固液分离技术1概述

5 《固液两相过滤及分离技术》
（英）A.拉什顿等著，朱企新等译
出版社：化学工业出版社；出版时间：2005年
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课程教学方式
课堂讲授+课堂讨论+作业
课程教学要求
•上课时带好教材，做好课堂笔记； •请假时需有请假条； •考试时自己的参考书、笔记、计算器等，禁止互相借阅； •课堂笔记禁止复印，考试时发现视为舞弊。
固液分离在矿物加工工程中的位置
选前作业
矿物加工
选后作业
破碎、磨矿、 干燥等
选矿（重选、 磁选、浮选）
固液分离（脱 水、沉降、过 滤）
第一章 概 述
1.1 固液分离方法分类
一、固液分离的定义
固液分离（solid-liquid separation）：就是把生产中含水的中间或最终 产品（包括排出物）的液相和固相分开，即从悬浮液中将固体颗粒与 液相分离的作业，是现代冶金、化工、环境、材料、轻工、水利及矿 物工程等工艺过程的重要环节。
实现固液分离的基本要点是使固液两相间产生相对运动：
1）液体受限而固体可自由运动;（如：沉降、浮选、结晶、电解等） 2）固体受限而液体可自由运动；（如：干燥、过滤、筛分、蒸发、萃 取等）
3）固液两相同时运动。
第一章 概 述
五、固液分离所包含的两类因素或参数
a. 分离浆体性质的量参数；确定场梯度的强度参数。
fG
QF
I FG
d
2 p
32
l
g
离心过滤(centrifugal filtration)，线性过滤速率:
fC
QF
I FC
d
2 p
32
l
gZ
压力过滤(真空、压滤)，线性过滤速率:
fP
QF
I FP
d
2 p
32
P L
第一章 概 述
1.2 固液分离的辅助手段
1.2.1 分离助剂
在固液分离的效果不理想时，可以采用加入助滤剂的方式 提高效率。助滤剂一般为刚性、多孔、高渗透性粉粒，加 入浆料后以提高过滤性能。 助滤剂的使用方法为为两种： 形成预涂层和体加料方式。 可以用作助滤剂的包括 硅藻土、膨润土、石棉、 纤维、非活性的炭粒、 石灰、白灰等。
其中：d p为颗粒直径； 为液体粘度； p、 l分别为颗粒及液
体密度；g为重力加速度；C为离心加速度；P为过滤压力；
L为滤饼厚度；Z为离心力强度， Z C。/ g
第一章 概 述
b. 所有的固-液分离方法或设备都基于两个参数的乘积：
重力浓缩/澄清速度：
S
QS
Ig
d
2 p
18
g( p
l )
重力过滤(gravity filtration)，线性过滤速率:
课程考核方式
期末开卷考试：70%； 平时成绩（考勤：10%，课堂作业：20%）。
第一章 概 述
广义的固液分离指任何体系中固相与液相之间的分离。 常见的固液分离现象在生活中处处可见。
第一章 概 述
随着现代化工业技术的发展，现代文明对固液分离的依赖性日益显现，它 直接关系到金属回收率的高低、环境治理、投资的大小及生产作业的难易 等； 不同的工业部门、不同的工艺过程，其固液分离费用不一，通常固液分离 工艺费用占总工艺费用的10%-20%，投资费用占总投资费用的30%-40%， 能耗占20％左右； 发展并解决好固液分离工程具有重大经济和社会意义。
硅藻土类助滤剂
第一章 概 述
珍珠岩类助滤剂 纤维素类助滤剂
聚丙烯酰胺类助滤剂
第一章 概 述
1.2.2 磁性分离
利用磁分离器除去悬浮液中的磁性固体颗粒，以净化某些 液体（如液压回路中的油）的方法。
目前已使用的高强度磁性分 离器（HGMS），采用在高 场强的均匀磁场中放置不锈 钢毛或钢丝，在它们附近形 成很大的磁场强度，能够截 留具有弱磁性的微细颗粒 （如Fe2O3、K2O等，粒度可 小至零点几微米）。
选用教材及参考书
教材
《固液分离》
杨守志，孙德堃，何方箴编著
出版社：冶金工业出版社；出版时间：2008年
参考书
1 《固液分离》
主编：罗茜
出版社：冶金工业出版社；出版时间： 1997年
2 《固液分离》
(英) 斯瓦罗夫斯基著；朱企新，金鼎五等译
出版社：化学工业出版社；出版时间： 1994年
3 《化工原理》
第一章 概 述
三、固相和液相
固相：具有一定体积和形状的颗粒，包括弹性体和塑性体； 甚至包括酒糟、糖渣、蛋白酶等。
液相：包括水、有机液体等牛顿流体和非牛顿流体。
人们将剪切应力与变形率之间满足线性关系的流体称为牛 顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。 （详细内容见第三章）
固体颗粒为分散相（被分散的物质），连续状态的液相为 分散介质。
第一章 概 述
四、固液分离方法分类 固液分离方法按其作用原理可分为三类：
1) 机械分离法：利用机械力使液体与固体颗粒分离，可分为重力场、离 心力场、压力、沉淀浓缩及重力、真空、离心、压力过滤等方法；
2) 热力分离法：利用热能使水分汽化而与固体分离；（如蒸发 evaporation；结晶crystal）
过滤的量参数 沉降的量参数
QF
d
2 p
；
32
QS
d
2 p
18
(
p
l )
；
重力场的强度参数 I G g ；
离心力场的强度参数 I C C ；
第一章 概 述
过滤时的压力梯度 I FP P / L ；
在重力作用下
I FG g l / L ；
在离心力作用下
I FC g l Z / L ；
3) 物理化学分离法：利用物理的或化学工程达到分离。（如电解 electrolyse；萃取extraction）
固液分离利用最广泛和最多的是：机械分离和热分离二种，本课程将重 点介绍机械分离法 （沉降sedimentation和过滤filtration）（见教材P2图 1-1）。
第一章 概 述
四、固液分离方法分类
陈常贵，柴诚敬，姚玉英编著
出版社：天津大学出版社；出版时间：2004年
4 《Handbook of separation techniques for chemical engineers》
主 编：Schweitzer, Philip A.
出版社：World Publishing Corp.；出版时间：1990年
对象：中间或最终产品的液相和固相 实质：两相的分离 意义：重要环节
实现固液分离的必要条件（要点）？
第一章 概 述
二、固液分离的目的 a.回收有价的固相（如：矿物加工中精矿的脱水，水冶过 程中对有价金属的回收）； b.回收液相（如：矿物加工中尾水的循环利用，造纸纸浆 的返回使用）； c.同时回收两相（如：产品脱水后的回水利用）； d.不回收任何一相（如：使某些废水达到排放标准排放）。 目前发展趋势为同时回收固液两相。