7精细化工过程与设备(下篇)_第六章_过滤.ppt
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1、7精细化工过程与设备(下篇)_第六章_过滤 第二篇 分离过程与设备 精细有机化工生产的产品品种繁多,生产方法各精细有机化工生产的产品品种繁多,生产方法各异,但都有原料预处理、化学反应、加工精制等过异,但都有原料预处理、化学反应、加工精制等过程。原料预处理之所以必要,是因为存在于自然界程。原料预处理之所以必要,是因为存在于自然界的原料多数是不纯的。例如,石油是由多种碳氢化的原料多数是不纯的。例如,石油是由多种碳氢化合物组成的混合液体;煤也是组分复杂的固体混合合物组成的混合液体;煤也是组分复杂的固体混合物。其中有我们需要的物质,也有我们不需要的,物。其中有我们需要的物质,也有我们不需要的,甚至有害
2、的物质。如果直接采用这样的原料进行化甚至有害的物质。如果直接采用这样的原料进行化学反应,让那些与反应无关的多余组分一起通过反学反应,让那些与反应无关的多余组分一起通过反应器,轻则影响反应器的处理能力,使生成的产物应器,轻则影响反应器的处理能力,使生成的产物组成复杂化;重则损坏催化剂和设备,使反应无法组成复杂化;重则损坏催化剂和设备,使反应无法顺利进行,因此,反应前的分离操作是必不可少的。顺利进行,因此,反应前的分离操作是必不可少的。(1)过滤方式)过滤方式 过滤操作分为两大类:过滤操作分为两大类:一类为饼层过滤,一类为饼层过滤,其特点是固体颗粒呈现饼层状沉积其特点是固体颗粒呈现饼层状沉积于过滤
3、介质的上游一侧,适用于处理固相含量稍高于过滤介质的上游一侧,适用于处理固相含量稍高(固相体积份率约在(固相体积份率约在1%以上)的悬浮液;以上)的悬浮液;另一类为深床过滤,另一类为深床过滤,其特点是固体颗粒的沉积发生在其特点是固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部。悬浮液中的颗粒直径较厚的粒状过滤介质床层内部。悬浮液中的颗粒直径小于床层孔道直径,当颗粒随流体在床层内的曲折孔小于床层孔道直径,当颗粒随流体在床层内的曲折孔道穿过时,便黏附在过滤介质上。这种过滤适用于悬道穿过时,便黏附在过滤介质上。这种过滤适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微(固相体积分率在浮液中颗粒甚小且含量甚微(固相体积分率
4、在1%以下)以下)的场合,自来水厂里用很厚的石英砂层作为过滤介质的场合,自来水厂里用很厚的石英砂层作为过滤介质来实现水的净化。化工生产中所处理的悬浮液浓度较来实现水的净化。化工生产中所处理的悬浮液浓度较高,故本章只讨论饼层过滤。高,故本章只讨论饼层过滤。(2)过滤介质)过滤介质 过滤介质是滤饼的支承过滤介质是滤饼的支承物,应具有足够的机械强度和尽可能小的物,应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。过滤介质中的微细孔道的直径,流动阻力。过滤介质中的微细孔道的直径,稍大于一部分悬浮颗粒的直径,所以,过稍大于一部分悬浮颗粒的直径,所以,过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤滤之初会有一些细小颗粒穿
5、过介质而使滤液浑浊,此种滤液应送回滤浆槽重新处理。液浑浊,此种滤液应送回滤浆槽重新处理。过滤开始后颗粒会在孔道中迅速地发生过滤开始后颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥现象架桥现象”(见图见图6.2),使得尺寸小于孔道,使得尺寸小于孔道尺寸的细小颗粒被拦住,滤饼开始生成,尺寸的细小颗粒被拦住,滤饼开始生成,滤液也变得澄清,此时过滤才能有效地进滤液也变得澄清,此时过滤才能有效地进行。行。可见,在饼层过滤中真正发挥分离作可见,在饼层过滤中真正发挥分离作用的是滤饼层,而不是过滤介质。用的是滤饼层,而不是过滤介质。图图6.2 “6.2 “架桥架桥”现象现象 工业上常用的过滤介质主要有以下几类:工业上常用的过
6、滤介质主要有以下几类:织物介质。又称滤布,包括由棉、毛、丝、麻等天然纤织物介质。又称滤布,包括由棉、毛、丝、麻等天然纤维及各种合成纤维制成的织物,以及由玻璃丝等制成的织物。维及各种合成纤维制成的织物,以及由玻璃丝等制成的织物。其规格习惯称为其规格习惯称为“目目”或或“号号”,指每平方英寸介质所具有,指每平方英寸介质所具有的孔数,的孔数,“目目”或或“号号”数越大,表明孔径越小,对悬浮液的拦数越大,表明孔径越小,对悬浮液的拦截能力越强。截能力越强。通常是本着滤布的孔径略大于拟除去最小颗粒通常是本着滤布的孔径略大于拟除去最小颗粒直径的原则来确定滤布规格。织物介质能截留的颗粒从直径的原则来确定滤布规
7、格。织物介质能截留的颗粒从565m。织物介质薄、阻力小、清洗与更新方便,价格比较便宜,织物介质薄、阻力小、清洗与更新方便,价格比较便宜,是工业上应用最广的过滤介质。是工业上应用最广的过滤介质。粒状介质。包括细沙、木炭、石棉、硅藻土等细小坚粒状介质。包括细沙、木炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质,或非编织的纤维(玻璃棉)堆积而成,多硬的颗粒状物质,或非编织的纤维(玻璃棉)堆积而成,多用于深床过滤。用于深床过滤。多孔固体过滤介质。是具有很多微细孔道的固体材料,多孔固体过滤介质。是具有很多微细孔道的固体材料,如多孔陶瓷、多孔塑料和多孔金属制成的管或板。此类介质如多孔陶瓷、多孔塑料和多孔金属制成的
8、管或板。此类介质较厚、耐腐蚀、孔道细微、阻力较大,能截留较厚、耐腐蚀、孔道细微、阻力较大,能截留13m的微的微小颗粒,适用于处理只含少量细小颗粒的腐蚀性悬浮液及其小颗粒,适用于处理只含少量细小颗粒的腐蚀性悬浮液及其他特殊场合。他特殊场合。多孔膜。用于膜过滤的有各种有机高分子膜和无机多孔膜。用于膜过滤的有各种有机高分子膜和无机材料膜,膜很薄(几十微米到材料膜,膜很薄(几十微米到200m),孔很小,可以分),孔很小,可以分离小到离小到0.005m的颗粒。应用多孔膜的过滤有超滤、的颗粒。应用多孔膜的过滤有超滤、渗透、渗透、反渗透反渗透、微滤等。、微滤等。根据混合物中颗粒含量、性质、粒度分布和分离要求
9、的根据混合物中颗粒含量、性质、粒度分布和分离要求的不同可以选用不同的过滤介质,不同类型的过滤介质所用的不同可以选用不同的过滤介质,不同类型的过滤介质所用的过滤设备形式不同。过滤设备形式不同。(3)滤饼)滤饼 滤饼是由被截留下来的颗粒垒积而成的固定床层,滤饼是由被截留下来的颗粒垒积而成的固定床层,滤饼的厚度与流动阻力随着过滤的进行逐渐增加。滤饼的厚度与流动阻力随着过滤的进行逐渐增加。构成滤饼的颗粒如果是不易变形的坚硬固体,如硅藻土、构成滤饼的颗粒如果是不易变形的坚硬固体,如硅藻土、碳酸钙等,当滤饼两侧的压强差增大时,颗粒的形状和颗粒碳酸钙等,当滤饼两侧的压强差增大时,颗粒的形状和颗粒的空隙都没有
10、显著变化,单位厚度床层的流体阻力可以认为的空隙都没有显著变化,单位厚度床层的流体阻力可以认为恒定。这种滤饼称为恒定。这种滤饼称为不可压缩滤饼不可压缩滤饼。反之,如果滤饼是由某。反之,如果滤饼是由某些氢氧化物之类的胶体物质所构成,则当两侧压强差增大时,些氢氧化物之类的胶体物质所构成,则当两侧压强差增大时,颗粒的形状和颗粒间空隙有显著的改变,单位厚度滤饼的流颗粒的形状和颗粒间空隙有显著的改变,单位厚度滤饼的流动阻力增大,这种滤饼称为动阻力增大,这种滤饼称为可压缩滤饼可压缩滤饼。(4)助滤剂)助滤剂 对于可压缩滤饼,当过滤压强差增大时对于可压缩滤饼,当过滤压强差增大时颗粒的孔道变窄,有时因颗粒过于细
11、密而将通道堵颗粒的孔道变窄,有时因颗粒过于细密而将通道堵塞。逢此情况,可将质地坚硬而能形成疏松床层的塞。逢此情况,可将质地坚硬而能形成疏松床层的某种固体颗粒先涂于过滤介质上,或混入悬浮液中,某种固体颗粒先涂于过滤介质上,或混入悬浮液中,以形成较为疏松的滤饼,使滤液得以畅流。这种预以形成较为疏松的滤饼,使滤液得以畅流。这种预涂或预混的粒状物质称为助滤剂。对助滤剂的基本涂或预混的粒状物质称为助滤剂。对助滤剂的基本要求如下:要求如下:能够形成多孔床层,以使滤饼有良好的渗透能够形成多孔床层,以使滤饼有良好的渗透性和较低的流动阻力。性和较低的流动阻力。具有化学稳定性,不与悬浮液发生化学反应,具有化学稳定
12、性,不与悬浮液发生化学反应,也不溶解于溶液之中。也不溶解于溶液之中。在过滤操作的压差范围内,具有不可压缩性,在过滤操作的压差范围内,具有不可压缩性,以保持较高的空隙。以保持较高的空隙。6.2 过滤设备过滤设备 过滤是依据两种相对多孔介质透过性有差异的物质,在重力、过滤是依据两种相对多孔介质透过性有差异的物质,在重力、压差或离心力的作用下进行的分离操作。压差或离心力的作用下进行的分离操作。按照产生压强差的方式按照产生压强差的方式可分为压滤式、吸滤式、离心式过滤。可分为压滤式、吸滤式、离心式过滤。离心式过滤既用于分离液离心式过滤既用于分离液体非均相混合物。也可用于分离气体非均相混合物。体非均相混合
13、物。也可用于分离气体非均相混合物。工业上使用的过滤设备称为过滤机,按照操作方法不同工业上使用的过滤设备称为过滤机,按照操作方法不同可分为间隙式过滤和连续式过滤两类。下面介绍几种过滤可分为间隙式过滤和连续式过滤两类。下面介绍几种过滤设备。设备。一,板框压滤机一,板框压滤机 板框压滤机是目前最普遍使用的一种过滤机,它是由板框压滤机是目前最普遍使用的一种过滤机,它是由许多块顺序排列的凸凹纹路的滤板和滤框交替排列组合而许多块顺序排列的凸凹纹路的滤板和滤框交替排列组合而成的。图成的。图6.3是板框压滤机的实物照片。图是板框压滤机的实物照片。图6.4是板框压滤是板框压滤机结构示意图。机结构示意图。图图6.
14、3 6.3 板框压滤机实物图板框压滤机实物图 滤板和滤框靠支耳架共同支承在一对横梁上,滤板和滤框滤板和滤框靠支耳架共同支承在一对横梁上,滤板和滤框可在架上滑动,个数在机座长度范围内可自行调节,一端的可在架上滑动,个数在机座长度范围内可自行调节,一端的压紧装置可将它们压紧或拉开。压紧装置可将它们压紧或拉开。板框压滤机的操作是间隙的,每个操作循环由板框压滤机的操作是间隙的,每个操作循环由装合、过装合、过滤、洗涤、卸料、整理滤、洗涤、卸料、整理五个阶段组成,所需的总时间为一个五个阶段组成,所需的总时间为一个操作周期,板框组装后即可过滤。操作周期,板框组装后即可过滤。图图6.4 6.4 板框压滤机结构
15、示意图板框压滤机结构示意图 1 1,压紧装置;,压紧装置;2 2,可动头;,可动头;3 3,滤框;,滤框;4 4,滤板;,滤板;5 5,固定头;,固定头;6 6,滤液出口;,滤液出口;7 7,滤液进口;,滤液进口;8 8,滤布,滤布 板和框多做成正方形,其结构如图板和框多做成正方形,其结构如图6.5所示。所示。板和框的角端均开有小孔,装合并压紧后即构成供板和框的角端均开有小孔,装合并压紧后即构成供滤浆和洗涤水的通道。框的两侧复以滤布,空框和滤布围滤浆和洗涤水的通道。框的两侧复以滤布,空框和滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间。滤板的作用有两个:一是支成了容纳滤浆及滤饼的空间。滤板的作用有两个:一是支
16、撑滤布;二是提供滤液流出的通道。为此,板上面制成凹撑滤布;二是提供滤液流出的通道。为此,板上面制成凹凸纹路,凸者起支撑滤布的作用,凹者形成滤液通道。凸纹路,凸者起支撑滤布的作用,凹者形成滤液通道。图图6.5 6.5 滤板和滤框滤板和滤框滤板又分为洗涤板和非洗涤板两种,其结构和作用可参见图滤板又分为洗涤板和非洗涤板两种,其结构和作用可参见图6.6。为了组装时。为了组装时易于辨别,常在板、框外侧铸有小钮或其他标志(见图易于辨别,常在板、框外侧铸有小钮或其他标志(见图6.5),故有时洗涤板),故有时洗涤板又称三钮板,非洗涤板又称一扭板,而滤框则带二钮。装合时即按钮数,以又称三钮板,非洗涤板又称一扭板
17、,而滤框则带二钮。装合时即按钮数,以1-2-3-2-1-2-的顺序排列板和框。所需框数由生产能力及滤浆浓度等因素的顺序排列板和框。所需框数由生产能力及滤浆浓度等因素决定。每台板框压滤机有一定的总框数,最多的可达决定。每台板框压滤机有一定的总框数,最多的可达69个。当所需框数不多个。当所需框数不多时,可取一盲板插入,以切断滤浆流通的孔道,后面的板和框即失去作用。时,可取一盲板插入,以切断滤浆流通的孔道,后面的板和框即失去作用。(a)(a)过滤阶段过滤阶段 (b)(b)洗涤阶段洗涤阶段 图图6.6 6.6 板框压滤机内液体流动路径板框压滤机内液体流动路径 过滤时,悬浮液在指定压强下经滤浆通道由滤框
18、角端的暗过滤时,悬浮液在指定压强下经滤浆通道由滤框角端的暗孔进入框内,如图孔进入框内,如图6.66.6(a a)所示。滤液分别穿过两侧滤布,)所示。滤液分别穿过两侧滤布,再沿邻板板面流至滤液出口排走,固体则被截留与框内,待再沿邻板板面流至滤液出口排走,固体则被截留与框内,待滤饼充满全框后,即停止过滤。滤饼充满全框后,即停止过滤。若滤饼需要洗涤时,则将洗涤水压入洗水通道,并经由若滤饼需要洗涤时,则将洗涤水压入洗水通道,并经由洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时应关闭洗涤板洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时应关闭洗涤板下部的滤液出口,洗水便在压强差推动下,横穿一层滤布及下部的滤液出口,洗
19、水便在压强差推动下,横穿一层滤布及整个滤框厚度的滤饼,然后再横穿另一层滤布,最后由非洗整个滤框厚度的滤饼,然后再横穿另一层滤布,最后由非洗涤板下部的滤液出口排出,如图涤板下部的滤液出口排出,如图6.66.6(b b)所示。这样安排的)所示。这样安排的目的在于提高洗涤效果,减少洗水将滤饼冲出裂缝而造成短目的在于提高洗涤效果,减少洗水将滤饼冲出裂缝而造成短路的可能。路的可能。洗涤结束后,旋开压紧装置并将板框拉开,卸出滤饼,洗涤结束后,旋开压紧装置并将板框拉开,卸出滤饼,清洗滤布,整理板、框,重新装合,进行另一个操作循环。清洗滤布,整理板、框,重新装合,进行另一个操作循环。板框压滤机的操作表压,一般
20、不超过板框压滤机的操作表压,一般不超过8105 Pa,个别有达个别有达到到15105 Pa。滤板和滤框可以用多种金属材料或木材制成。滤板和滤框可以用多种金属材料或木材制成。并可使用塑料涂层,以适应滤浆性质及机械强度等方面的要并可使用塑料涂层,以适应滤浆性质及机械强度等方面的要求。滤液的排出方式有明流和暗流之分。若滤液经由每块滤求。滤液的排出方式有明流和暗流之分。若滤液经由每块滤板底部小管直接排出,板底部小管直接排出,则称为明流则称为明流,如图,如图6.6所示。明流便于所示。明流便于观察各块滤板工作是否正常。如见到某板出口滤液浑浊,即观察各块滤板工作是否正常。如见到某板出口滤液浑浊,即可关闭该处
21、旋塞,以免影响全部滤液质量。若滤液不宜暴露可关闭该处旋塞,以免影响全部滤液质量。若滤液不宜暴露于空气之中,于空气之中,则需将各板流出的滤液汇集于总管后送走,称则需将各板流出的滤液汇集于总管后送走,称为暗流。为暗流。如图如图6.4所示。暗流在构造上比较简单,因为省去了所示。暗流在构造上比较简单,因为省去了许多排出阀。压紧装置的驱动有手动与机动两种。当板、框许多排出阀。压紧装置的驱动有手动与机动两种。当板、框尺寸较大因而需要较大的压紧力时,必须采用电动或液压传尺寸较大因而需要较大的压紧力时,必须采用电动或液压传动等机动压紧方式。我国已编有板框压滤机产品的系列标准动等机动压紧方式。我国已编有板框压滤
22、机产品的系列标准及规定代号,见图及规定代号,见图6.7。板框压滤机结构简单、制造方便、附属设备少、占地面积小、过滤面板框压滤机结构简单、制造方便、附属设备少、占地面积小、过滤面积大(可在积大(可在280M2 过滤面积内根据生产任务调节)、操作压强高(一过滤面积内根据生产任务调节)、操作压强高(一般为般为0.30.5 MPa)、对各种物料的适应能力强。其主要缺点是间隙操)、对各种物料的适应能力强。其主要缺点是间隙操作、装卸板框的劳动强度大,生产效率低。作、装卸板框的劳动强度大,生产效率低。板框压滤机适用于过滤粘度较大的悬浮液、腐蚀性物料和可压缩物料。板框压滤机适用于过滤粘度较大的悬浮液、腐蚀性物
23、料和可压缩物料。图图6.7 6.7 板框压滤机规定代号板框压滤机规定代号 二,离心机二,离心机 (一)(一)一般概念一般概念 离心机是利用惯性离心力分离液态非均相混合物的机械。它与旋液离心机是利用惯性离心力分离液态非均相混合物的机械。它与旋液分离器的主要区别在于离心力是由设备(转鼓)本身旋转而产生的。由分离器的主要区别在于离心力是由设备(转鼓)本身旋转而产生的。由于离心机可产生很大的离心力,故可用来分离用一般方法难于分离的悬于离心机可产生很大的离心力,故可用来分离用一般方法难于分离的悬浮液或乳浊液。浮液或乳浊液。根据分离方式,离心机可分为根据分离方式,离心机可分为过滤式、沉降式和分离式过滤式、
24、沉降式和分离式三种基本类三种基本类型。过滤式离心机于转鼓壁上开孔,在鼓内壁上覆以滤布,悬浮液加入型。过滤式离心机于转鼓壁上开孔,在鼓内壁上覆以滤布,悬浮液加入鼓内并随之旋转,液体受离心力作用被甩出而颗粒被截留在鼓内鼓内并随之旋转,液体受离心力作用被甩出而颗粒被截留在鼓内,从而从而实现液固分离。沉降式或分离式离心机的鼓壁上没有开孔。实现液固分离。沉降式或分离式离心机的鼓壁上没有开孔。若被处理物料为悬浮液,其中密度较大的颗粒沉积于转鼓内壁而液若被处理物料为悬浮液,其中密度较大的颗粒沉积于转鼓内壁而液体集于中央并不断引出,此种操作即为离心沉降;若被处理物料为乳浊体集于中央并不断引出,此种操作即为离心
25、沉降;若被处理物料为乳浊液,则两种液体按轻重分层,重者在外,轻者在内,各自从适当的径向液,则两种液体按轻重分层,重者在外,轻者在内,各自从适当的径向位置引出,此种操作即为离心分离。位置引出,此种操作即为离心分离。离心力与重力之比称为分离因数,以离心力与重力之比称为分离因数,以Kc表示,根据表示,根据Kc值又可将离心机分为:值又可将离心机分为:常速离心机常速离心机 Kc3000(一般为(一般为6001200)高速离心机高速离心机 Kc=300050000 超速离心机超速离心机 Kc50000 最新式的离心机,其分离因数可高达最新式的离心机,其分离因数可高达500 000以上,以上,常用来分离胶体
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