固液分离技术7固液分离设备的放大规律及方法.ppt

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1、7.1固液分离过程的特点第七章固液分离设备的放大规律及方法3）促进固体颗粒与液体产生相对运动的推动力，主要有重力、离心力、磁场力、外界压力差等；主要阻力为液体的粘滞力（黏度）和湍流阻力等。1）固液分离作业属于物理过程，不涉及化学反应。在分离体系中主要有三种类型（沉降、过滤、流态化），见P359。可以看出，液体和固体至少要有一相是运动的，才能完成整个固液分离作业，其主要原因是为了造成固体和液体之间的相对运动。2）在固液分离作业中，一般液体是连续相，固体是分散相；但在过滤的吹干作业中，认为固体为连续相，液体为分散相。第七章固液分离设备的放大规律及方法7.2固液分离的热力学

2、分析在热力学中，熵是表示系统内分子排列无序化程度的参数，排列越有序，系统的熵就越低。根据热力学原理可以推出单位体积悬浮液的比熵ssL为：ssL=(7-5)其中为进料中固体颗粒的体积浓度，m3·m-3；第七章固液分离设备的放大规律及方法7.2.1熵指数按照理想状态，固液分离过程是应该得到纯净的固体和液体，而体系的熵由初始值（此时固体颗粒的体积浓度为）降为0（此时底流中固体颗粒的体积浓度为，而溢流中固体颗粒的体积浓度）。但是实际操作中，不可能获得纯净的固体和液体。为了衡量分离的效果，可以定义初始系统的熵为100%，则分离后系统的熵降低的程度可以看作系统的分离效率。第七章固

3、液分离设备的放大规律及方法7.2.1熵指数此时，分离效率就定义为熵指数Es，数学表达式为：Es=[SF-(Su+So)]/SF(7-6)其中S为流体的总熵，如果采用单位体积悬浮液的比熵ssL，则式（7-6）为：Es=[QFsF-Qusu-(QF-Qu)so]/QFsF或（7-7）第七章固液分离设备的放大规律及方法7.2.2固液分离判据对于一个非流动系统在恒温恒容条件下，有（7-8）如果是一个自发的过程，则△A为负，同时△U、△S也为负，应有-T△S<-△U。因此，在固液分离体系中，定义固液分离判据为：K=△U/T△S（7-10）当K>1时，分离过程可自发进行；当K<1

4、时，分离过程不可能进行。根据一些理想假设，可以得出系统的熵变为：△S=-kNln（Vo/Vu）（7-11）其中k为波耳兹曼常数，1.38×10-23J/K；N为系统内固体颗粒的数目；Vo上清液体积；Vu为底流体积。第七章固液分离设备的放大规律及方法7.2.2固液分离判据对于单粒度，互无作用力的颗粒，其内能的变化即为系统内位能的变化，在沉降过程中，位能变化为：△U=-NVp△（H/2-h/2）（7-12）其中，Vp为单个颗粒的体积，即；为固液密度差，即；H和h为分离前后的高度。综合（7-10）～（7-12）可有：（7-13）分离的判据在很大程度上依赖于沉降高度H和颗粒直

5、径d的大小。例7-1。第七章固液分离设备的放大规律及方法7.3建立一个高效的实验室在实际的固液分离生产之前，工艺流程及技术参数的确定必须依靠实验室的可靠数据来作为基础。一般一个高效的实验室应该能够完成以下性能测试：（1）颗粒的基础物理性质，包括密度、粒度、粒度分布及形状系数；比重瓶测定密度，筛分实验。（2）不同浓度、不同温度下颗粒在液体中的沉降性能及液体黏度随温度的变化；沉降实验。（3）过滤性能实验，包括过滤、抽干、淋洗等；过滤实验。（4）过滤介质如滤布，助滤剂如硅藻土、膨润土的性能等。（5）絮凝剂的筛选及使用前的配制。第七章固液分离设备的放大规律及方法7.3建立一个

6、高效的实验室实验室必须具备的仪器和设备：（1）沉降试验用的：带刻度量筒、短管和长管；（2）过滤试验用的布氏漏斗和抽滤瓶；（3）多型号的滤布和滤纸；（4）实验室用的真空泵、空压机、离心机。第七章固液分离设备的放大规律及方法7.3建立一个高效的实验室辅助设施：（1）絮凝剂、凝聚剂及调配设备；（2）助滤剂如硅藻土、膨润土等；（3）普通的光学显微镜，各种天平；（4）黏度计、比重计和比重瓶；（5）标准套筛。第七章固液分离设备的放大规律及方法7.7固液分离中的工艺放大与风险在现代的工业生产中，一种产品往往需要复杂的流程才能被制造出来。为了最终达到所需要的产品质量与产量，每一个生产

7、单元必须选择适当的设备，并对设备在实际运转中的数据提前进行预计，这就是工艺放大。固液分离作为影响重要（投资、产量、质量、能耗、物耗、环保与安全）的一个工艺环节尤其更需要工艺放大。固液分离的工艺放大必须包含以下四部分，并按先后顺序逐一进行。*工艺分析与实验室分析*现场工业试验*数据放大（scale-up）*经验数据对比，最终性能保证的确认工艺放大的这四步可以保证对生产要求的充分理解，从而得到良好的工艺放大结果，并把风险降到最低。第七章固液分离设备的放大规律及方法7.7.1工艺分析与实验室分析在工艺放大的这一阶段首先需要明确这一环节的生产任务，例如