1、第五章 固液分离第一节 概述固液分离：就是用某些分离方法或技术将液体悬浮液的液相和固相分开的过程。 目的：（1）回收有价固相（2）回收有价液相（3）同时回收两相,选择固液分离方法和设备的基本依据是所处理悬浮液中固体颗粒的粒度和固体含量（即浓度），见下图。,在任何固液分离设备中都不可能实现固液间的绝对分开，因此都可以用分离效率这一概念来表示分离的完全性。定义分离总效益ET为分离出的固相质量mu与进入分离器的固相总质量m0之比。即设mc为分至以液相为主的产品中的固相质量，则,分离总效率ET也表示为：,固液分离过程（1）自然排水：适于粗粒物料的脱水，它利用水自身的重力将水排出来的过程。（2）人为排水
2、：利用一定的机械进行排水，分为浓缩、过滤和干燥三个过程。浓缩：将水分由60%80%降到40% 50%；过滤：将水分由40% 50%降到10% 20%；干燥：将水分由10% 20%降到3% 8%。,第二节 浓 缩浓缩是稀薄悬浮液通过固体颗粒在其液相中的沉降分离，因脱除部分澄清液而变浓的过程。 固体颗粒从液相中沉降是基于其自身的重力或惯性离心力； 主要的浓缩设备有：重力沉降池、角锥浓缩机、倾斜浓密箱、耙式浓缩（密）机、水力旋流器、沉降离心机等，后两类为离心式的，前四类为重力式的。,重力浓缩设备,一、重力浓缩设备 （一）连续耙式浓密机由池体及溢流堰、耙架及耙齿、传动机构等部分组成。池的直径为1180
3、m，通常分为小、中、大三类。按其结构，除一般型式外，还有多层浓密机、过滤浓密机、加倾斜板浓密机； 按其浓缩能力又分为普通浓密机和高效浓密机； 按耙架方式又分为中央传动式及周边传动式。,1、中央传动式浓密机中、小型中央传动浓密机是由电动机通过蜗轮、蜗杆减速机械直接带动中心轴旋转，耙架直接连接在中心轴上；整个传动机构的重量支撑在横跨在浓密机槽（或池）体上的桁架上。（如图11-13）。大型的中心轴及支撑机构由中心桁架或沉箱式中空柱支撑（图11-14）。,图11-13 桥式中心传动耙式浓缩机结构（实物） 1桁架 2传动装置 3耙架提升装置 4受料筒 5耙架 6倾斜板 7浓缩池 8环形溢流槽 9竖轴 1
4、0卸料斗,图11-14 中心支柱式中央传动浓密机,2、周边传动式浓密机周边传动浓密机的圆型槽体通常均由钢筋混凝土制作，在其周边上安有环形轨道或还有环形齿轮；池中设有钢筋混凝土支柱，传动机构的一端借助于轴承支撑在支柱上，另一端支撑于环形轨道上。沿环形轨道或齿轮运行的传动机构带动耙架旋转，在中心柱及池边缘间设有钢桁架，供人行和铺设给浆管、槽用。,图11-15 周边传动式浓密机（实物：重科产品） 1齿条 2轨道 3溢流槽 4浓缩池 5托架 6给料槽 7集电装置 8卸料口 9耙架 10刮板（耙齿） 11传动小车 12辊轮 13齿轮,二、离心浓缩施以颗粒惯性离心力可使其沉降速度比仅重力下增加 2r/ g
5、 倍。对微细颗粒物料尤为重要。常用的离心浓缩设备是沉降式离心脱水机和水力旋流器。 沉降离心机的种类繁多（图11-23）。,管式沉降离心机： 立式管型转鼓3由电机10通过皮带带动高速旋转（工业型的转速可达15000r/min，实验型可高达50000r/min）。悬浮液或乳浊液由管下端的入料口1进入，被转鼓内的纵向助板带动与转鼓同速旋转，乳浊液的较重部分或固体颗粒被甩向管壁，澄清的液相自管上端轻液出口6（重液由出口5出去）溢出。经过一段时间后停机清除鼓壁上的沉渣。,管式沉降离心机,这种离心机适宜处理难分离的低浓度（1%）悬浮液或乳浊液，如分离油水、细菌、微生物、蛋白质等。固体颗粒粒度0.01100
6、m，固-液密度差大于0.01g/cm3，设备处理能力为0.10.4m3/h。管式离心机是沉降式离心机中分离效率最高的。,第三节 过 滤过滤是使悬浮液通过能截留固体颗粒并具有渗透性的多孔介质（过滤介质）实现固-液分离的过程。推动力用于克服过滤阻力，可以是重力、真空抽力、压力和离心力。,过滤的分类： 深层过滤：特点是固体颗粒粘附在过滤介质的孔洞内，适用于固体颗粒小于过滤介质的孔径且固含量0.1%悬浮液的净化。 成饼过滤：特点是固体颗粒呈饼状沉积在过滤介质的上游一侧，适用于固含量较高的悬浮液。成饼过滤应用场合更多。按推动力方式，成饼过滤包括真空过滤、压滤、离心过滤。,一、过滤介质,过滤介质一般应具备
7、以下条件：（1）多孔性。液体通过的阻力尽可能小，孔径大小应能使悬浮液中的固体颗粒被截留，并保持孔径相近。 （2）稳定性。对悬浮液有一定的耐热性和耐腐蚀性等。 （3）牢固性。具有足够的机械强度能支撑滤饼的重量及附加的外力。,工业上常见的过滤介质有以下几类：（1）粒状介质，如细砂石，碎石、煤块、木炭、酸性白土等。 （2）多孔类固体介质，它是一种具有很多微细孔道的固体材料，如多孔聚乙烯、多孔陶瓷等。适用于含少量细小颗粒的悬浮液。 （3）织物介质，又称滤布，包括各种天然和合成纤维、玻璃纤维、石棉、金属丝等材料的纺织或无纺织品。此类介质在工业上应用最广。,对于粒径小于0.1微米的超细粒子必须采用过滤膜（
8、即膜分离）。膜是一种微孔介质，厚度约为0.2150m，膜的材料有陶瓷、醋酸、纤维素、聚氯乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯以及聚砜等。,工业上常用各类介质的性能见下表：,二、悬浮液的预处理过滤过程中常会遇到过滤速率低、滤饼呈胶体或凝胶状态、滤液浑浊等现象。为了尽量避免这些情况的出现，提高设备的过滤效率，就需要对悬浮液进行预处理。预处理的方法有化学法和物理法两种。,（1）化学法 有以下三种： 凝聚：在悬浮液中加入无机电解质如明矾、石灰、铝离子和铁离子等，使颗粒相互粘接成较大颗粒而易于过滤分离。絮凝：在悬浮液中加入高分子絮凝剂，使颗粒在絮凝剂作用下聚集成大颗粒或絮团，以利于过滤分离。絮凝剂有天然和合成的两种
9、，如动物胶、淀粉、聚丙烯酰胺等。,改变表面张力：在悬浮液中加入表面活性剂降低液体的表面张力，使分离后的滤饼中残存水分减少，固含量提高。,（2）物理法包括陈化、结晶、改变悬浮液的温度、降低悬浮液的温度、降低悬浮液的粘度以及加入助滤剂等。,三、常见过滤设备,连续过滤机,间歇过滤机,按过滤推动力分为,真空过滤机,加压过滤机,真空过滤机,按操作方式分为,（一）真空过滤机,按过滤件形式分为,圆筒型真空过滤机,圆盘型真空过滤机,平面型真空过滤机,1圆筒型真空过滤机分内滤和外滤两大类。外滤式圆筒真空过滤机（图11-38）：主要部件是浆槽、筒体、轴承和分配头。筒体是一个钢板焊成的圆筒，其外表面用凹槽形格子板把
10、圆筒沿圆周方向分成1230个相互不连通的独立的小滤室，滤布覆盖在格子板上。每个小滤室沿长度又安有数排滤液管，通过喉管和分配头（分配活门）相连。其外层和真空泵及压气机相连，内层和喉管相连，通过分配头使过滤机按图11-39所示完成过滤过程。,图11-39 外滤式圆筒真空过滤机工作图 1滤室 2分配头 3、4接真空泵的管 5、6接压气机的管 7洗涤水管 过滤区 在真空作用下成饼 吸干区 在真空作用下吸尽滤液，吸干滤饼 、洗涤区 淋洗滤饼的洗液被吸入过滤室，经管3或4排出 吹松式 用压缩空气将滤饼吹松，以便卸料 卸料区 滤饼被刮刀剥落 、非工作区或间隔区,内滤式圆筒过滤机：圆筒自身即为浆槽。在成饼阶段
11、，颗粒受到重力和真空抽吸的联合作用，而且必是粗粒紧贴滤布表面，可形成粗粒骨架和减轻滤布堵塞。内滤式适宜过滤含粗粒大密度颗粒的悬浮液。但维修、操作不方便，故这种过滤机逐渐被淘汰。,2、 圆盘真空过滤机如图11-40所示，圆盘真空过滤机由浆槽1、空心主轴4、分配头6和固定在主轴上的若干个过滤圆盘5组成。主轴由数段空心轴构成，轴内有滤液管和过滤叶片相通，轴端装有分配头。过滤圆盘由1030个独立的扇形过滤叶片（板）组成（图11-41），叶片是空心的，其内腔圆管与主轴上的滤液孔相连。圆盘固定在主轴上随之旋转，过滤的过程和圆筒式相仿。圆盘式真空过滤机易于操作，更换滤布方便（因为可按叶片更换），单位过滤机面
12、积占地面积小，故应用最广。,图11-40 PG58-6型圆盘真空过滤机 1槽体 2轮叶式搅拌器 3蜗轮减速器 4空心主轴 5过滤圆盘 6分配头 7无级变速器 8齿轮减速器 9风阀 10控制阀 11蜗杆、蜗轮 12蜗轮减速器,3、带式过滤机,（二）加压过滤机加压过滤机有板框式、加压叶式、滤带式以及压力罐式等。压滤机的优点：对悬浮液特性的适应性强，结构简单，易操作，过滤压差大，滤饼含湿低，过滤面积选择范围宽，单位过滤面积占地面小。,1板框式压滤机板框式压滤机是最古老也是迄今仍广泛应用的压滤机，又分为板框式和厢式两种，两者的主要区别是板框式有滤板和滤框，滤布夹在二者间，滤饼形成于滤框内。厢式仅有呈凹
13、形的滤板。相邻两滤板构成一滤室。我国多用厢式。 图11-43 板框式和厢式压滤机 左板框压滤机 ；右 厢式压滤机,(a)板框过滤板和过滤框 (b) 厢式过滤板,图11-43 板框式和厢式压滤机 (a)板框压滤机 (b) 厢式压滤机,这类压滤机由滤板、固定顶板、活动顶板、主梁等部件构成。过滤开始前由移动装置将多块滤板沿其支撑主梁收拢于固定顶板及活动顶板间。活动顶板与液压缸活塞杆相连，在液压作用下使各滤板紧密接触，形成不泄漏气、水的多个滤室。悬浮液用泵压入（一般压力0.20.7Mpa）经固定顶板上的入料口进入压滤机滤室内，滤液在压力作用下经滤布沿滤板上的泄水沟排出。,（三）离心过滤机离心过滤机是以
14、惯性离心力为推动力的过滤机，也称为过滤离心机，其主要类型如图11-48所示。,人工卸料三足离心机（左）和自动卸料离心机（右）,图11-49是SG系列刮刀下部卸料三足过滤离心机的工作示意。适宜处理含中、细粒固相或纤维状的悬浮液。广泛用于化工、轻工、制药、食品等工业部门。采用刮刀低速卸料，卸料振动小，不伤损物料晶粒。图11-49 刮刀下部卸料三足过滤离心机工作示意,第四节 干 燥干燥就是将热量传给含水物料，并使物料中的水分发生相变转化为气相而与物料分离的过程。,一干燥物料的性质 （一）湿物料的性质 水分在湿物料中的存在形式的分类：（1）物料与水的结合方式 化学结合水：包括结晶水等。 物理化学结合水
15、：有吸附水、渗透水、结构水等。 机械结合水：包括毛细管水，润湿水和空隙水。,（2）物料中所含水分去除的难易非结合水分：是指润湿水和空隙水，它们与物料的结合强度极小，易于除去。结合水分：是指毛细管水、吸附水、渗透水等，它们与物料间主要是以物理和化学方式结合，难于除去。,（3）根据物料在一定条件下水能否用干燥方法去除。平衡水分：是指在一定干燥条件（空气状态）下，用干燥法除剩的极限水分。 自由水分：平衡水分之外的水分。,在干燥过程中由于水分含量是在不断变化的，但绝干物料的重量是不变的，故用M计算比用m计算方便。故在干燥计算时用M表示水分含量较多。,二湿物料的干燥过程一般认为，湿物料的干燥过程为：当热
16、空气从湿物料表面稳定流过时，由于空气与物料间存在温差，空气将以对流方式把热量传递给物料。物料接受热量后用来汽化其中的水分，由于湿物料表面的水蒸汽分压大于热空气流中水蒸汽分压，所以蒸汽就由物料表面扩散到空气流中并被空气流不断带走，物料的湿含量不断下降，当物料的湿含量下降到只剩平衡水分时干燥过程结束。,三干燥设备由于欲干燥的物料性质不同，对干燥的要求不同，生产规模有小有大，所以干燥设备十分繁杂。,（一）通风型干燥器是一种连续通风带式干燥器，由若干小干燥室组成。热干燥介质连续地透过多孔输送带（编织网带或孔板链带）干燥带上的湿物料。用于透气性较好的片状、条状、颗粒状物料的干燥，对膏状物料，经造粒制成棒
17、状后亦可干燥。可适用于不同热敏性物料。这类干燥机具有干燥速度快，蒸发强度高，产品质量好的优点。,连续通道式干燥器 （a）正视示意图 （b）断面示意图 1干燥室 2干燥的物料 3输送带 4加料器 5风机 6气体分布板 7干燥物料层 8换热器,（二）搅拌型干燥机按传热方式分为：直接传热型；间接传热型按干燥介质与物料流向分为：并流式；逆流式,直接传热并流式搅拌型回转圆筒干燥机圆筒转速26r/min，安装倾角15。筒内设有翻动和打散物料的搅拌抄板，物料在筒内的充填率一般小于0.25。抄板的型式很多，对粘性和较湿的物料适于用升举式抄板；颗粒细而易引起粉末飞扬的物料宜于用分格式。,直接传热并流式回转干燥机
18、 1燃烧室 2过滤机 3圆筒干燥机 4鼓风机 5抽风机 6、7收尘器,抄板的各种形式 (a)升举式 (b)四格式 (c)十字式 (d)架形 (e)套筒式 (f)分隔式（扇式）,逆流式搅拌型回转圆筒干燥机干燥推动力较均匀，故适于干燥需求较严格的物料。由于热介质所带粉尘经过湿料区被滤清，故排气中尘含量低。搅拌型干燥机机械化程度高，生产能力大。易于实现自动控制，产品质量好，应用范围广。,（三）流化床式干燥机流化床式干燥机是一种用流体搅拌的搅拌型干燥机。流化床式干燥机（器）是将粉粒状、膏状（乃至悬浮液和溶液）等流动性物料放在多孔板等气流分布板上，由其下部送入有相当速度的干燥介质，气流速较低时，气体由物
19、料颗粒间流过，整个物料层不动；逐渐增大气流速度，料层开始膨胀，颗粒间间隙增大，再增大气流速度，相当部分物料呈悬浮状态，形成气固混合床，即流化床，因这种流化床很像沸腾的液体，故又称沸腾床，而且它在许多方面呈现流体的性质，如有明显的上界面，并保持水平。若再增大气流速度，颗粒几乎全部悬浮并被气流带走，就成为气体输送了。,流化床干燥器的干燥速度很快；流化床内温度均匀且易控制调节；干燥时间也较易选定，故可得到水分极低的干燥物料。流化床干燥设备发展迅速，种类繁多，有连续、半连续、间断生产三大类；按结构有：单层、多层、卧式多室、脉冲、锥形以及喷动，振动和惰性载体等多种型式。,单层圆筒流化床干燥机 1料室 2
20、进料器 3分布板 4加热器 5鼓风机 6旋风分离器 7湿物料 8干物料 9空气入口 10空气出口,单层圆筒流化床干燥机干燥氯化铵时：床层高300400mm，气流速度1.2m/s，进气温度150160，排气5060，负压振作，物料粒度4060目，在机内 停留120s。,振动流化床干燥机通过振动减少了传热，传质的阻力，减少了滞流带和颗粒的聚集，使物料更充分均匀地分散于气流中，提高了干燥速度，大大缩短了干燥时间。振动流化床干燥器(实物：ZLG型）,（四）输送型干燥机 典型的气流式干燥机干燥主体是一根或数根直立圆筒。由燃烧炉2出来的热介质高速（通常为2040m/s）进入筒底的粉碎设备8，将由给料设备1
21、、9送到粉碎设备中的湿物料全部悬浮，湿物料在圆筒3中被干燥，而后被输送到气固分离及卸料设施57内。,喷雾干燥器原料液以一定压力由喷嘴喷出，形成雾化液，液滴直径一般为10200m，表面积非常大，遇到热气流，可在540s内完成干燥过程。物料的温度不高，适于干燥热敏性物料，可处理多种物料的悬浮液、溶液、乳浊液及含水的糊状料，为了形成雾化条件，待干燥物料的湿含量为40%90%，对高浓度原料，还需加水稀释。这种干燥器应用广泛，干燥产品不需要经粉碎和分级就可得到合格的粒径分布。,雾化器的种类压力喷嘴雾化器：压力泵产生较高的压力，将料浆沿切线方向送入雾化器,在雾化器的 旋流室中，料浆产生强烈的旋转运动,然后
22、从喷嘴高速喷出,喷出的料浆在空气中由于摩擦作用被撕裂成若干细小的液滴 。,雾化器的种类 空气雾化器：是利用压缩空气在喷嘴出口处吹散料浆使之成为细小的液滴.,雾化器的种类离心雾化器：是使料浆流入一个高速旋转的雾化盘中,料浆在离心力的 作用下,从雾化盘中高速甩出,与空气摩擦而分裂(撕裂)成液滴。,（五）真空干燥机 圆筒搅拌型真空干燥器筒体由双层夹套构成，筒内有回转搅拌耙齿，回转于中空轴上，转速38r/min。欲干燥的膏状物料由加料口加入后，向筒体夹套内通入低压蒸汽。物料一方面被蒸汽间接加热，一方面被耙齿搅动，拌匀；蒸发出的水蒸气由蒸气出口用真空泵抽出。这种干燥器能在较低温度下得到较高的干燥速度，故热量利用率高。除适用于泥糊状、膏状物料的干燥外，尤其适用于维生素、抗菌素等热敏性物料以及在空气中易氧化、燃烧、爆炸的物料。,图11-63 圆筒搅拌型真空干燥器 1空气排气 2双螺旋搅拌 3轴盖 4外部轴承 5中心加热管排放冷凝液的旋转接头 6视孔及清扫门 7支撑筒体的马鞍形座 8卸料口 9排卸门及计算重量的操作杆 10固定支撑的马鞍座 11-夹套的蒸气入口 12电动机减速装置 13蒸气入口的旋转接头 14蒸气出口 15加料孔,思考题： 1、选择固液分离方法和设备的基本依据。试举例说明。 2、常用的浓缩设备及其适用范围。 3、常用的过滤设备及其适用范围。 4、常用的干燥设备及其适用范围。,
