固液分离-概述.pptx

本科教学课件包申旭包申旭2012年4月教材及主要参考书教材固液分离 主编：孙体昌出版社：中南大学出版社；出版时间：2011年主要参考书1 固液分离 杨守志，孙德堃，何方箴编著 出版社：冶金工业出版社；出版时间：2008年2 固液分离 主编：罗茜 出版社：冶金工业出版社；出版时间：1997年3 固液分离 (英)斯瓦罗夫斯基著；朱企新，金鼎五等译 出版社：化学工业出版社；出版时间：1994年4 Handbook of separation techniques for chemical engineers 主编：Schweitzer,Philip A.出版社：World Publishing Corp.；出版时间：1990年5 固液两相过滤及分离技术 （英）A.拉什顿等著，朱企新等译 出版社：化学工业出版社；出版时间：2005年课程考核方式期末开卷考试：70%；平时成绩：30%（考勤：15%，课堂作业：15%）。课程教学方式课堂讲授+课堂讨论+作业课程教学要求上课时带好教材，认真听课，做好课堂笔记；请假时需有请假条；考试时可携带自己的参考书、笔记、计算器等，禁止互相借阅；课堂笔记禁止复印，考试时发现视为舞弊。教学方法及相关要求Chapter 1 概述 固液分离（solid-liquid separation）：把生产中含水的中间产品或最终产物（包括排出物）的液相与固相分开。广泛应用于矿业、湿法冶金、化工、制药、环境、生物制品等许多工业部门。生活中的固液分离操作也十分普遍。 随着现代化工业技术的发展，固液分离技术日益显现其重要性，它直接关系到回收率的高低、环境治理的效果、投资的大小及生产作业的难易等；不同的工业部门、不同的工艺过程，其固液分离费用不一，通常固液分离工艺费用占总工艺费用的10%-20%，投资费用占总投资费用的30%-40%，能耗占20左右；发展并解决好固液分离工程具有重大经济和社会意义。选矿（重选、磁选、浮选）固液分离（脱水、沉降、过滤）矿物加工选前作业选后作业破碎、磨矿、干燥等固液分离在矿物加工工程中的位置1.1 固液分离方法的分类1.1.1 定义操作对象：生产中的中间产品或最终产品的液相和固相固相：具有一定体积和形状的颗粒，包括弹性体和塑性体；甚至包括酒 糟、糖渣、蛋白酶等。液相：包括水、有机液体等牛顿流体和非牛顿流体。人们将剪切应力与变形率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。（详细内容见第三章）固体颗粒为分散相（被分散的物质），连续状态的液相为分散介质。实现固液分离的必要条件（要点）？1.1.2 固液分离的目的操作目的：a.回收有价的固相（如：矿物加工中精矿的脱水，水冶过程中对有价金属的回收）；b.回收液相（如：矿物加工中尾水的循环利用，造纸纸浆的返回使用）；c.同时回收两相（如：产品脱水后的回水利用）；d.不回收任何一相（如：使某些废水达到排放标准排放）。操作实质：固液两相的分离目前发展趋势为同时回收固液两相。1.1.3 固液分离方法的分类 固液分离方法按其作用原理可分为三类：1)机械分离法：利用机械力使液体与固体颗粒分离，可分为重力场、离心力场、压力、沉淀浓缩及重力、真空、离心、压力过滤等方法；2)热力分离法：利用热能使水分汽化而与固体分离；（如蒸发evaporation；结晶crystal）3)物理化学分离法：利用物理的或化学工程达到分离。（如电解electrolyse；萃取extraction）固液分离利用最广泛和最多的是：机械分离和热分离二种，本课程将重点介绍机械分离法（沉降sedimentation和过滤filtration。固液分离的基本要点：使固液两相间产生相对运动1）液体受限而固体可自由运动（如：沉降、浮选、结晶、电解等）;2）固体受限而液体可自由运动（如：干燥、过滤、筛分、蒸发等）；3）固液两相同时运动（如水力旋流器、流态化分级设备等）。1.1.4 固液分离所包含的两类因素或参数 从统一的物理角度分析所有固液分离过程，所有的固液分离均包含两类因素和参数a.分离浆体性质的量参数；确定场梯度的强度参数。1）过滤的量参数 ；2）沉降的量参数 ；3）重力场的强度参数 ；4）离心力场的强度参数 ；5）过滤时的压力梯度 ；6）在重力作用下 ；7）在离心力作用下 ；其中：为颗粒直径；为液体粘度；、分别为颗粒及液体密度；g为重力加速度；C为离心加速度；为过滤压力；L为滤饼厚度；Z为离心力强度，。b.所有的固-液分离方法或设备都基于两个参数的乘积：重力浓缩/澄清速度：重力过滤(gravity filtration)，线性过滤速率:离心过滤(centrifugal filtration)，线性过滤速率:压力过滤(真空、压滤)，线性过滤速率:1.2 固液分离的辅助手段1.2.1 分离助剂 在固液分离的效果不理想时，可以采用加入助滤剂的方式提高效率。助滤剂一般为刚性、多孔、高渗透性粉粒，加入浆料后以提高过滤性能。助滤剂的使用方法为为两种：形成预涂层和体加料方式。可以用作助滤剂的包括硅藻土、膨润土、石棉、纤维、非活性的炭粒、石灰、白灰等。助滤剂一般不回收，除非大型的生产装置回收才有经济效益。助滤剂亦可家在悬浮液中促进悬浮颗粒的沉降。利于水处理中常用的助凝剂PAM就能显著增加废水中悬浮物质的沉降速度。珍珠岩类助滤剂聚丙烯酰胺类助滤剂纤维素类助滤剂硅藻土1.2.2 磁性分离利用磁分离器除去悬浮液中的磁性固体颗粒，以净化某些液体（如液压回路中的油）的方法。目前已使用的高强度磁性分离器（HGMS），采用在高场强的均匀磁场中放置不锈钢毛或钢丝，在它们附近形成很大的磁场强度，能够截留具有弱磁性的微细颗粒（如Fe2O3、K2O等，粒度可小至零点几微米）。高强磁场分离器（HGMS）示意图1.2.3 电场分离 电场分离主要是利用直流电促进悬浮液中的颗粒产生双电层，使悬浮液体系产生电泳或电渗析现象，从而实现固相和液相的相对运动，达到固液分离的目的。在电场作用下，会发生电动现象（electrokinetic phenomena）；质点相对于其四周的连续相发生移动所产生的电动效应为电泳，而溶液相相对于固定不动壁发生移动所产生的电动效应为电渗。电泳电泳电泳沉降、电渗析脱水及电场过滤是利用电泳和电渗析现象的具体在沉降方面的应用。1.2.4 动态过滤 传统的过滤方式是：液体的流动方向与滤布垂直，悬浮液和固体颗粒均以过滤介质为流动的终端，过滤过程中固体堆积在滤布上形成滤饼，滤饼不断增厚，过滤阻力便愈来愈大，过滤速率降低。也称为终端过滤（dead end filtration）。利用其它力场的作用，将在过滤中形成的滤饼不断地“削薄”或“消除”，使过滤介质上不积存或少积存滤饼，这样的过滤称为动态过滤（dynamic filtration），又叫做限制滤饼成长的过滤。若使液体的流动方向与过滤介质平行，不断地去除在介质表面形成的部分或全部滤饼，滤饼不会被压紧附在滤布上，便可以大大增加过滤的速度，这种方式称为横流式过滤（cross-flow filtration）。 电渗过滤是限制滤饼层增厚的有效措施，可以在不积存滤饼的情况下保持恒速过滤。主要用于膜滤，解决膜的污染。 微滤、超滤和反渗透是依托于材料科学发展起来的先进的膜分离技术。种类推动力（压力差）（MPa）分离机理透过物截留粒径截留物微滤1.0颗粒大小、形状水、溶剂、溶解物0.0510m悬浮物颗粒、纤维超滤0.11.0分子特性、大小、形状水、溶剂120nm胶体大分子反渗透1.010溶剂的扩散传递水、溶剂0.11nm溶质、盐（悬浮物、大分子、离子）1.2.5 浮选（flotation）浮选是以加压的液体减压到大气压时释放出足够的空气为依据的。以气泡形式释放出的空气可以粘附或吸着固体颗粒，并将其带到液面上，然后对浮于液面上的固体颗粒加以刮离，就可以实现固液分离过程。产生气泡方法有机械法、气溶法（dissolved air）和电解水法。气溶法，亦即溶气浮选（dissolved air flotation DAF）最为经济，适宜处理含微细颗粒乃至胶体的悬浮液。电浮选，是采用电解的方式在阴阳电极产生氢、氧气，产出直径小于30m的气泡，一般不用于大规模生产。机械法浮选的气泡较大，可达1mm，但不适宜处理微小颗粒的悬浮液。1.2.6 凝聚与絮凝技术 20世纪四五十年代，凝聚与絮凝技术进入固液分离领域。随着固液分离处理对象的日益细粒级化，凝聚与絮凝技术越来越显示其重要性。同时，凝聚剂和絮凝剂技术也得到了明显的进步。隔板絮凝本章小结1.固液分离定义2.固液分离的目的3.固液分离方法分类4.固液分离所包含的两类因素或参数5.固液分离的辅助手段 分离助剂、磁性分离、电场分离、动态过滤、浮选、凝聚与絮凝技术