7精细化工过程与设备(下篇)-第六章-过滤.pptVIP

精细化工过程与设备 第二篇 分离过程与设备 精细有机化工生产的产品品种繁多，生产方法各异，但都有原料预处理、化学反应、加工精制等过程。原料预处理之所以必要，是因为存在于自然界的原料多数是不纯的。例如，石油是由多种碳氢化合物组成的混合液体；煤也是组分复杂的固体混合物。其中有我们需要的物质，也有我们不需要的，甚至有害的物质。如果直接采用这样的原料进行化学反应，让那些与反应无关的多余组分一起通过反应器，轻则影响反应器的处理能力，使生成的产物组成复杂化；重则损坏催化剂和设备，使反应无法顺利进行，因此，反应前的分离操作是必不可少的。 从反应器出来的中间产物或粗产品需要分离，其理由也是十分明显的。因为，绝大多数精细有机化学反应都不可能百分之百地完成；而且除主反应外，尚有副反应发生，这样出反应器的产物往往是由目的产物、副产物以及未反应的原料组成的。要得到产品，必须进行分离。 在实际产品生产中，尽管反应器是至关重要的设备，但我们往往发现在整个流程中，分离设备所占的地位在数量上远远超过反应设备，在投资上也不在反应设备之下，而消耗于分离的能量和操作费用在产品成本中也占极大的比重。因此对分离过程必须予以应有的重视。 本篇主要介绍精细化工生产中常遇到的分离过程与设备，包括过滤、精馏、萃取和干燥。 § 7.1 概述 过滤是现代化工生产中广泛应用的一种必不 可少的重要处理过程。过滤是以某种多孔物质作 为介质来处理悬浮液，在外力作用下，悬浮液中 的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留下来， 从而实现固、液分离的一种操作。过滤操作所处 理的悬浮液称为滤浆，所用的多孔物质称为过滤 介质，通过介质孔道的液体称为滤液，被截留的 物质称为滤饼或滤渣。 图7.1为过滤操作示意图。 赖以实现过滤操作的外力， 可以是重力或惯性离心力， 但在化工中应用最多的还是 在多孔物质上、下游两侧的压强差。 用沉降方法处理悬浮液，需要较长时间，而且沉渣中的液体含量较高，过滤操作则可使悬浮液得到迅速分离。滤渣中的液体含量也较低。但若被处理的悬浮液比较稀薄而且其中固体颗粒较易沉降，则应先在增稠器中进行沉降，然后将沉渣送至滤机，以提高经济效益。过滤属于机械分离操作，与蒸发、干燥等非机械的分离操作相比，其能量消耗较低。 （1）过滤方式 过滤操作分为两大类： 一类为饼层过滤，其特点是固体颗粒呈现饼层状沉积于过滤介质的上游一侧，适用于处理固相含量稍高（固相体积份率约在1%以上）的悬浮液； 另一类为深床过滤，其特点是固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部。悬浮液中的颗粒直径小于床层孔道直径，当颗粒随流体在床层内的曲折孔道穿过时，便黏附在过滤介质上。这种过滤适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固相体积分率在1%以下）的场合，自来水厂里用很厚的石英砂层作为过滤介质来实现水的净化。化工生产中所处理的悬浮液浓度较高，故本章只讨论饼层过滤。 （2）过滤介质 过滤介质是滤饼的支承物，应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。过滤介质中的微细孔道的直径，稍大于一部分悬浮颗粒的直径，所以，过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，此种滤液应送回滤浆槽重新处理。过滤开始后颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥现象”(见图6.2)，使得尺寸小于孔道尺寸的细小颗粒被拦住，滤饼开始生成，滤液也变得澄清，此时过滤才能有效地进行。可见，在饼层过滤中真正发挥分离作用的是滤饼层，而不是过滤介质。 工业上常用的过滤介质主要有以下几类： ① 织物介质。又称滤布，包括由棉、毛、丝、麻等天然纤维及各种合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝等制成的织物。 其规格习惯称为“目”或“号”，指每平方英寸介质所具有的孔数，“目”或“号”数越大，表明孔径越小，对悬浮液的拦截能力越强。通常是本着滤布的孔径略大于拟除去最小颗粒直径的原则来确定滤布规格。织物介质能截留的颗粒从5～65μm。 织物介质薄、阻力小、清洗与更新方便，价格比较便宜，是工业上应用最广的过滤介质。 ② 粒状介质。包括细沙、木炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质，或非编织的纤维（玻璃棉）堆积而成，多用于深床过滤。 ③ 多孔固体过滤介质。是具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料和多孔金属制成的管或板。此类介质较厚、耐腐蚀、孔道细微、阻力较大，能截留1～3μm的微小颗