学习情境三碳酸镁悬浮液的分离

学习情境三碳酸镁悬浮液的分离(1)了解非均相物系分离的主要方法、主要特点与工业应用；常见重力沉降设备、离心沉降设备及过滤设备的结构特点与用途，重力沉降设备生产能力与沉降面积、沉降高度的关系；(2)理解影响沉降、过滤的分离过程、主要影响因素，离心沉降与重力沉降的异同，重力沉降设备做成多层的依据；(3)掌握非均相物系分离方法的选择，板框压滤机的操作要点学习目标概述指不同组分的物质混合形成的一个相的物系存在两个或两个以上相的混合物分散相——在非均相物系中，有一相处于分散状态，称为分散物质（或分散相）均相物系非均相物系连续相——包围分散相而处于连续状态，称为分散介质（或连续相）（1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒。（2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。连续相若为液体，则为液相非均相物系混合物均相气态空气、天然气液态乙醇—水、石油非均相气—固烟道气气泡—液体气—液雾滴—气体液—固泥水、硫铵+母液液—液牛奶、油—水固—固煤矸石、金属矿根据某一性质的差异，造成两相相对移动，就可以实现两相分离非均相物系分离的生产实例氨水和二氧化碳在碳化塔中进行反应，生成含有碳酸氢铵的悬浮液，然后通过离心机和过滤机将液体和固体分离开，再通过气流干燥器将水分进一步除去碳酸氢铵生产示意流程实验室减压抽滤装置工业生产上，采用减压抽滤原理设计的真空带式过滤机工业生产和生活中，燃烧产生的烟道气中存在着大量的粉尘，我们通常采用烟囱来进行分离。烟道气中主要为气固体系，气体和固体密度不同，因此采用重力原理进行分离。硫酸钾的工业生产中，将从气流干燥器出来的含尘气体经一、二级旋风分离器分离后，将含尘气引入一级湿除尘器，除尘水来自系统工艺冷凝水。除尘后的含尘水利用设备布置上的位差，直接进入二级湿除尘器，在二级除尘器里，净化来自包装机及包装工房的含尘气。在二级湿除尘器出来的含尘水利用位差直接进入二转化工艺水储罐，废气经水洗后排空。氯化钠相对颗粒大于硫酸钾，粉尘经旋风除尘器后进入水浴除尘器，废气从15m高处排空。•满足对连续相或分散相进一步加工的需要，如上例中从悬浮液中分离出碳酸氢铵；•②回收有价值的物质，如上例中由旋风分离器分离出的最终产品；•③除去对下一工序有害的物质，如气体在进压缩机前，必须除去其中的液滴或固体颗粒，在离开压缩机后也要除去油沫或水沫；•④减少对作业区的污染，如上例中通过旋风分离器，已将产品基本上回收了，但为了不造成对作业区的污染，在废气最终排放前，还要由袋滤器除去其中的粉尘。非均相物系分离在生产中主要作用1）重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。2）离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离。亦称离心沉降。此法适用于较细的微粒悬浮体系。3）过滤：使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质上而获得分离。4）湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去。5）电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。常用分离方法球形颗粒的自由沉降重力：浮力：阻力：gdFppg36gdFpb362242dpuFd整理后得：243)(udgdtdupppp在du/dt=0，u=ut'3)(4gduppt由牛顿第二定理F=maFg-Fb-Fd=mdu/dtFbFdFg任务一气-固混合物的分离球形颗粒的自由沉降'3)(4gduppt=（Re），将不同的带入ut，可得各种流动状态下的ut的计算式：18)(2gdupptpptdgu3122225)(4pptdgu)(3层流区：Re2，过渡区：Re=2—500，湍流区：Re=500--2105，可见：ut=f（dp，p，），dp，p↑，ut↑↑，ut↓（层流区，过渡区）球形颗粒的自由沉降适合范围：光滑的球形颗粒。影响沉降速度ut的因素：1〉颗粒形状，偏离球形越大，阻力越大；通过沉降速度用沉降速度计算公式来求出当量球径;2〉颗粒浓度不太高0.2%，假设自由沉降1%.3〉壁面效应，沉降速度较自由沉降速度小；4〉分子运动，d2~3µm5〉液滴和气泡的变形6〉其它，如颗粒p不均匀。ζ——Re的关系图（1）颗粒含量的影响（2）颗粒形状的影响（3）颗粒大小的影响（4）流体性质的影响（5）流体流动的影响实际沉降及其影响因素(6)器壁的影响（一）重力沉降设备分级器常用设备利用不同粒径或不同密度的颗粒在流体中的沉降速度不同这一原理来实现它们分离的设备称为分级器。若有密度不同的a、b两种颗粒要分离，且两种颗粒的直径范围都很大，则由于密度大而直径小的颗粒与密度小而直径大的颗粒可能具有相同的沉降速度，使两者不能完全分离。上式表明，不同直径的颗粒因为密度不同而具有相同的沉降速度，该式代表了具有相同沉降速度的两种颗粒的直径比。降尘室用于分离大颗粒尘LHWutuVs在降尘室中，颗粒停留时间=L/u沉降时间=H/ut分离条件——L/u≥H/ut由于尘粒中，颗粒粒径不相同，故定义一种粒子，其停留时间=沉降时间，即可以100%除去的最小粒径——临界粒径dpcHWVusLWVust与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度（又称表面负荷qo）当尘粒沉降速度处于层流区时，LWVustcLWVgdsppc)(18表明：1、大于dpc的尘粒能100%除去；2．降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积，与高度H无关。重力沉降设备多层降尘室能被除去的最小颗粒直径该式说明：能被全部除去的最小颗粒尺寸不仅与颗粒和气体的性质有关，还与处理量和降尘室的底面积有关，却与降尘室的高度无关。（二）离心沉降分离设备旋风分离器沉降速度有效停留时间袋滤器团球塔除尘器文丘里除尘器转筒真空过滤机加压叶滤机任务二液固混合物分离一、重力沉降设备——沉降槽定义：用来处理悬浮液以提高其浓度或得到澄清液的重力沉降设备，也叫增稠器或澄清器。悬浮液经中央进料口送到液面以下0.3－1.0处，在尽可能减小扰动的情况下，迅速分散到整个横截面上，液体向上流动，清夜经由槽顶端四周的溢流堰连续流出，称为溢流；固体颗粒下沉至底部，槽底有徐徐旋转的耙将沉渣缓慢地聚拢到底部中央的排渣口连续排出。排出的稠浆称为底流。•连续沉降槽的直径，小者为数米，大者可达数百米；高度为2.5－4m。有时将数个沉降槽垂直叠放，共用一根中心竖轴带动各槽的转耙。连续沉降槽适合于处理量大，浓度不高，颗粒不太细的悬浮液•连续沉降槽适合于处理量大，浓度不高，颗粒不太细的悬浮液•沉降槽有澄清液体和增浓悬浮液的双重功能。•为了在给定尺寸的沉降槽内获得最大可能的生产能力，应尽可能提高沉降速度•沉降槽一般用于大流量、低浓度、较粗颗粒悬浮液的处理。离心沉降设备工作原理离心机是利用离心力分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液（或乳浊液）加入转鼓后，被带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出离心机的分类按分离因数常速分离机高速分离机超高速分离机按分离方式离心分离机过滤式离心机沉降式离心机过滤式离心机沉降式离心机离心分离机三足式离心机常见的几种离心机卧式刮刀卸料离心机1.进料管2.转鼓3.滤网4.外壳6.滤液7.冲洗管8.刮刀9.溜槽10液压缸图3-17卧式刮刀卸料离心机1.进料管2.转鼓3.滤网4.外壳6.滤液7.冲洗管8.刮刀9.溜槽10液压缸活塞推料离心机1.转鼓2.滤网3.进料管4.推料盘5.活塞推送器6.进料斗7.排液口8.冲洗管9.固体排出10.洗水出口任务三碳酸镁悬浮液的分离过滤原理过滤──是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液的操作：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离过滤介质①织物介质②堆积介质③多孔固体介质④多孔膜过滤方式（1）深层过滤——又称澄清过滤。条件：悬浮液含颗粒小，而含量少（液体中颗粒的体积0.1%）时，可用床层较厚的过滤介质进行过滤。由于dp介质孔隙直径，当悬浮颗粒进入床层年细长而弯曲的孔道时，靠静电及分子力的作用而附在孔道壁上，过滤介质床层上面没有滤饼形成。悬浮液过滤介质滤液（2）滤饼过滤条件：dp介质孔隙直径，床层上形成滤饼；dp介质孔隙直径，但床层内有“架桥现象”；在滤饼层没有完全形成之前，部分颗粒会随滤液一起流走。在滤饼层形成成为有效的过滤介质后，得到澄清液。适用于颗粒含量较多（液体中颗粒的体积0.1%）时架桥现象过滤示意图(3)动态过滤让料浆沿着过滤介质平面高速流动，使大部分滤饼得以在剪切力的作用下移去，从而维持较高的过滤速率。在滤饼过滤中，随着过滤的进行，滤饼的厚度不断增加，导致过滤速率不断下降。动态过滤很好地解决了这一问题。动态过滤也称为无滤饼过滤。过滤速率及其影响因素（1）过滤速率与过滤速度过滤速率是指过滤设备单位时间所能获得的滤液体积，，表明了过滤设备的生产能力；过滤速度是指单位时间单位过滤面积所能获得的滤液体积（2）恒压过滤与恒速过滤在恒定压差下进行的过滤称为恒压过滤;维持过滤速率不变的过滤称为恒速过滤(3)影响过滤速率的因素①悬浮液的性质②过滤推动力③过滤介质与滤饼的性质板框过滤机过滤设备板框过滤机板框过滤机