项目二 非均相物系的分离与设备

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项目二 非均相物系的分 离与设备

化学工业出版社

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任务1:了解非均相物系分离在化工 生产中的应用 想一想：化工生产中，经常会遇到含尘气体、悬 浮液的分离问题，那么采取什么操作能完成含尘 气体、悬浮液的分离呢？ 含尘气体、悬浮液的分离问题属于非均相物系的 分离，下面我们学习有关非均相物系分离的相关 知识。

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1. 应用 在自然界、工农业生产以及日常生活里我们会接触到很多 混合物，如空气、雾、泥水、牛奶等。在化工生产中，很 多原料、半成品、排放的废物等大多为混合物，为了满足 生产要求和环境保护，常常要对混合物进行分离。 非均相混合物的定义： 非均相混合物是指由两个或两个以上的相组成的混合物。 非均相混合物中，有一相处于分散状态，称为分散相(分 散物质),如雾中的小水滴、烟尘中的尘粒；另一相处于 连续状态，称为连续相(或分散介质),如雾和烟尘中的 气相。化工生产中，非均相混合物的分离过程常用于回收 分散物质、净化分散介质、劳动保护和环境卫生等。

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悬浮液和乳浊液 自然界里的大多数物质是混合物，混合物可分为均相混合 物和非均相混合物两大类。相是具有相同组成，相同物理 性质和相同化学性质的均匀物质。相与相之间有明确的界 面。 均相混合物的定义：均相混合物内部各处物质均匀而不存 在相界面，如空气、酒精等。 非均相混合物的定义：非均相混合物的内部有隔开两相的 界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同，如悬浮液、 乳浊液、含尘气体等。 固体颗粒分散于液体中，因布朗运动而不能很快下沉，此 时固体分散相与液体的混合物称悬浮液。悬浮液中的固体 颗粒的粒径为10-3-10-4cm,大于胶体。血液,泥水,氢氧化 铜和水的混合液，碳酸钙和水的混合液等都是悬浮液。

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非均相混合物的实例

乳浊液

悬浮液

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2.非均相物系的分类和分离方法 非均相混合物按聚集状态分类，常见的有气-固相(如烟 道气)、气-液相(如雾)、液-固相(如泥水)、液-液相 (如牛奶)、固-固相(如金属矿)。 非均相混合物通常采用机械的方法分离，即利用非均相混 合物中分散相和连续相的物理性质(如密度、颗粒形状、 尺寸等)的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。 根据两相运动方式的不同，机械分离可有两种操作方式， 过滤和沉降。重力沉降是微粒(分散相)借助本身的重力 在分散介质中沉降而获得分离。离心分离是利用微粒(分 散相)所受离心力的作用将其从分散介质中分离，亦称离 心沉降。过滤是利用两相对多孔介质

穿透性的差异，在某 种推动力的作用下，使非均相混合物得以分离的操作。

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任务2:认识重力沉降及设备 想一想：重力沉降有什么优缺点？在化工 生产中，重力沉降一般用在什么场合？ 重力沉降是借助重力的作用，使流体和颗 粒之间发生相对运动，把流体和颗粒分离 的操作。工业生产中，借助重力沉降分离 非均相混合物的设备常见的有降尘室和连 续沉降槽。降尘室用于分离含尘气体，而 连续沉降槽用于分离悬浮液。

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1. 降尘室 降尘室一般呈扁平状，通常只能作为预除尘设备， 用于分离粒径较大的尘粒。 最简单的水平流动型降尘室如下图所示：含尘气 体水平进入降尘室后，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。含尘气体 净化气体清洁气流 隔板 含尘气 流 挡板

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尘粒在降尘室的运动情况

多层降沉室

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2.沉降槽照片及示意图

沉降槽示意图

沉降槽照片

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3.提高重力沉降速度的方法 下面以降尘室为例，介绍提高重力沉降速度的方法。以如 前所述，降尘室的生产能力只与沉降面积bl及颗粒的沉降 速度ut有关。在实际生产中，现有的降尘室，沉降面积一 定，升降分离的关键在于颗粒的沉降速度。提高重力沉降 速度，无疑可以获得更好的沉降效果。影响沉降速度的因 素很多，同学们想一想，有哪些提高重力沉降速度的方法 呢？从下列影响重力沉降速度的的因素着手，针对不同情 况，采取不同措施。

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影响重力沉降速度的的因素 (1)密度 (2)颗粒直径 (3)球形度 (4)流体的粘度 (5)流动干扰

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双边交流： 1.查取有关资料，找出高效沉降槽在化工生产中的 实际应用，把你获得的资料与其他人交流一下， 看别人的理解与你有何不同，并展开讨论。 2.请完成下面的填空： (1) 降尘室的生产能力只与降尘室的 _________有关，与降尘室的_________无关。 (2) 沉降槽用于分离_________混合物。 (3) 流体的粘度越大，颗粒的沉降速度 _________。

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任务3 :认识离心沉降及设备 想一想：离心沉降与重力沉降有何不同？在化工生产 中，离心沉降一般用在什么场合？ 依靠惯性离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降运 动，称为离心沉降。利用离心力比利用重力要有效得 多，因为颗粒的离心力由旋转而产生，转速越大，则 离心力越大；而颗粒所受的重力却是固定的。因此， 利用离心力作用的分离设备不仅可以分离出比较小的 颗粒，而且设备的体积也可缩小很多。离心沉降设备 分为两类：一类是设备静止不动，非均相物系

作旋转 运动的离心设备，如旋风分离器和旋液分离器；另一 类是设备本身旋转的离心设备，称为离心机。离心沉 降可大大提高沉降速度，适宜处理两相密度差较小， 颗粒粒度较细的非均相物系。 气、固非均相物系的离心沉降通常是在旋风分离器 中进行；液、固悬浮物系一般在旋液分离器或沉降离 心机中进行。

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1.旋风分离器B

排气 进气

出灰口

旋风分离器示意图

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生产中常用若干个小型旋风分离器并列组 成分离器组来代替大型分离器，不仅可以 提高分离效率，而且可以提高生产能力。 为了减少能耗，生产中常将降尘室、旋风 分离器及袋滤器组成除尘系统。含尘气体 先在降尘室中除去较大的尘粒，然后在旋 风分离器中除去大部分的尘粒，最后在袋 滤器中除去较小的尘粒。也可根据尘粒的 粒度分布及除尘目的省去其中的某个除尘 设备。

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(1) 旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流 器，用以分离以液体为主 的悬浮液或乳浊液的设备。 工作原理与旋风分离器大 致相同。设备主体也是由 圆柱、圆锥两部分组成， 如图所示。料液由圆筒部 分以切线方向进入，作旋 转运动而产生离心力，下 行至圆锥部分更加剧烈。 料液中的固体粒子或密度 较大的液体受离心力的作 用被抛向器壁，并沿器壁 按螺旋线下流至出口(底 流)。澄清的液体或液体 中携带的较细粒子则上升， 由中心的出口溢流而出。

2.其他离心沉降设备

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(2) 沉降离心机

蝶片式离心机

管式超速离心机

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卧式螺旋卸渣沉降离心机示意图

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3.提高离心沉降速度的方法 离心沉降是利用连续相与分散相在离心力场中所 受离心力的差异使重相颗粒迅速沉降实现分离的 操作。离心沉降速度是指重相颗粒相对于周围流 体的运动速度。设法提高离心沉降速度，无疑可 使分离效果提高，设备尺寸减少。同学们想一想， 有哪些提高离心沉降速度的方法呢？从下列影响 离心沉降速度的的因素着手，针对不同情况，采 取不同措施。

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颗粒的离心沉降速度与下面三方面因素有关： (1) 颗粒本身的性质：离心沉降速度与颗粒直 径和密度成正比。密度相同时，大颗粒比小颗粒 沉降快；大小相同时，密度大的颗粒比密度小的 沉降快。 (2) 介质的性质：离心沉降速度与介质的粘度、 密度成反比。介质粘度、密度大，则颗粒沉降慢。 (3) 离心条件：颗粒的离心沉降速度与离心时 转速和旋转半径成正比。如果其他的条件不变， 离心沉降速度随着半径的增大而增大；同样其他 的条件不变，离心沉降速度随着转速的增大而增 大。

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离心分离因数 离心分离设备常用

离心分离因数来表示离心分离效果。离 心分离因数为离心加速度和重力加速度的比值，用KC表示：

离心分离因数是评价离心分离设备的重要指标。要提高KC, 可通过增大半径和转速来实现，但出于对设备强度、制造、操 作等方面的考虑，通常采用提高转速并适当缩小半径的方法来 获得较大的Kc。 离心沉降具有沉降速度大、分离效果高的优点，但离心分 离设备比重力沉降设备复杂，投资费用大，且需要消耗能量， 操作严格而费用高。因此，分离要求不高或处理量较大的场合 适宜采用重力沉降。根据情况，也可先用重力沉降，再进行离 心分离。

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