗粒在降尘室内沉降情况
图1-70标准旋风分离器
气体在降尘室的水平通过速度为bH
V u S
=
（1-76） 可见，理论上降尘室的生产能力只与沉降面积bL 及颗粒的沉降速度t u 有关，而与降尘室高度无关。故降尘室应设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室，以提高降尘室的生产能力。
② 沉降槽
借助重力从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称为沉降槽，可分为间歇式和连续式两种。
如图1-69为连续式沉降槽。
连续沉降槽适合处理量大，固相含量不高，颗粒较粗的悬浮液。 ⑶ 离心沉降过程(重点与难点)
离心分离设备可分为两类，一类是设备静止不动，悬浮物作旋转运动的离心沉降设备如旋液分离器和旋风分离器；另一类是设备本身旋转的离心分离设备，称为离心机。
① 离心分离速度 惯性离心力
R
u d F s c 2
3
6ρπ
=
（1-77）
浮力
3
2
6s u F d R
π
ρ=
（1-78）
阻力
2
4
2
2
r R u d
F ρπ
ζ
=
（1-79）
当此三力达平衡时，颗粒在径向上相对于流体的速度 ，即
图1-69连续式沉降槽
图1-71旋液分离器
02
4662
22323
=--r s
u d R u d R u d ρπζρπρπ
（1-80） 得离心沉降速度为
()R
u d u s r ζρρρ342
-=
（1-81）
离心力与重力或离心加速度与重力加速度之比称为分离因数，用c K 表示，即
gR
u u u K t r c 2
=
= (1-82) ② 离心分离设备 a 旋风分离器
可分离m ～μ755的非纤维、非粘性干燥粉尘，可用多种材料气-固非均相物系的分离一般在旋风分离器中进行。标准旋风分离器的结构型式如图1-70所示，主体的上部为圆筒形，下部为 圆锥形，中央有一升气管含尘气体由圆筒上部进气管切向进入，受器壁的约束而向下作螺旋运动，在惯性离心力的作用下颗粒被抛向器壁，与气流分离，再沿壁面落至锥底的排尘口。净化后的气体在中轴附近的下向上作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。 b 旋液分离器
旋液分离器是一种利用离心力的作用分离悬浮液的设备，其结构如图1-71所示，设备主体是由圆筒和圆锥两部分构成。悬浮液从切向自入口管进入圆筒中部，并向下作螺旋运动，密度大的固体颗粒受惯性离心力较大，被迅速抛向器壁，并随螺旋液流降至锥底，由底部排出的含固体颗粒较多的浓稠液流称为底流；含固体颗粒较少的液体形成螺旋上升的内旋流，由上部中心溢流管排出，称为溢流。
c 碟片式高速离心机
⑷ 过滤过程(重点内容)
通过过滤操作可获得清净的液体或固相产品。与沉降分离相比，过滤操作可使悬浮液的分离更迅速更彻底。在某些场合下，过滤是沉降的后继操作。
过滤是以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液
体
通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。
过滤操作采用的多孔物质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤液；被截留的固体物质称为滤饼或滤渣；实现过滤操作的推动力可以是重力、压强差或惯性离心力。但在化工中应用最多的还是以压强差为推动力的过滤。
①过滤方式
工业上的过滤操作分为两大类，即滤饼过滤和深层过滤。
过滤进行如图1-76所示。
②过滤介质
过滤介质是滤饼的支承物，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性，如化学实验室中常用的滤纸就是一种过滤介质。工业上常用的过滤介质主要有：
a 织物介质（又称滤布）
b 堆积介质
c 多孔固体介质能截拦1～3μm 的微细颗粒。
对过滤介质的基本要求是：
(Ⅰ) 具有多孔性，阻力小，使液体容易通过，而孔道的大小应该能使悬浮粒子被截留；
(Ⅱ) 具有化学稳定性、耐腐蚀和耐热性等；
(Ⅲ) 具有足够的机械强度
③滤饼的压缩性和助滤剂
a 滤饼的压缩性
不可压缩滤饼。
可压缩滤饼。
b 助滤剂
对助滤剂的基本要求：
(Ⅰ) 应是能形成多孔滤饼的刚性颗粒，使滤饼有良好渗透性及较低的流体阻力。
(Ⅱ) 应具有化学稳定性，不与悬浮液发生化学反应，也不溶于液相中。
(Ⅲ) 在过滤操作的压强差范围内，应具有不可压缩性，以保持滤饼有较高的空隙率。
特别之处：一般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的。
④过滤机的生产能力
过滤过程包括过滤、洗涤、干燥及卸饼四个阶段。
洗涤后得到的溶液称为洗涤液。
滤饼的干燥：在过滤完毕后，有时还要将滤渣用压缩空气吹干或用真空吸干滤渣中的水分，以使滤渣中的水分尽可能地减少。
图1-75 过滤操作示意图
图1-76架桥现象
（注：单元格可合并、拆分）