粉体工程——分离与分离设备.docx

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幻灯片1第5部分分离与分离设备幻灯片2分离固气分离按颗粒物性分离固－液分离幻灯片3一、固气分离概念旋风收尘器过滤分离静电吸附惯性式收尘幻灯片4概念固气分离是分离捕集悬浮于气体中的固体颗粒或烟雾的操作，由于发展成以收尘为使用目的，往往称为收尘装置。收尘系统（图7.29）由装设在扬尘点的洗尘罩、管道、收尘装置和风机等组成。幻灯片5旋风收尘器主要用于大颗粒粉体的气－固分离，多用于普通气流粉碎后处理时的一级、二级分离和 尾气的回收；也用于超细粉体的初步分离，以减少气溶胶中固体含量，为随后的过滤分离减轻压力。工作原理：旋风收尘器是利用含尘气体高速旋转产生的惯性离心力而使尘粒与气体分离的设备。与旋风分级原理基本一致。幻灯片6速度分布旋风收尘器内旋流质点的切向速度分布可用旋涡方程式来表示：Vtrn=KVt—旋流质点的切向速度r—旋流质点与轴心的距离K—常数n—指数n=1自由旋涡;n接近于1为准自由旋涡;n=-1为强制旋涡幻灯片7速度分布排气管直径0.65倍的圆周上速度最大，作分界线。内旋流为强制旋流，Vt=Kr，K=角速度核心气流以外气流为准自由旋涡Vt=Kr–nn=0.5—0.8,大型旋风收尘器n接近1，形成近于自由蜗旋的气流，同一收尘器内，随着圆锥下降，n值也一般减少.幻灯片8压强分布径向压强分布曲线似抛物线状。筒壁漏，含尘气体喷出；灰仓漏，外界空气吸入收尘器。实际情况更加复杂，二次旋流，短路气流及散乱涡流等。幻灯片9性质与优缺点根据径向沉降速度公式，可人为控制圆周速度和器筒半径，获得离心沉降速度u0r，较重力沉降速度大很多倍。与沉降室相比，旋风收尘器可以做到小型和高效率，但能量消耗相应要增加。作初级收尘器使用。优缺点：结构简单，10以上。流体阻力大。幻灯片10 旋风收尘器分类按气体旋转方向：左旋（N型）逆时针旋转和右旋（S型）顺时针旋转。按进气方向：切向进气，蜗壳切向进气，轴向进气规格：用筒体直径的分米数表示，如CLT/A-4.0型旋风收尘器（XS),可知直径为400mm,水平出风，右旋转CLT/A型旋风收尘器。幻灯片11过滤分离它通常与前期的旋风分离、离心分离等装置组合使用，用于最后的极细粉体的捕集。其原理是采用一种特殊的、分布有大量具有一定尺寸微孔的布、纸、复合片材或板材或多孔陶瓷，加工成袋或管，使含有超细微粒的气溶胶通过这些过滤装置，其中气体通过微孔溢出，而固体则被阻挡，沉积而被分离出。幻灯片12袋式收尘器幻灯片13袋式收尘器—机理袋式收尘器是一种利用多孔纤维滤袋将气体中的粉尘过滤出来的收尘设备。大于网孔尘粒，小于滤布孔径的尘粒。惯性作用，扩散与静电作用尘粒与滤布间隙，纤维碰撞而粘附于滤布缝隙间。滤布表面及内部粉尘搭拱堆积，初次粉尘粘附层也是过滤介质，显著地改善了过滤作用，使气体中粉尘几乎全部被捕集下来。幻灯片14袋式收尘器—粉尘层与压力损失 滤布阻力增加，为保证处理能力和效率，定期清理滤布的粉尘层，由于滤布绒衣的支承作用，滤布上粉尘的初层仍然残留下来成为滤布外的第二过滤介质，所以清灰后收尘效率几乎没有降低。压力损失与气体的过滤速度和粘度成正比，滤袋本身阻力较小，在堆积的粉尘层刚坠落时，阻力迅速减小，随着粉尘的重新堆积，几乎按直线增大。幻灯片15袋式收尘器—阻力过滤的阻力与滤袋的材质、滤袋的收尘量、气体含尘浓度、过滤速度及清灰周期等因素有关，含尘浓度一般要求在0.2-10g/m3范围，当需要处理高浓度含尘气体，一般要在袋式收尘器之前，先用惯性收尘器或其它收尘器进行初级收尘。幻灯片16袋式收尘器—过滤速度过滤速度与滤袋材质、清灰方式、含尘浓度、湿度、粉尘颗粒组成等相关，其中含尘浓度和滤袋的过滤风速为影响袋式收尘器的主要因素。在一定的过滤阻力下，滤袋的收尘效率随着过滤风速的增加而逐渐下降。因而各种袋式收尘器都规定了允许的气体含尘浓度和一定的过滤风速范围。幻灯片17袋式收尘器—滤布滤布有毛织滤布和化学纤维滤布，还进行起绒和缩绒处理，所以在滤布表面有相互交错的纤维绒毛和覆盖层，有些甚至采用没有经纬线的毛毡滤布。天然纤维（棉布、蚕丝、羊毛等）、合成纤维（尼龙、涤纶等）、无机纤维（玻璃纤维等）及几种纤维的混合织品，各种滤布均有优缺点。应根据含尘气体性质（湿度、温度、含尘粒度及化学性质）和清灰机构型式等具体情况来选择应用。幻灯片18袋式收尘器—滤布性能均匀致密，一定孔径20-50，表面绒毛孔5-10，具有一定透气性和抗拉、抗剪的机械强度。流体阻力要小。当处理高温气体或含腐蚀性介质的气体时，还要求具有良好的耐热和耐腐蚀性能，才能延长使用寿命，保持较高的收尘效率。滤布表面经芳香族有机硅、聚四氟乙烯、石墨等处理，能显著改善其物理性能及抗腐蚀性能。如有机硅处理后，提高耐磨性，还提高柔软性，吸湿率降低，表面光滑易于清灰，延长使用寿命，聚四氟乙烯和石墨处理后，提高耐热性，防腐蚀性能也明显提高。幻灯片19袋式收尘器—滤袋主要有圆形和扁形两种。扁形：排列紧凑，体积小，但滤袋流体阻力大，使用寿命短，检修不便。圆形：常用，受力均匀，支架连接简介。幻灯片20袋式收尘器—清灰方式机理：清灰机构是一个重要部分。操作，滤袋内壁的积灰如不及时清除，则随着时间的增加，粉尘层加厚，滤袋阻力增加，风机风量也下降，妨碍了收尘器的正常工作，故袋式收尘器必须进行定期清灰进行过滤，有一定清灰周期，控制最高过滤阻力在一定数值。清灰方式分为：机械振打和气体反吹 幻灯片21袋式收尘器—清灰方式利用机械的振动来抖落滤袋上粉尘，又有人工振打和机械自动振打，振打方向有水平或垂直方向。用气体（空气，加热后的空气或高压的压缩空气）从滤袋的粉尘粘附面相反方向往滤袋股风或抽风，使粉尘脱落。又可分真空反抽风式，气环鼓风反吹式，脉冲式反吹式。按清灰机械进行方式可分为间歇式和连续式两类。幻灯片22袋式收尘器—类型与构造按滤袋形式分为：扁袋式收尘器和圆形袋式收尘器按流入气流形式分为：正压鼓入式和负压抽吸式按清灰方式分为：机械振打袋式收尘器、气环反吹风袋式收尘器和脉冲袋式收尘器。幻灯片23静电收尘其原理是当气溶胶通过某一特定静电场时，微粒被吸附于壁，气体逸出，而实现固－气分离。该装置多用于实验室和环保领域除尘，在超细粉体工业应用较少。幻灯片24静电收尘—原理与电极设计气体的自激电离，电晕区、电晕电极，晕外区、集尘电极。非均匀电极，板极式非均匀电场。负电晕收尘率高于正电晕。电流强度：管极式0.3-0.4mA/m，板极式0.1-0.35mA/m，工作电压50-70kv。幻灯片25静电收尘—收尘性能高收尘效率0.1（99%），流体阻力小。维持费用低，可处理较高压，较高温，高湿及腐蚀性气体。配置复杂的高压直流供电系统，初次投资高，电阻率应大于104.cm，小于2*1010.cm。不适用含尘浓度大的气体。 幻灯片26静电收尘—结构及类型按清灰方式：湿式、半湿式和干式。按荷电形式：单区式和双区式。荷电作用，收尘作用，双区式电收尘器采用正电晕。按集尘电极形式：平板式、管式、圆筒式和格栅式。管极式电收尘器，板极式电收尘器。按气流的运动方向：立式和卧式。卧式可根据需要加长和延伸。幻灯片27静电收尘—卧式电收尘器幻灯片28静电收尘—使用性能粉尘性质：电阻率104.cm-1010.cm，收尘性能良好。小于104.cm二次飞扬。大于1010.cm，反电晕。含尘气体化学组成、温度、湿度有关。含尘浓度高，严重抑制电晕电流，电晕封闭。气体参数：空气的击穿电压与含湿量有关系，气体流速，收尘器的结构型式也有关。幻灯片29二、按颗粒物性分离重力分离浮选磁选物理分离幻灯片30浮选浮选是利用矿物和杂质的表面性质不同而将其分离的一种方法。其分离作用是藉颗粒有选择地附着于吹入悬浊液中地空气泡而上浮。 幻灯片31浮选操作①调整需要分离的混合物的颗粒表面性质，使其中的一种成分附着于空气泡，另一成分则沉浸于水中。②加起泡剂，产生稳定的泡沫。③将附着和不附着于泡沫的颗粒加以分离。范围：一般对超过16目的粗颗粒和小于325目的细颗粒无效，最适颗粒度微300～30μm。浮选剂：通常采用表面活性强、无捕收性、对颗粒无化学反应，起泡率大、离开浮选机后立即消泡、廉价的试药作为浮选剂，高级乙醇类的油也较常采用。幻灯片32浮选为使有用矿物有选择地与气泡附着，常用在该矿物表面上复以煤焦油、石油、油酸、亚油酸等捕收剂。反之，为了易亲水，常用抑制剂在颗粒表面复一层极性薄膜。所用的捕收剂因矿物种类不同而异。当矿物颗粒与捕收剂不能紧密结合时，可以用用活化剂改变颗粒表面性质。幻灯片33磁选磁选对象：可供磁选的物质是强磁性物质和顺磁性物质中的磁性强的物质。选和湿式磁选幻灯片34分为干式磁磁选—比磁力比磁力：作用于单位质量颗粒上的磁力。f=(k/0)BgradB=0kHgradHf—比磁力k—物质的比磁化系数0—真空磁导率B—磁感应强度H—磁场强度幻灯片35强磁性物质中磁性物质弱磁性物质非磁性物质幻灯片36---k---k---k---k磁选—物质按磁性分类大于38*10-6m3/kg，如金属、磁铁矿等。为3.8*10-6m3/kg到38*10-6m3/kg，如赤铁矿、钛铁矿。为0.3*10-6m3/kg到3.8*10-6m3/kg，如褐铁矿、黑云母。小于0.3*10-6m3/kg磁选—条件磁场存在，利用性能优良的永磁材料，如稀土永磁材料，利用超导现象制造电磁铁。磁场为非均匀磁场，均匀磁场磁场梯度为零。必须增加磁场的不均匀性，对磁选操作有利。具有一定的磁性。过去，磁感应强度较小（0.09T-0.16T），只能分选强磁性物料。近年来，磁感应强度可达2.5T，可分选出比磁化系数大于0.2*10-6m3/kg的弱磁性物料。幻灯片37磁选—干式磁选与湿式磁选 滚筒内装永久磁铁或电磁铁的胶带输送机用于除去较大的铁块。另外，还有单独使用的滚筒及电刷除去磁性物质的形式。对于弱磁性物质，尤其是强磁性物质以不同的比例含于其它物质间，即所谓混合颗粒，可采用强磁场分离机进行磁选。颗粒的分散性越好，湿式分离性能也越好。可在线圈的中央、纵横向装设格子式除铁过滤器，让料浆流经时便可除铁。幻灯片38三、固－液分离沉降浓缩过滤离心分离幻灯片39过滤用过滤介质捕集分离液体中不溶性悬浊颗粒的操作成为过滤。分为滤饼过滤和澄清过滤。滤饼过滤：悬浮液的浓度相当大，在过滤介质表面上形成的滤饼中，如有1%以上的固体颗粒，约占3-20%的体积起过滤介质作用。澄清过滤：过滤0.1%以下的极薄悬浊液时，颗粒捕集在过滤介质表面，无滤饼，目的澄清液。过滤介质：应具有多孔性，阻力小，能耐腐蚀及耐热，并具有足够的机械强度，帆布、合成纤维布。合成纤维寿命长，易洗涤、脱饼，不易腐蚀等优点。幻灯片40过滤再生：滤布使用一段是后，小孔会被细小的颗粒堵塞，使过滤阻力增加，此时去下滤布进行清洗，称为再生。助滤剂：对处理难以过滤的料浆，滤孔往往易被堵塞。可在料浆中掺入一些颗粒均匀，性质坚硬，不可压缩的颗粒物料作为助滤剂（硅藻土、活性炭等），助滤剂构成滤饼骨架，形成较轻松的滤饼，使滤液容易滤出。幻灯片41压滤工艺恒压过滤：在过滤过程中，使压差自始至终维持不变。这种过程称为恒压过程，随着过滤的进行，由于滤饼逐渐加厚，阻力增大，操作过程的过滤速度必然逐渐减小。恒速过滤：在过滤过程中，过滤速度自始至终保持不变，称为恒速过滤，随着压滤过程的进行，滤饼阻力不断增大，要保持恒定的过滤速度，就必须持续地提高过滤压强，以克服不断增大的过滤阻力。幻灯片42压滤工艺两阶段过滤：实际过滤操作不适合整个过程都在恒速或恒压下进行，若整个过程在恒速条件下进行，则到操作末期，过滤压强必须升得很高，容易使设备发生故障。恒压过程是比较简单的过滤操作，在过滤开始时，滤布表面还没滤饼形成，过滤速度太大，会使颗粒穿过滤布而使滤液浑浊，或堵塞滤布孔隙，在滤布表面形成比较致密的初期滤饼，使过滤阻力增大，给以后的过滤带来困难。工业上通常采用先升压后恒压的过滤操作，过滤的开始阶段采用低压然后逐渐升压，达到要求的压差后，这以后恒压继续进行过滤，过滤在升压阶段既非恒压也非恒速。 幻灯片43滤饼去湿随着滤饼的增厚，过滤速度越来越小，此时必须将滤饼移走。在移走滤饼之前，为了进一步排除残存在滤饼空隙中的水分，有时须进行滤饼的去湿。去湿的方法是将空气在正压或负压下通过滤饼，使滤饼空隙中存留的滤液尽量排挤出来，最后将滤饼由滤布上卸下，为了尽可能卸除滤饼和清净滤布，以降低下次过滤的阻力，可采用压缩空气从过滤介质后面进行反吹。幻灯片44过滤设备分类：按操作方法分为间歇式和连续式过滤机，按滤液留蓄这一面压强的正压和负压，分为压滤机和真空压滤机两大类。压滤机又称榨泥机，对于粘性较大，难以过滤料浆，可用压滤机脱水，又分为箱式（或滤板式）和板框式两种。幻灯片45幻灯片46 压滤机滤板构造：滤板用铸铁、不锈钢、铝、橡胶或塑料等材料制成。有方形与圆形两种。上端有水平顶面，用于悬挂滤布，滤板两面周长凸起。此凸面光滑有高平直度，周边有环形槽，装有橡胶密封圈，以保证可靠密封，防止料浆泄露。也可以加宽凸面面积，并且应用防漏涂料。滤板中部凹下，中心有园孔，表面有沟纹，板上两面作成各种凹凸纹路，凸出部分用于支撑滤布，凹下部分形成环形和几条径向的排液通路，下方有滤液排出孔，通道外面旋塞。滤板有耳件，用于将滤板搁在滤机的横梁上。幻灯片47压滤机筛板与螺旋滤布：滤板两侧盖上中间开孔的圆形筛板，筛板用不易锈蚀材料（铝片或塑料板等）冲孔制成，可以避免堵塞沟纹，使滤液排出畅通，延长寿命，用滤布将滤板两面夹好，滤布中心留出与滤板相应的园孔，并用中空阴阳螺母夹环将滤布和筛板夹紧在园孔上，中空部分是进料浆的通道，螺母用耐腐蚀的铜合金制成，滤布是合成纤维或在铜的铵液中浸过的帆布。幻灯片48工作过程工作时各滤板并排放在横梁上，将各滤板压紧，当滤板压紧时，滤板周边互相紧粘，里面形成一厢室，各个园孔就构成了一条连贯各块滤板的通道。料浆用泥浆泵从通道末端送入滤机，通过通道进入两块滤板之间的厢室内，滤液能穿过滤布流至滤布于滤板之间凹入处，成为滤液经滤板表面上的沟纹从滤板下端的滤液排出孔向外流出，各滤板流出的滤液汇集于明槽中排出。固体颗粒截流在厢室内，形成滤饼，待厢室的颗粒积满，过滤速度的变得很慢时，则停止供浆，过滤时间一般为20~60min。将压紧机构松开，拆开滤板卸下滤饼，完成 一次操作。幻灯片49压滤机压滤机标准：通常以滤板的有关尺寸（滤饼或滤布那的尺寸）或滤板数目表示。参数及发展：YL735表示滤饼直径735mm，800压滤机表示滤板表示滤板共40块。压滤机滤板数目为40~60块，滤饼厚度一般为800mm，SZ40压滤机25~35mm。压滤机有关参数为：进浆压强0·7~7·5Mpa（一般0·7~2·1Mpa）压滤时间30~60min，操作周期为60~90min，滤饼含水率15·5~25%（通常取20~25%）。连续式真空滤机 幻灯片51连续式真空滤机工作过程；操作时，转筒部分地在浆槽的悬浮液中，连续不断地旋转，搅拌器，防止料浆中颗粒沉降。在旋转的圆周上大致可分为五个区。幻灯片52槽内设有摆动式连续式真空滤机在吸滤区A内，滤板浸没在浆槽的料浆中。在此区内的过滤室所连通的转动盘上相应的吸口13与固定盘上的凹槽11连通，产生真空。在大气压力的作用下，料浆中的水分透过滤布，吸入过滤室，然后经导管4及分配头中的真空管10作为滤液流出，料浆中的颗粒则沉积在滤布表面，形成一层滤饼。转道干燥区B内的滤板，已离开料浆液面进入大气中，滤板内部的过滤室通过导管4同分配头的固定盘的另一真空凹槽接通，仍然处于真空状态。滤饼空隙中残余水分经导管4导入真空接管口中，使滤饼水分降低，于是滤饼层在继续回转的过程中被吸干。幻灯片53连续式真空滤机转到吹气区C内的滤板下面的滤室，通过管4与分配头的凹槽口接通，所以压缩空气经滤板和滤布自内向外吹出，迫使滤饼与滤布分离。在卸料区D内，被压缩空气吹松后的滤饼碰到刮刀8，被铲刮到外面。转到清理区E内的滤板又复与分配头的另一凹槽口接通。压缩空气再次从滤布背面吹出，使粘附在滤布表面上的颗粒吹下，以疏通滤布的孔隙，为下一周期的过滤作好准备。滤布清理后，复又浸入料浆中开始下一循环。连续式真空滤机 特点：转筒连续运转，转筒上每一过滤室当转完一周后，依次经过上述地方，完成上述各操作，连续进行，可完全自动，改变滤机转速可以调节滤饼层的厚度。生产能力较大，劳动生产率高。不过滤机构造较为复杂需要附属设备，投资费用较大。另外所需压差只能在一个大气压以下，滤饼较湿，汗水量在30%左右，为得到干滤饼，需通热空气加以干燥。幻灯片55离心分离在离心力场中进行沉降分离和过滤脱水等的单元操作。离心力可达到重力的数百倍至数十万倍。可分为离心沉降机和离心过滤机。幻灯片56离心沉降机与离心过滤机主要用于悬浊液中的微细粒子群或密度差小的液-液乳胶的分离，其分离机理为离心力场中的沉降现象。使悬浊液在回转容器中回转时，液体在已沉降的固体上流动，固体向器壁运动，用机械方法卸出。又分为圆筒式、碟片式和倾注洗涤器。离心过滤机的分离机理是流体的过滤和脱水现象，用于较粗的粒子和结晶性固体形成多孔性的滤饼。又包括间歇式离心过滤机、卧型刮板式、连续离心过滤机。幻灯片57雾化器液滴平均直径为几十至几百μm，分散料浆使之成为细小的液滴。常用雾化器有压力喷嘴式雾化器，空气雾化器和离心雾化器三种离心雾化器使料浆流入一个高速旋转的雾化盘中，料浆在离心力的作用下从雾化盘中以很高的速度甩出，甩出的料浆在空气中与空气磨擦即分裂成液滴。料浆离开雾化盘时，形成的液滴是沿水平方向散开的，为了防止液滴碰到干燥器的壁上而粘在上面，干燥器必须有足够大的直径，离心雾化器的给料压力是很低的。压力喷嘴式雾化器料浆用泵在较高的压力（2MPa左右）沿切线方向进入雾化器，在雾化器的旋流器中，料浆产生了强烈的旋转运动，然后高速从喷嘴喷出，喷出的料浆在空气中由于磨擦作用而被撕裂成为细小的液滴，又称机械雾化器。空气雾化器利用压缩空气在喷嘴出口处吹散料浆使之成为细小的液滴，空气雾化器给料的压力很低，要压缩空气做雾化用。在陶瓷工业中很少采用。