第五章 颗粒-流体非均相物糸分离
第五章 颗粒-流体非均相物系分离
概述 固流非均相体系:结晶过程中的晶浆,浸取过程中的固态天 然产物与溶剂;催化反应过程中的固体催化剂与反应物。 分离过程工业应用:湿法磷酸工艺从产品酸中分离磷石膏 流化催化石油裂解工艺从裂解气相中分离催化剂微粒等。 颗粒-流体非均相分离技术均基于颗粒与流体两相性质上的差 闭异,如颗粒尺度(过滤颗粒与流体的密度差(沉降) 国液体与气体对颗粒物料分散特性差别很大,故常以液固和气 固体系加以区分。不过从两相流体力学原理的角度而言都是 销共通的。 颗粒分散在液体中称悬浮液,分散在气体中称含尘气。小于 lμum的颗粒称为“胶质”( Colloid),分散在液体中称“溶胶” (So),分散在气体中则称“气溶胶”( Aerosol)
概 述 固-流非均相体系：结晶过程中的晶浆，浸取过程中的固态天 然产物与溶剂；催化反应过程中的固体催化剂与反应物。 分离过程工业应用：湿法磷酸工艺从产品酸中分离磷石膏、 流化催化石油裂解工艺从裂解气相中分离催化剂微粒等。 颗粒-流体非均相分离技术均基于颗粒与流体两相性质上的差 异，如颗粒尺度(过滤)和颗粒与流体的密度差(沉降)。 液体与气体对颗粒物料分散特性差别很大，故常以液-固和气 -固体系加以区分。不过从两相流体力学原理的角度而言都是 共通的。 颗粒分散在液体中称悬浮液，分散在气体中称含尘气。小于 1m的颗粒称为“胶质” (Colloid)，分散在液体中称“溶胶” (Sol) ，分散在气体中则称“气溶胶”(Aerosol)
过 过滤操作的基本慨念 利用重力或压差使悬浮液通过多 |悬浮液 ::(滤浆) 孔性过滤介质,将固体颗粒截留, 滤饼 从而实现固-液分离。 邮过滤介质 滤液 过滤的方式很多,适用的物系也很广泛,固-液、固-气、大 颗粒、小颗粒都很常见。 采用膜过滤(膜分离技术)可以分离10mm尺度的大分子量蛋白 质和病毒粒子等。 无论采用何种过滤方式,均需使用过滤介质,在很多情况下, 过滤介质是影响过滤操作重要因素
过 滤 利用重力或压差使悬浮液通过多 孔性过滤介质，将固体颗粒截留， 从而实现固-液分离。 过滤操作的基本慨念 悬浮液 (滤浆) 滤饼 过滤介质 滤液 过滤的方式很多，适用的物系也很广泛，固-液、固-气、大 颗粒、小颗粒都很常见。 采用膜过滤(膜分离技术)可以分离10 nm尺度的大分子量蛋白 质和病毒粒子等。 无论采用何种过滤方式，均需使用过滤介质，在很多情况下， 过滤介质是影响过滤操作重要因素
过滤介质多孔、理化性质稳定、耐用和可反复使用 织物介质最常用的过滤介质,工业上称为滤布(网),由天然 纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的 最小颗粒视网孔大小而定,一般在几到几十微米范围。 多孔材料制成片、板或管的各种多孔性固体材料,如素瓷、 烧结金属或玻璃、多孔性塑料以及滤纸和压紧的毡与棉等。 此类介质较厚,孔道细,能截留1~3mm的微小颗粒。 团固体颗粒床层由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层, 宜称作滤床,用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。 员多孔膜由特殊工艺合成的聚合物薄膜,最常见的是醋酸纤 窀维膜与聚酰胺膜。膜过滤属精密过滤或超滤( ultrafiltration), 可以分离5m的微粒。 根据工艺要求和悬浮液的性质以及颗粒浓度、粒度分布等多 方面因素选择合适的过滤介质及其组合方式,往往关系到过 滤操作的成败
过滤介质 多孔、理化性质稳定、耐用和可反复使用 织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由天然 纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的 最小颗粒视网孔大小而定，一般在几到几十微米范围。 多孔材料 制成片、板或管的各种多孔性固体材料，如素瓷、 烧结金属或玻璃、多孔性塑料以及滤纸和压紧的毡与棉等。 此类介质较厚，孔道细，能截留1～3mm的微小颗粒。 固体颗粒床层 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层， 称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。 多孔膜 由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤 维膜与聚酰胺膜。膜过滤属精密过滤或超滤(ultrafiltration)， 可以分离5nm的微粒。 根据工艺要求和悬浮液的性质以及颗粒浓度、粒度分布等多 方面因素选择合适的过滤介质及其组合方式，往往关系到过 滤操作的成败
过滤过程的机理 滤饼过滤(表面过滤):过滤介质为织 物、多孔材料或膜等,孔径可大于最 小颗粒的粒径。过滤初期,部分小颗 國A 粒可以进入或穿过介质的小孔,后因 颗粒的架桥作用使介质的孔径缩小形 成有效的阻挡 分截留在介质表面的颗粒形成滤渣层(滤饼),透过滤饼层 的则是被净化了的滤液。 随滤饼的形成,真正起过滤介质作用的是滤饼,而非过滤介 质本身,故称作滤饼过滤。 滤饼过滤主要用于含固量较大(>1%)的场合
过滤过程的机理 滤饼过滤(表面过滤)：过滤介质为织 物、多孔材料或膜等，孔径可大于最 小颗粒的粒径。过滤初期，部分小颗 粒可以进入或穿过介质的小孔，后因 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滤渣层（滤饼），透过滤饼层 的则是被净化了的滤液。 随滤饼的形成，真正起过滤介质作用的是滤饼，而非过滤介 质本身，故称作滤饼过滤。 滤饼过滤主要用于含固量较大（>1%）的场合
过滤过程的机理 深层过滤:过滤介质一般为介质层较厚的滤床类(如沙层 硅藻土等)。小于介质孔隙的颗粒可进入到介质内部,在长 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
过滤过程的机理 深层过滤：过滤介质一般为介质层较厚的滤床类（如沙层、 硅藻土等）。小于介质孔隙的颗粒可进入到介质内部，在长 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
过滤的操作方式 过滤:过滤操作中的主要阶段,在过程中滤饼不断增厚、阻 力不断上升,流体的通过能力则不断减小; 洗涤:无论是以滤饼还是滤液为产品,都有必要在卸料之前 用清液置换滤饼中存留的滤液并且洗涤滤饼 脱湿:以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气进行脱湿 卸料:将滤饼从过滤介质上移去; 清洗过滤介质:使被堵塞的网孔“再生”,以便重复使用。 目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 窀间歇式:对以上各步骤分阶段操作; 连续式:连续操作完成全部或其中部分阶段。 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
过滤的操作方式 过滤：过滤操作中的主要阶段，在过程中滤饼不断增厚、阻 力不断上升，流体的通过能力则不断减小； 洗涤：无论是以滤饼还是滤液为产品，都有必要在卸料之前 用清液置换滤饼中存留的滤液并且洗涤滤饼； 脱湿：以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气进行脱湿； 卸料：将滤饼从过滤介质上移去； 清洗过滤介质：使被堵塞的网孔“再生” ，以便重复使用。 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。 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：对以上各步骤分阶段操作； 连续式：连续操作完成全部或其中部分阶段
过滤设备 过滤是化工、轻工、食品、制药和粉体材料等许多生产领域 应用最为广泛的单元操作之一,既有各种不同类型的系列化 大型化、通用化的过滤设备载于手册与样本之中,更有许多 结构新颖的过滤装置随过程工业的发展而不断问世,非教材 所能列数。 本节仅以工厂中最常见的板框压滤机、叶滤机、回转真空过 滤机、盘式过滤机和离心过滤机为例进行扼要介绍
过滤设备 过滤是化工、轻工、食品、制药和粉体材料等许多生产领域 应用最为广泛的单元操作之一，既有各种不同类型的系列化、 大型化、通用化的过滤设备载于手册与样本之中，更有许多 结构新颖的过滤装置随过程工业的发展而不断问世，非教材 所能列数。 本节仅以工厂中最常见的板框压滤机、叶滤机、回转真空过 滤机、盘式过滤机和离心过滤机为例进行扼要介绍
板框压滤机 通过直接给悬浮液加压,迫使其穿过过滤介 质来实现过滤的目的。其历史最久且已有超过100种以上的 结构,最为常见的是板框式压滤机。 结构:由交替排列的滤 清洗水 料浆 板、滤框与夹于板框之 间的滤布叠合组装压紧 而成。板框数视工艺要 求在机座长度范围内可 灵活调节。组装后,在 滤液 清洗水 窀板框的四角位置形成连 浆料 通的流道,由机头上的 阀门 阀门控制悬浮液、滤液 开关 及洗液的进出。 启闭 洗涤液
板框压滤机 通过直接给悬浮液加压，迫使其穿过过滤介 质来实现过滤的目的。其历史最久且已有超过100种以上的 结构，最为常见的是板框式压滤机。 滤液 料浆 清洗水 洗涤液 开 启 关 闭 阀门 浆料 结构：由交替排列的滤 清洗水 板、滤框与夹于板框之 间的滤布叠合组装压紧 而成。板框数视工艺要 求在机座长度范围内可 灵活调节。组装后，在 板框的四角位置形成连 通的流道，由机头上的 阀门控制悬浮液、滤液 及洗液的进出
板框压滤机 非洗涤板洗涤板非洗涤板 悬浮液 圈圈圈圈 频 滤液 晚圈 板框板框板 过滤操作:过滤阶段悬浮液从通道进入滤框,滤液在压力下 穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟 道流下,既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出,称为 明流式;也可汇总后排出,称为暗流式
板框压滤机 过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下 穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟 道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为 明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。 框 板 框 板 非洗涤板 洗涤板 悬浮液 滤液 板 非洗涤板