超细粉体分离.pptx

《超细粉体分离.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超细粉体分离.pptx（24页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1 沉降分离1.1重力沉降沉降方法是最经济的固液分离方法，沉降过程及所用的机械设备比较简单。特别在处理大量、连续的悬浮液的情况下，重力沉降往往是首选。悬浮液中固体颗粒受重力作用下沉，其最终结果是固液分离。分散于悬浮液的颗粒都受到两种相反的作用力。一是重力，另一是扩散力，由布朗运动引起的。根据对颗粒的扩散位移以及沉降位移的计算，可以得出两种位移随颗粒度变化的交叉点在1.2um。颗粒小于1.2um的颗粒，布朗运动占主要作用。颗粒大于1.2um，颗粒的重力沉降占主要作用。第1页/共24页 在较高浓度的悬浮液中颗粒的沉降还存在着干涉沉降作用。通常随着浓度增大，沉降行为会发生变化：迅速经过一个产生颗粒群

2、、并以混浊团形式沉降的过渡区，然后是颗粒一起沉积的干涉沉降。原因一是由于松散的颗粒团下降过程中产生的回流将单个颗粒向上携带。二是随固体浓度的增加，由于被沉降颗粒取代的回流体体积较大，使每个颗粒受到的阻力加大，围绕每个颗粒流体的流动，由于相邻物的存在受到扰乱。干涉沉降时界面的沉降速度v与每个颗粒的沉降速度V0以及体积浓度m有关：第2页/共24页 在对含有超细颗粒的悬浮液进行沉降浓缩时，重力沉降往往和其它方法联用。例如采用添加絮凝剂的方法。当物料粒度很细时，特别是粒度小于5-10ppm的超细粉体，细小颗粒之间由于范德华力的相互作用使其吸引，经常呈无选择的粘附状态。又由于细粒物料本身具有很大的比表面

3、、质量小、表面能高，属于热力学不稳定体系，故细粒物料之间的粘附现象，经常可以自发产生。絮凝剂的研究开发在超细粉体悬浮液固液分离中深受重视，并取得了较大发展。第3页/共24页1.2 离心沉降 离心沉降是一种高效的沉降方法，它是利用固液两相密度差，将分散在悬浮液中的固体颗粒在离心力场中快速沉降的分离过程。心分离是重力沉降向较小粒度颗粒的延伸。离心沉降可根据不同分离要求分别完成浓缩、澄清和分级等作业。当流体围绕某一中心轴作圆周运动时，便形成了惯性离心力场。固液分离中根据要求的最小分离颗粒粒度可以确定所需的最小分离因素R，此最小分离因素计算表达式为：第4页/共24页随着粒径的减小，理论最小分离因数Fr

4、在增大，超细粉体的分离越来越困难。在离心分离二氧化钛悬浮液时，T=298K,=2.98g/cm3情况时，按平均粒径0.25um计算理论分离因素，得Fr竟要2.5104大大超过常速离心机的分离因素（3500)。一般的工业离心机只能分离粒径在微米级的颗粒。同时离心分离难以实现大型化，而且离心洗涤操作复杂，劳动强度大，效率低。第5页/共24页 对纳米硫酸钡(具体粒径未报道)的分离过程中，使用碟式离心机，在分离因数9300时，总分离效率可达993左右。在亚微米颗粒Ti02的离心分离过程中，由于速度梯度引起颗粒之间的碰撞发生粘附聚团，形成大的颗粒而沉降，是Ti02颗粒在较小分离因素作用下能被分离。当固液

5、密度相差很小或颗粒粒径很小时，尽可能不要采用沉降方法进行固液分离，除非密度差能增加，或通过离心力作用来增加其所受到的力。在利用重力进行分离的方法被认为不可能的情况下，或由于固体颗粒性质使得分离很困难时，仍可以使用增加沉降作用的方法。在处理废水或其他污水中小的、亚微米级颗粒或软的、可压缩性固体颗粒时会遇到这种情况。有些固液分离要求采用沉降和过滤相结合的方法，对固体颗粒的预增浓可以降低要过滤体系的液体量，也可以减少过滤设备尺寸的大小。第6页/共24页2 过滤分离 在过滤这种流体与固体混合物的分离方法中，大部分流体通过多孔的隔层，而含于混合物中的大部分固体则被隔层挡住。多孔介质有筛网、滤布、膜等。有

6、按机理划分，若固体物被阻挡于过滤介质表面并彼此堆叠而形成不断增厚的滤饼，则此种分离法称为滤饼过滤。若固体物被裁留于过滤介质的小孔中或过滤介质本身之中，则称为深层过滤、过滤介质过滤、或澄清过滤。过滤过程的推动力有：重力、真空度、压力、离心力等。第7页/共24页 以滤布为过滤介质的各类过滤技术，一方面由于过滤介质的制约，对超细颗粒过滤的截留性能差，产品流失严重，另一方面它是靠滤饼层颗粒的架桥作用来实现颗粒的截留，如果颗粒越小，形成的滤饼层就越致密，随着滤饼层的不断增厚，过滤阻力大，过滤速度越来越小，滤饼的洗涤也十分困难，洗涤效果差，操作劳动强度大。对含有超细颗粒的悬浮液的过滤有以下特点：(1)由于

7、超细粉体颗粒粒度小，形成的滤饼阻力大，过滤难度增加。第8页/共24页(2)滤布、滤网等常规的过滤容易产生穿透现象，过滤效率不高。需要孔径相当小的过滤介质才能实现高效截留。(3)超细粉体颗粒容易进入过滤介质，使其堵塞，且不易清除。导致过滤介质消耗增大。基于以上分析，对于超细粉体浆料，必须采用一种新型高效的方法进行固液分离。而膜分离技术以其高效、环保、低能耗、连续操作与灵活性在分离领域得到越来越广泛的关注与应用。下面对膜分离技术进行介绍。第9页/共24页3 3 膜分离技术及其在超细粉体固液分离中的应用 对于膜，一种最通用的广义定义是“膜”为两相之间的一个不连续区问。膜分离过程以选择性透过膜为分离介

8、质。当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。最近三十年，膜分离技术作为一项新型的高分离、浓缩、提纯及净化技术得到广泛的开发研究。相对于其他分离过程，膜分离技术具有以下特点：第10页/共24页(1)高效 分离过程可以做到将相对分子量为几千甚至几百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米级)。(2)低能耗 因为大多数膜分离技术过程都不发生相的变化，而相变化的潜热是很大的。(3)接近室温 工作温度多数膜分离过程的工作温度在室温附近，因而对热敏性物质的处理就具有独特的优势。(4)品质稳定性好 膜设备本身没有运动的部件，工作温度又在室温附近，

9、所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十分简便，而且从设备开启到得到产品的时间短，可以频繁地启、停下工作。相比传统工艺可显著缩短生产周期。第11页/共24页(6)灵活性强 膜设备的规模和处理能力可变，易于工业逐级放大推广应用。膜分离装置可以直接插入已有的生产工艺中，易与其它分离过程结合，方便进行原有工艺改建和上下工艺整合。(7)纯物理过程不会发生化学变化，更不需要外加助滤剂、化学试剂等。(8)环保 膜分离设备制作材质清洁、环保，工作现场清洁卫生，符合国家产业政策。因此本课题将采用膜分离技术对含超细颗粒的悬浮液进行固液分离研究第12页/共24页4 4 膜以及膜分离过程简介 根据膜材料的不同，可将

10、膜分为生物膜和合成膜两大类。然而，从结构和功能以及传质机理方面考虑，一般用于工程技术目的的是合成固体膜。合成的固体膜又可以分为有机聚合物膜和无机材料制成的膜。无机材料的供应直到近年才有较大的增长。到目前为止，多数还只限于多孔膜。膜在形态和结构方面的区别与膜的分离机理有密切的联系，因此直接与膜的应用相关联。所以多孔膜主要用于超滤，微滤和渗析过程；电中性的无孔膜主要用于反渗透、渗透汽化和气体渗透过程；而荷电的无孔膜则用于纳滤和电渗析过程。第13页/共24页 以选择性分离膜为中心的膜科学研究自本世纪50年代形成一个学科以来，取得了飞速的发展，相继对离子交换膜(含电渗析过程、双极性膜等)、反渗透、超滤

11、、微滤、气体分离、渗透气化等膜的种类、结构与性能关系、传质机理等开展了深入的研究，促进了分离膜产业的形成与发展。由于膜的种类和功能繁多，分类方法有多种。目前，已经实现工业化应用的几种膜分离过程的基本特征以及分离特征见下表。第14页/共24页几种膜分离过程的基本特征第15页/共24页4.1 微滤技术简介 微滤(Microfiltration，简称MF)是利用微孔膜孔径的大小，以压差为推动力，利用膜的“筛分”作用进行分离的压力驱动型膜过程。通常，微滤过程所采用的微孔膜孔径在0.05-10um范围内，一般认为微滤过程用于分离或纯化含有直径近似在0.02-10um范围内的微粒的液体。膜的孔数和孔隙率取

12、决于膜的制备工艺，分别可高达107个/cm3及80。由于微滤所分离的粒子通常远大于用反渗透和超滤分离溶液中的溶质及大分子，基本上属于固液分离，不必考虑溶液渗透压的影响，过程压差为0.01-0.2MPa，而膜的渗透通量远大于反渗透和超滤而对以更高压差为推动力的反渗透、纳滤、超滤则主要用于均相分离，从溶液中除去溶质。另一方面，微滤膜的孔径一般小于10um，微滤过程所除去的颗粒为10um以下。微滤过程，滤液中的颗粒的浓度可以是10-6级的稀溶液，也可以是高达20wt以上的浓浆料。第16页/共24页微滤分离技术微孔过滤与普通的过滤技术有很多相似之处。一般认为微滤的分离机理为筛分机理，膜的物理结构起决定

13、性作用。此外，吸附和电性能等因素对截流也有一定影响。根据微滤过程中，微粒被膜截流在膜的表面层或膜深层的现象，可将微滤分为表面过滤(surface filtration)和深层过滤(depth filtration)两种作用形式。超细颗粒分别主要在膜表面以及膜内部截留。通常这两种作用同时进行。第17页/共24页膜表面层截留(如图1.2.2.1所示)：(1)机械截流作用膜具有截留比它孔径大或与之相当的微粒等杂质的作用，此为筛分作用。(2)物理作用或吸附截留作用除了筛分作用，还应当考虑到吸附和电性能的影响。第18页/共24页(3)架桥作用在孔的入口处，微粒因为架桥作用也同样可被截留。膜内部截留(如1

14、.2.2.2所示)是膜的网络内部截留作用，是指将微粒截留在膜内部而不是膜表面。对于表面层截留而言，其过程接近于相对过滤，易清洗；对于膜内部截留而言，其过程接近于绝对过滤，但不易清洗。第19页/共24页(1)死端微滤(Dead-end Microfiitration)又称并流微滤或静态微滤。如图1223所示，悬浮液置于膜的上游，在压差推动下，溶剂和小于膜孔的颗粒透过膜，大于膜孔的颗粒则被膜截留。该压差可以通过在料液侧加压或在透过液侧抽真空来产生。在这种无流动操作中，被截留颗粒将在膜表面形成污染层，随时间增长，过滤阻力不断增加，污染层不断增厚和压实。第20页/共24页在操作压力不变的情况下，膜的渗

15、透流率将不断下降。若维持恒定的膜通量，则会引起膜两侧压力降的升高。因此死端过滤通常是间歇的，必须周期性地停下来清除膜表面污染层或更换膜。死端过滤操作简便易行，常用于实验室等小规模场合。对于固体含量较低的料液通常采用这种形式。(2)错流微滤(Cross-flow Microfiltration)又称动态过滤。对于固含量较高的料液或处理量较大的情况下经常采用错流操作。如图1.2.2.4所示，原料液以切线方向流过膜表面，在压力作用下通过膜，料液中的颗粒则被膜截留而停留在膜表面形成一层污染层。与死端微滤不同的是，料液流经膜表面时产生的高剪切力可使沉积在膜表面的颗粒扩散返回主体流，从而被带出微滤组件。当颗粒在表面的沉积速度与流体流经膜表面第21页/共24页时，由于速度梯度而产生的剪切力引发的颗粒返回主体流的速度达到平衡时，可使该污染层保持在一个较薄的稳定水平。由于错流操作能控制浓差极化以及颗粒表面堆积，因此可以在较长的周期内保持相对较高的通量。实际情况中，滤饼形成后，仍发现一段时间内通量缓慢下降，这种现象大多由于滤饼和膜的压实作用造成的。第22页/共24页 谢谢第23页/共24页谢谢您的观看！第24页/共24页