131209规模化生产固-液分离技术-肖天鹏

规模化生产固-液分离技术Solid-liquidSeparation研发制程组肖天鹏•固液分离指从水、料液或废水中除去悬浮固体的过程。把固体和液体分开的过程都是固液分离，方法非常多，有沉降、过滤、膜过滤、压滤、真空，离心等。目前工业化生产使用最多的技术是过滤、沉降及离心分离技术。定义基本原理•过滤过滤是以某种多孔性物质作为介质，在外力的作用下，悬浮液中的流体通过介质孔道，而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离的过程。•沉降沉降是依靠外力的作用，利用分散系物质（固相）与分散介质（液相）的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分离的过程。•离心离心是利用装置所提供的惯性离心力的作用来实现固液分离的过程。固液分离技术-过滤1.原理：用多孔性介质（如滤袋）截留固液悬浮物中的固体颗粒，实现固液分离。固液分离技术-过滤2.分类（1）过滤介质所起主要作用：饼层过滤、深层过滤（2）提供外力的方式：常压过滤（滤纸过滤）、减压过滤（真空抽滤）、加压过滤（板框压滤，滤袋过滤，滤芯过滤）（3）过滤时外加压力和流速：①恒压过滤，用压缩空气或真空作为推动力；②恒速过滤，通常用定容泵来输送料液；③变速-变压过滤操作方式，用离心泵来实现。固液分离技术-过滤a.深层过滤原理：过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭等→填充于过滤器内形成过滤层→悬浮液中的固体颗粒沉积于过滤介质床层内部，颗粒尺寸小于床层孔道尺寸，在表面力和静电的作用下附着在孔道壁上→阻挡或吸附悬浮液中的固体颗粒→使滤液澄清固液分离技术-过滤•过滤介质：所用介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒、烧结陶瓷、烧结金属等。•过滤介质起主要作用•适用范围：(1)适合于固体含量少于1g/L，颗粒直径在(5～100)μm的悬浮液的过滤分离。(2)生产用水、麦芽汁、酒类和饮料的过滤澄清，多在工业上应用。(3)自来水厂饮水的净化及从合成纤维丝液中除去极细固体物质等均采用这种过滤方法。固液分离技术-过滤b.饼层过滤原理：当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布所阻拦而逐渐形成滤饼，滤饼至一定厚度时即起过滤作用，此时滤布主要起支撑作用。•饼层过滤：过滤介质中微细孔道的尺寸可能大于悬浮液中部分小颗粒的尺寸，因而，过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，但是不久颗粒会在孔道中发生“架桥”现象，使小于孔道尺寸的细小颗粒也能被截留，此时滤饼开始形成，滤液变清，过滤真正开始进行通常，过滤开始阶段得到的浑浊液，待滤饼形成后应返回滤浆槽重新处理。固液分离技术-过滤饼层过滤•过滤介质：滤芯、滤袋，包括天然或合成纤维织布、金属织布、石棉板、玻璃纤维纸等。•适用范围：多用于处理颗粒含量较高的悬浮液，且是生产中一种主要的过滤方式，在实验室中也经常使用，如滤纸过滤，真空抽滤等。常用于分离固体含量大于1g/L的悬浮液。•滤饼层起主要作用固液分离技术-过滤工业上完整的饼层过滤过程主要包括三个步骤：①滤饼的形成:从被处理的料液接触过滤介质开始，随着过滤时间的增长，饼层厚度逐渐增大；②滤饼的洗涤:回收饼层中有用的物质或者除去饼层中的杂质，洗涤液的体积与流速决定回收率的高低及洗涤时间的长短；③滤饼的清除:过滤一定时间后，过滤阻力增大，滤速明显减小，将饼层从过滤介质上去除，以便使过滤能够在较高过滤速率下进行。滤饼的可压缩性能随着过滤操作的进行，滤饼的厚度逐渐增加，因此滤液的流动阻力也逐渐增加。构成滤饼的颗粒特性决定流动阻力大小。不可压缩滤饼：颗粒如果是不易变形的坚硬固体(如硅藻土、碳酸钙等)，则当滤饼两侧的压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙不会发生明显变化，单位厚度床层的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。可压缩滤饼：滤饼中的固体颗粒受压会发生变形，如一些胶体物质（饮料），则当滤饼两侧的压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙会有明显的改变，单位厚度饼层的流动阻力随压强差增大而增大，这种滤饼为可压缩滤饼。滤饼的比阻•滤饼的比阻：衡量过滤特性的主要指标是质量比阻rB，它表示的是单位滤饼厚度的阻力。与滤饼的结构特性有关。•对于不可压缩滤饼，比阻值rB是常数。对于可压缩滤饼（可压缩滤饼:形成的滤饼刚性不足，其内部空隙结构随滤饼的增厚或压差的增大而变形，空隙率减小），比阻是操作压力的函数。rB＝r(ΔP)m（r-不可压缩滤渣的比阻，对于一定的料液为常数m-压缩性指数，一般取0.5-0.8，对不可压缩性滤饼m为0）•在不变的压差之下，滤饼比阻是一定值，即在不变压力差下过滤时，过滤速度的逐渐下降是由于滤饼厚度的逐渐增加所致。滤饼的比阻•滤饼的比阻值是随操作压力差的提高而增大的。开始过滤时应注意不能很快提高压差，应缓慢、逐步地升高压力。若操作压力控制过高，由于比阻值的急剧增加，会使过滤速度很快下降，以至达到不能继续过滤的程度。•恒定的操作压差下，当滤饼中所含固形物浓度达到某一界限值时，滤饼的比阻就不是一定值，而会突然升高。过滤速度不但随滤饼厚度的增加而下降，还会因滤饼比阻的突然升高而额外下降，这是由于有机物质的胶体粒子借静电吸引而结合的水分子所致。固液分离技术-过滤•改善过滤性能的方法？•助滤剂的使用：当固体颗粒易受压变形时，采用一般过滤分离很困难，常采用加助滤剂的方式，以顺利完成过滤分离操作。助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。助滤剂使用可使悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，从而使滤饼的可压缩性下降，过滤阻力降低。助滤剂的选择以不吸附或少吸附目标产品为准。固液分离技术-过滤•助滤剂的使用方法：(1)将助滤剂在支持介质（滤布）的表面上预涂助滤剂薄层1～2mm，以保护支持介质的毛细孔道在较长时间内不被悬浮液中的固体粒子所堵塞；(2)将助滤剂分散在待过滤的悬浮液中，使形成滤饼具多孔性，降低滤饼的可压缩性，以提高过滤速度和延长过滤操作周期。•选择和使用助滤剂时要考虑的因素：①根据目的产物的性质选择助滤剂品种②根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂品种③粒度选择④用量的确定⑤能形成多孔饼层的刚性颗粒⑥有化学稳定性固液分离技术-过滤•影响过滤性能的因素①混合物中悬浮微粒的性质和大小②混合液的粘度③操作条件：固液分离操作中温度、pH、操作压力、滤饼厚度等的控制也会影响固液分离速率我司工厂使用的过滤设备•滤袋过滤器布袋过滤器（并联）270目精度滤袋多袋结构，可装4个滤袋我司工厂使用的过滤设备•滤袋过滤器实验室用单袋式不带过滤器我司工厂使用的过滤设备•管式钢网过滤器高搅桶后100目管式钢网过滤器，一般做滤袋过滤前的粗滤处理。我司工厂使用的过滤设备•滤芯过滤器储存桶过滤—多芯滤芯过滤器我司工厂使用的过滤设备•滤芯聚丙烯折叠滤芯，规格性质：1μm，40英寸，有效过滤面积≥0.6m/10”，最高工作温度60℃，最大工作压差4bar/21℃，灭菌条件121℃30min。我司工厂使用的过滤设备•实验室用滤芯过滤器（单芯）Cobetter公司定制实验室推车系统——单芯滤芯过滤器。Cobetter滤芯介绍•HPP系列折叠滤芯使高精度与低成本过滤成为实现，高标准的过滤介质确保了很高的截留效率。高流速和高纳污量的特性使HPP系列滤芯成为最经济的聚丙烯滤芯。全聚丙烯结构提供了广泛的化学兼容性可用于过滤大部分酸、碱及溶剂。材料结构工作特性滤材聚丙烯导流层聚丙烯中心杆/外壳/端盖聚丙烯最高工作温度80℃最高工作温度80℃最大工作压差4bar/21℃•熔喷滤芯是采用无毒无味的聚丙烯粒子，经过加热熔融、喷丝、牵引、接受成形的管状滤芯，其特殊工艺具有更高纳污量，能够承受更多杂质。•MBF-PP系列聚丙烯熔喷滤芯采用最新的工艺，使整支滤芯具有非常坚硬的机械性能，抗压能力是普通熔喷滤芯的2倍以上，能够适用于部分高粘度高固含量的料液。材料结构滤材聚丙烯中心杆/外壳聚丙烯工作特性最高工作温度80℃最高工作压力4bar/21℃CSD系列纸板滤芯，通过特殊工艺将高纯度木质纤维素和无机助滤剂复合而成，其内部纵横交错的三维空间结构使其成为一种深层过滤介质，提供了优秀的过滤效果、高纳污量和超长的使用寿命。工作特性最高工作温度80℃最高工作压力2.1bar/25℃1.0bar/80℃固液分离技术-沉降定义：沉降是依靠外力作用，利用分散物质（固相）与分散介质（液相）的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分离的过程。分类：分为重力沉降和离心沉降。适用：主要用于固体粒子含量较少、颗粒细小的悬浮液的分离。重力沉降：颗粒受到重力加速度的影响而沉降的过程叫重力沉降。固液混合物料在进行重力沉降之前一般需进行混凝、絮凝等预处理。影响颗粒沉降速度的因素：流体的密度、颗粒的密度、颗粒形状、容器的壁面和底面、颗粒之间的相互干扰、流体的流动状态等。沉降设备：主要有沉降室和沉降槽。沉降室多用于分离气体中的固体颗粒，而沉降槽多用于液体悬浮物中固体颗粒的分离。我司工厂废水处理采用沉降槽作曝气前的预处理。固液分离技术-离心离心沉降离心沉降在实现固液分离时，不需要过滤介质，离心机在离心力的作用下，物料按密度的大小不同分层沉降而得以分离，固体沉降于筒壁或转鼓壁上，余下的即为澄清的液体，可用于液-固、液-液、液-液-固物料的分离。uTuru离心沉降速度uru：颗粒运动的绝对速度；uT：颗粒运动的切向速度；ur：颗粒运动的径向速度（离心沉降速度）。颗粒受力分析惯性离心力＝236TsudR向心力＝236TudR阻力＝2242rud三力达到平衡，则：22233206642TTrsuuudddRRR惯性离心力向心力阻力•平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur即为此位置上的离心沉降速度。同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为：（Kc值越高，分离效果越好。）243sTrduuRcTtrKgRuuu2离心机•离心机原理是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。所以需要利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。•离心机分类a按国家标准与市场使用份额分为以下四种：1三足式离心机2卧式螺旋离心机3碟片式分离机4管式分离机b按分离方式分:1沉降式离心机2过滤式离心机三足式离心机卧式螺旋离心机碟片式分离机管式分离机转鼓离心机离心机•离心机原理是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。所以需要利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。•离心机分类a按国家标准与市场使用份额分为以下四种：1三足式离心机2卧式螺旋离心机3碟片式分离机4管式分离机b按分离方式分:1沉降式离心机2过滤式离心机我司工厂使用的离心设备杭州厂饮养奶咖运行参数：温度18.5℃，背压5.4bar，转速7305rpm，流量14.8m³/h我司工厂使用的离心设备萃取桶后转鼓离心机，滤袋规格270目水站自来水叠片过滤器（非动力），精度为50μm