化工单元操作2..优秀PPT.ppt

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1、7.1过滤原理及设备 过滤原理 7.1.1过滤原理 （1）过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质，将 悬浮液中的固、液两相加以分别的操作。（2）过滤方式 滤饼过滤（见图4-7a）过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质常用多孔织物，其网孔尺寸未必确定须小于被截留的颗粒直径。在过滤操作起先阶段，会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象（图4-7b），也有少量颗粒穿过介质而混与滤液中。随着滤渣的逐步积累，在介质上形成一个滤渣层，称为滤饼。不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。通常，在操作起先阶段所得到滤液是浑浊的，须经过滤饼形成之后返回重滤。过滤原理

2、深层过滤 颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲瘦长，颗粒进入孔道后简洁被截留。同时由于流体流过时所引起的挤压和冲撞作用。颗粒紧附在孔道的壁面上。介质表面无滤饼形成，过滤是在介质内部进行的。（3）过滤介质织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物，也称为滤布。粒状介质：细纱、木炭、碎石等。多孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。7.1.2过滤设备 7.1.2.1板框过滤机7.1.2.1板框过滤机（1）结构与工作原理：由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流淌的通道。框

3、的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。7.1.2.1板框过滤机板和框的结构如图所示。悬浮液从框右上角的通道1（位于框内）进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充溢滤饼，即停止过滤。假如滤饼须要洗涤，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道2（位于框内）进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。板框过滤机假如将非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3，则板框的组合方式听从1232123之规律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。7.1.2.1 板框过滤机 滤液的排出方式有明流和暗流之分，若

4、滤液经由每块板底部旋塞干脆排出，则称为明流（明显，以上探讨以明流为例）；若滤液不宜暴露于空气中，则须要将各板流出的滤液汇合于总管后送走，称为暗流。说明：板框压滤机的操作是间歇的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。（详见教材）上面介绍的洗涤方法称为横穿洗涤法，其洗涤面积为过滤面积的1/2，洗涤液穿过的滤饼厚度为过滤终了时滤液穿过厚度的2倍。若接受置换洗涤法，则洗涤液的行程和洗涤面积与滤液完全相同。7.1.2.1 板框过滤机（2）主要优缺点 板框压滤机构造简洁，过滤面积大而占地省，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作敏捷，过滤面积可依据产生任务调整。主要缺点是间歇操作，劳动

5、强度大，产生效率低。7.2.1 离心机 三足式离心机的转鼓直径一般很大，转速不高（2000r/min）,过滤面积约为 。它与其他型式的离心机相比，具有构造简洁，运转周期可敏捷驾驭等优点，一般可用于间歇生产过程中的小批量物料的处理，尤其适用与各种盐类结晶的过滤和脱水，晶体较少受到破损。它的缺点是卸料时的劳动条件较差，转动部位位于机座下部，检修不便利。7.2.1.1 刮刀卸料式离心机 图4-18为刮刀卸料离心机的示意图。悬浮液从加热管进入连续运转的卧式转鼓，机内设有粑齿以使沉积的滤渣均布于转鼓内壁。得滤饼达到确定厚度时，停止加料，进行洗涤、沥干。然后，藉液压传动的刮刀渐渐向上移动，将滤饼刮入卸料斗

6、卸出机外，然后清洗转鼓。整个操作周期均在连续运转中完成，每一步骤均接受自动限制的液压操作。图4-18刮刀卸料式离心式1进料管；2转鼓；3滤网；4外壳；5滤饼7.2.1.2 活塞往复式卸料离心机 这种离心机的加料过滤、洗涤、沥干、卸料等操作同时在转鼓内的不同部位进行，图4-19为其结构示意图。料液加入旋转的锥形料斗后被洒在近转鼓底部的一小段范围内，形成约mm厚的滤渣层。转鼓底部装有与转鼓一起旋转的推料活塞，其直径梢小于转鼓内壁。活塞与料斗还一起做往复运动，将滤渣逐步推向加料斗的右边。图4-19 活塞推料离心机8.1概述 吸取的目的 在化学工业种，将气体混合物种的各组分加以分别，其目的是：回收或捕

7、获气体混合物中的有用物质，以制取产品；除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理,如有害气体会使催化剂中毒，必需除去；或除去工业放空尾气中的有害 物,以免污染大气。吸取的依据 为达到吸取分别气体混合物的目的，要用什么物质（溶剂，吸取剂），其分别的依据使什么？（气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同，若各组分在吸取剂中的溶解度差异越大，吸取的选择性越好）例如欲分离氨气空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于水。8.1概述 密闭容器水（溶剂）氨气(浓度高)空气(惰性气体)(溶质，被吸取组分)氨气（浓度低）空气 总压溶质（A）分压 与溶液中A的浓度成平

8、衡的气相分压 吸取，解吸，平衡，吸取总推动力亦可用其他浓度差表示动力图8-18.1概述 8.1概述 8.1概述 溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分别组分以便循环运用。除了制取溶液产品只需单独吸取外，一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环运用。总之，一个完整的吸取分别过程一般包括吸取和解吸两个组成部分。溶剂的选择 吸取操作的成功与否在很大程度上确定于溶剂的性质，特殊是溶剂与气体混合物之间的相平衡关系。依据物理化学中有关相平衡的学问可知，评价溶剂优劣的主要依据应包括以下几点：8.1概述 溶剂应对被分别组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在确定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度来说，处

9、理确定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压，过程推动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸取混合物中的其他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的分别。溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变更比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度上升，溶解度应快速下降，平衡分压应快速上升。这样，被吸取的气体简洁解吸，溶剂再生便利。8.1概述 溶剂的蒸汽压要低，不易挥发。一方面是为了削减溶剂在吸取和再生过程的损失，另一方面也是避开在气体中引入

10、新的杂质。溶剂应有较好的化学稳定性，以免运用过程中发生变质；溶剂应有较低的粘度，不易产生泡沫，以实现吸取塔内良好的气液接触和塔顶的气液分别。溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和平安条件。事实上很难找到一个志向得溶剂能够满足上述全部要求，应对可供选择得溶剂做全面得评价，以便作出经济、合理得选择。吸取操作得经济性 吸取总费用设备(塔、换热器等)折旧费操作费(占比重大)8.1概述 操作费用主要包括：气、液两相流经吸取设备得能量消耗；溶剂得挥发度损失和变质损失；溶剂得再生费用，即解吸操作费用(在三者中占比例最大)。常用得解吸方法有升温、吹气、减压，其中升温与吹气特殊是升温与吹气同时运用最

11、为常见。减压有利解吸，加压有利吸取，溶剂在吸取与解吸设备之间循环，其间得加热和冷却、泄压与加压必消耗较多得能量，故接受减压解吸不常见。若溶剂得溶解实力差，离开吸取塔得吸取液中溶质浓度低，则所需得溶剂循环量大，再生能耗也大。若溶剂得溶解实力对温度变更不敏感，所需解吸温度较高，溶剂再生得能耗也将增大。8.1概述 若吸取了溶质以后得溶液是产品，此时不再须要溶剂的再生，这种吸取过程自然是最经济的。提高吸取操作经济性的一种措施是对吸取系统进行优化设计(使系统的总费用最低)，单塔吸取优化设计较简洁，解题指南中有介绍（课程优化设计要做），吸取解吸系统优化设计较难，很多问题有待探讨解决（感爱好的同学可去解决）

12、物理吸取和化学吸取 物理吸取：吸取时溶质与溶剂不发生明显的化学反应，如上述洗油吸取苯，水吸取CO2、SO2等。化学吸取：吸取时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸取CO2，则在液相中发生下列反应：8.1概述 K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 从而使K2CO3水溶液具有较高的吸取CO2的实力，作为化学吸取可被利用的化学反应一般都满足以下条件：a.可逆性。若该反应不行逆，溶剂将难以再生和循环运用 b.较高的反应数率。若反应速率较慢，应探讨加入适当的催化剂以加快反应速率。本章所作的基本假定 单组分吸取,其余组分可视为一个惰性组分。溶剂

13、的蒸汽压很低，因此气相中不含溶剂蒸汽。8.28.2化学吸取化学吸取 化学吸取通常指溶质气体A溶于溶液后，即与溶液中不挥发的反应剂B组分进行化学反应的过程：这是一种传质与反应同时进行的过程。由于在吸取的同时液相伴有化学变更，使其中的溶质转化为反应产物，因而具有下述几个主要的优点：优点：化学反应提高了吸取的选择性；加快吸取速率，设备容积，设备投资费；反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸取剂用量；反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除 去气相中很少量的有害气体。8.28.2化学吸取化学吸取 缺点：解吸困难，解吸能耗。若反应为不行逆，反应剂不能循环运用，用途就大受限制。化学吸取时：溶质从气相主体到气液相界面的传质机理和传质系数并未受影响，与物理吸取相同；液相中反应对传质的影响可分为以下两个方面。（1）反应使液相主体中A组分浓度 大为降低，从而使传质推动力增大，在多数工业化学吸取中 趋于零；（2）一般溶质A与活性物质B的反应速率足够快，溶质在液膜内即为反应所消耗。A组分的浓度 在液膜中的分布不再为直线，界面处浓度梯度明显增大（如图中ab线所示），表现为液相传质系数 提高，加快了吸取速率。感谢大家！2015年3月26日