固液分離技術(shù)7固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法.ppt

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1、7.1固液分離過程的特點第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法3）促進固體顆粒與液體產(chǎn)生相對運動的推動力，主要有重力、離心力、磁場力、外界壓力差等；主要阻力為液體的粘滯力（黏度）和湍流阻力等。1）固液分離作業(yè)屬于物理過程，不涉及化學反應。在分離體系中主要有三種類型（沉降、過濾、流態(tài)化），見P359。可以看出，液體和固體至少要有一相是運動的，才能完成整個固液分離作業(yè)，其主要原因是為了造成固體和液體之間的相對運動。2）在固液分離作業(yè)中，一般液體是連續(xù)相，固體是分散相；但在過濾的吹干作業(yè)中，認為固體為連續(xù)相，液體為分散相。第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.2固液分離的熱力學

2、分析在熱力學中，熵是表示系統(tǒng)內(nèi)分子排列無序化程度的參數(shù)，排列越有序，系統(tǒng)的熵就越低。根據(jù)熱力學原理可以推出單位體積懸浮液的比熵ssL為：ssL=(7-5)其中為進料中固體顆粒的體積濃度，m3·m-3；第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.2.1熵指數(shù)按照理想狀態(tài)，固液分離過程是應該得到純凈的固體和液體，而體系的熵由初始值（此時固體顆粒的體積濃度為）降為0（此時底流中固體顆粒的體積濃度為，而溢流中固體顆粒的體積濃度）。但是實際操作中，不可能獲得純凈的固體和液體。為了衡量分離的效果，可以定義初始系統(tǒng)的熵為100%，則分離后系統(tǒng)的熵降低的程度可以看作系統(tǒng)的分離效率。第七章固

3、液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.2.1熵指數(shù)此時，分離效率就定義為熵指數(shù)Es，數(shù)學表達式為：Es=[SF-(Su+So)]/SF(7-6)其中S為流體的總熵，如果采用單位體積懸浮液的比熵ssL，則式（7-6）為：Es=[QFsF-Qusu-(QF-Qu)so]/QFsF或（7-7）第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.2.2固液分離判據(jù)對于一個非流動系統(tǒng)在恒溫恒容條件下，有（7-8）如果是一個自發(fā)的過程，則△A為負，同時△U、△S也為負，應有-T△S<-△U。因此，在固液分離體系中，定義固液分離判據(jù)為：K=△U/T△S（7-10）當K>1時，分離過程可自發(fā)進行；當K<1

4、時，分離過程不可能進行。根據(jù)一些理想假設(shè)，可以得出系統(tǒng)的熵變?yōu)椋骸鱏=-kNln（Vo/Vu）（7-11）其中k為波耳茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/K；N為系統(tǒng)內(nèi)固體顆粒的數(shù)目；Vo上清液體積；Vu為底流體積。第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.2.2固液分離判據(jù)對于單粒度，互無作用力的顆粒，其內(nèi)能的變化即為系統(tǒng)內(nèi)位能的變化，在沉降過程中，位能變化為：△U=-NVp△（H/2-h/2）（7-12）其中，Vp為單個顆粒的體積，即；為固液密度差，即；H和h為分離前后的高度。綜合（7-10）～（7-12）可有：（7-13）分離的判據(jù)在很大程度上依賴于沉降高度H和顆粒直

5、徑d的大小。例7-1。第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.3建立一個高效的實驗室在實際的固液分離生產(chǎn)之前，工藝流程及技術(shù)參數(shù)的確定必須依靠實驗室的可靠數(shù)據(jù)來作為基礎(chǔ)。一般一個高效的實驗室應該能夠完成以下性能測試：（1）顆粒的基礎(chǔ)物理性質(zhì)，包括密度、粒度、粒度分布及形狀系數(shù)；比重瓶測定密度，篩分實驗。（2）不同濃度、不同溫度下顆粒在液體中的沉降性能及液體黏度隨溫度的變化；沉降實驗。（3）過濾性能實驗，包括過濾、抽干、淋洗等；過濾實驗。（4）過濾介質(zhì)如濾布，助濾劑如硅藻土、膨潤土的性能等。（5）絮凝劑的篩選及使用前的配制。第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.3建立一個

6、高效的實驗室實驗室必須具備的儀器和設(shè)備：（1）沉降試驗用的：帶刻度量筒、短管和長管；（2）過濾試驗用的布氏漏斗和抽濾瓶；（3）多型號的濾布和濾紙；（4）實驗室用的真空泵、空壓機、離心機。第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.3建立一個高效的實驗室輔助設(shè)施：（1）絮凝劑、凝聚劑及調(diào)配設(shè)備；（2）助濾劑如硅藻土、膨潤土等；（3）普通的光學顯微鏡，各種天平；（4）黏度計、比重計和比重瓶；（5）標準套篩。第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.7固液分離中的工藝放大與風險在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中，一種產(chǎn)品往往需要復雜的流程才能被制造出來。為了最終達到所需要的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量，每一個生產(chǎn)

7、單元必須選擇適當?shù)脑O(shè)備，并對設(shè)備在實際運轉(zhuǎn)中的數(shù)據(jù)提前進行預計，這就是工藝放大。固液分離作為影響重要（投資、產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、物耗、環(huán)保與安全）的一個工藝環(huán)節(jié)尤其更需要工藝放大。固液分離的工藝放大必須包含以下四部分，并按先后順序逐一進行。*工藝分析與實驗室分析*現(xiàn)場工業(yè)試驗*數(shù)據(jù)放大（scale-up）*經(jīng)驗數(shù)據(jù)對比，最終性能保證的確認工藝放大的這四步可以保證對生產(chǎn)要求的充分理解，從而得到良好的工藝放大結(jié)果，并把風險降到最低。第七章固液分離設(shè)備的放大規(guī)律及方法7.7.1工藝分析與實驗室分析在工藝放大的這一階段首先需要明確這一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)任務(wù)，例如