固液分离第七章 固液分离设备的放大规律及方法.ppt

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。
固液分离的热力学分析
固液系统属于相对简单、分子排列处于紧密状态的体系,此外固液分离过程是一个物理过程,使得利用热力学观点去分离固液分离过程较为困难。
目前主要利用分子热力学观点来分析固液分离过程:
(1)提出一个固液分离效率的判据;
(2)提出一个判据,以阐明该固液分离过程是否可行;
(3)估计沉降物的空隙率。
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固、液悬浮液体系的熵为:
其中
为单位体积悬浮液的比熵。
为进料中固体颗粒的体积浓度,m3·m-3;
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φF)降为0(此时底流中固体颗粒的体积浓度φu=1 ,而溢流中固体颗粒的体积浓度φo=0 )。
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。
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)变为:
Es=[QFsF-Qusu-(QF-Qu)so]/QFsF
Q——悬浮液的体积流量;
下标F,u,o分别代表进料、底流和溢流。
或
可以利用上式对固液分离效率进行评估。
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 (7-9)
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,×10-23J/K;N为系统内固体颗粒的数目;Vo为上清液体积;Vu为底流体积。
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和颗粒直径d的大小。
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,而且生产中,过程的稳定运行及技术条件的改进也有赖于实验室的不断支持。
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。
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。
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。