第三章沉降与过滤

1、2022-5-201第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤非均相物系分离：非均相物系分离：沉降沉降（重力沉降、离心沉降）（重力沉降、离心沉降）过滤过滤分散物质（分散相）：处于分散状态的物质分散物质（分散相）：处于分散状态的物质分散介质（连续相）：处于连续状态的物质分散介质（连续相）：处于连续状态的物质分离的目的：分离的目的：1. 回收分散物质回收分散物质;2. 净化分散介质。净化分散介质。第一节第一节 概述概述2022-5-202p第二节第二节 重力沉降重力沉降一、一、重力沉降速度重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降（一）球形颗粒的自由沉降重力重力Fg浮力浮力Fb阻力阻力Fd自由沉降自由沉降：颗粒

2、浓度低，分散好，沉降过程中颗粒浓度低，分散好，沉降过程中 互不碰撞、互不影响。互不碰撞、互不影响。,p颗粒下沉颗粒下沉2022-5-20336gppFmgdg 重重力力：gdFpb 36 浮力：浮力：242222uduAFppd 阻力：阻力：maFFFdbg 2332366426ppppppudgdgdda2022-5-204重力沉降速度重力沉降速度: 颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对 于流体的运动速度。于流体的运动速度。4()3pptdgu 2332366426ppppppudgdgdda02022-5-205（二）流体中颗粒运动的阻力（二）流体中颗粒运动的阻

3、力( (曳力曳力) )222242dppuuFAd 阻力系数阻力系数（曳力系数）（曳力系数）(Re)f Reptdu 、 流体特性流体特性dp、ut颗粒特性颗粒特性2022-5-2062022-5-207球形球形 圆盘形圆盘形2022-5-208（1）层流区）层流区 104 Re 2 Stokes 区区 24Re （2）过渡区）过渡区 2 Re 500 Allen 区区 10Re （3）湍流区）湍流区 500 Re 2 105 Newton区区0.44 （球形）（球形）2022-5-209（三）（三） 沉降速度的计算沉降速度的计算层流区：层流区：2()18pptdgu Stokes(斯托克斯斯

4、托克斯)式式过渡区：过渡区：1/3224()255ptpgud 湍流区：湍流区：3.03()pptdgu 2022-5-2010试差计算法：试差计算法：假设沉降处于某一区域；假设沉降处于某一区域；计算计算ut；计算计算Re，校验区域；，校验区域；若符合，则正确，否则重新假设区域。若符合，则正确，否则重新假设区域。2022-5-2011（四）影响沉降速度的其它因素（四）影响沉降速度的其它因素1.干扰沉降干扰沉降自由干扰uu2. 颗粒形状颗粒形状Ade2 非球形颗粒的表面积非球形颗粒的表面积面积面积与颗粒体积相等的球表与颗粒体积相等的球表球形度球形度 越小，阻力越大，越小，阻力越大，Re相同时沉降

5、速度越小。相同时沉降速度越小。3. 壁效应壁效应 使沉降速度下降。使沉降速度下降。2022-5-2012二、二、 重力沉降设备重力沉降设备（一）降尘室（一）降尘室2022-5-20131. 沉降分离条件沉降分离条件停留时间：停留时间：uL 沉降时间：沉降时间：ttHu 分离条件：分离条件：t ttLHLuuuuH即即或或W2022-5-20142. 生产能力产能力qV降尘室所处理含尘气体的体积流量降尘室所处理含尘气体的体积流量VVqqWHuuWHVtqLWu结论结论：降尘室的生产能力只与沉降面积降尘室的生产能力只与沉降面积WL及颗粒及颗粒 沉降速度沉降速度ut有关，而与高度有关，而与高度H无关

6、。无关。2022-5-2015多层降尘室：多层降尘室：(1)VtqnWLu若若n个隔板，则个隔板，则缺点：缺点： 清灰难；清灰难； 隔板间距小，隔板间距小，颗粒易被扬起。颗粒易被扬起。2022-5-20163. 临界颗粒直径临界颗粒直径临界颗粒直径临界颗粒直径dpC降尘室降尘室理论上理论上能能100%除去的除去的 最小颗粒直径。最小颗粒直径。2()18pcptdgu 1818()()Vpctppqdugg WLVtqHuuLWL层流层流2022-5-2017（二）沉降槽（增稠器）（二）沉降槽（增稠器）1. 悬浮液的沉聚过程悬浮液的沉聚过程2022-5-20182. 沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠

7、器）2022-5-2019 第三节第三节 离心沉降离心沉降一、离心沉降速度一、离心沉降速度（一）沉降过程（一）沉降过程切向速度切向速度 u径向速度径向速度 ur合成合成u合合 合合2022-5-2020离心力：离心力：2236CppuuFmdrr 径向向外径向向外 浮力：浮力：（向心力）（向心力）236bpuFdr 指向中心指向中心阻力：阻力：242222rprduduAF 指向中心指向中心 受力平衡时，受力平衡时，径向速度径向速度ur为该点的为该点的离心沉降速度离心沉降速度。24()3pptrduur 2022-5-2021重力沉降速度重力沉降速度ut离心沉降速度离心沉降速度ur方向方向 向

8、下，大小不变向下，大小不变 径向向外，随径向向外，随r变化变化 层流层流2()18pptdgu 22()18pprduur （二）离心分离因数（二）离心分离因数2crCtgFuuKugrF离心分离因数离心分离因数KC同一颗粒在同种介质中所受离心同一颗粒在同种介质中所受离心力与重力之比。力与重力之比。2022-5-2022二、二、 离心沉降设备离心沉降设备（一）旋风分离器（一）旋风分离器1. 结构与工作原理结构与工作原理 KC为为52500，可分离，可分离气体中气体中575 m的颗粒。的颗粒。 结构尺寸由直径结构尺寸由直径 D 决定决定 含尘气体以切线方向进入，速度含尘气体以切线方向进入，速度为

9、为1225 m s-1，按螺旋形路线向器，按螺旋形路线向器底旋转，接近底部后转而向上，成为底旋转，接近底部后转而向上，成为气芯，然后从顶部的中央排气管排出。气芯，然后从顶部的中央排气管排出。气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁后落过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落入灰斗。下，自锥形底落入灰斗。2022-5-20232. 临界颗粒直径临界颗粒直径uib假设：假设： 切向速度切向速度ut=进口速度进口速度ui 颗粒沉降的最大距离颗粒沉降的最大距离b 层流，斯托克斯定律层流，斯托克斯定律rm平均旋转半径平均旋转半径2bDrm2022

10、-5-2024n旋转圈数旋转圈数沉降时间：沉降时间：2218()mrrppibrbudu 停留时间：停留时间：2mir nu 沉降分离条件：沉降分离条件： r沉降速度：沉降速度：22()18ppirmduur n值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速12 25 m s-1范围内，一般可取范围内，一般可取n =3 4.5，风速愈大，风速愈大，n也愈大。也愈大。 2022-5-2025临界颗粒直径：临界颗粒直径：3()pcipbdnu 讨论：讨论：（1）b dpc D 旋风分离器越大，分离效果越不好旋风分离器越大，分离效果越不好所以生产能力较大

11、时，一般采用多个小旋风分所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分离器并联。离器并联。（2）ui dpc 分离效果好分离效果好流动阻力大流动阻力大smui/2512 2022-5-20263. 气体通过旋风分离器的压力降气体通过旋风分离器的压力降22iup 一般一般 p= 0.32 kPa 进、排气与筒壁之间的摩擦损失；进、排气与筒壁之间的摩擦损失； 进入时突然扩大的局部阻力；进入时突然扩大的局部阻力； 旋转中动能损失旋转中动能损失造成气体压力降：造成气体压力降：由于由于:2022-5-2027( (二二) ) 旋液分离器旋液分离器2022-5-2028( (三三) ) 沉降式离心机沉降式离心机

12、1. 管式离心机管式离心机2. 碟式离心机碟式离心机3. 螺旋式离心机螺旋式离心机2022-5-2029第四节第四节 过过 滤滤一、悬浮液的过滤一、悬浮液的过滤推动力：压力差，离心力，重力推动力：压力差，离心力，重力阻阻 力：滤饼、过滤介质阻力力：滤饼、过滤介质阻力过滤介质过滤介质滤 饼滤 饼滤 浆滤 浆滤 液滤 液2022-5-2030（一）两种过滤方式（一）两种过滤方式1. 滤饼过滤滤饼过滤-推动力：重力、压力、离心力推动力：重力、压力、离心力 2022-5-20312. 深层过滤深层过滤 这种过滤是在过这种过滤是在过滤介质内部进行的滤介质内部进行的，介质表面无滤饼，介质表面无滤饼形成。过

13、滤用的介形成。过滤用的介质为粒状床层或素质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶烧（不上釉的）陶瓷筒或板。瓷筒或板。 此法适用于从液此法适用于从液体中除去很小量的体中除去很小量的固体微粒，例如饮固体微粒，例如饮用水的净化。用水的净化。2022-5-2032（二）过滤介质（二）过滤介质类别：类别： 织物介质织物介质 多孔性固体介质多孔性固体介质 堆积介质堆积介质 多孔膜：多孔膜：高聚物膜、无机膜高聚物膜、无机膜滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤（三）滤饼的可压缩性与助滤剂（三）滤饼的可压缩性与助滤剂不可压缩滤饼：空隙不随压力变化不可压缩滤饼：空隙不随压力变化 可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小可压缩滤饼

14、：空隙随压力增加而减小 加助滤剂加助滤剂2022-5-2033（四）过滤过程物料衡算（四）过滤过程物料衡算（1）湿滤渣密度）湿滤渣密度11CpCC Ckg湿渣湿渣/kg干渣干渣 使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。 助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改善助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。 助滤剂：助滤剂：-是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好的颗粒状或纤维浮性好的颗粒状或纤维固体，如硅藻

15、土、纤维粉固体，如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。末、活性炭、石棉。悬浮液悬浮液滤滤 液液滤渣量滤渣量干干 渣渣2022-5-2034（2）干渣质量与滤液体积之比）干渣质量与滤液体积之比(1)/XwCX cwCv Xkg固体固体/kg悬浮液悬浮液kg干渣干渣/m3滤液滤液（3）湿渣质量与滤液体积之比）湿渣质量与滤液体积之比（4）湿渣体积与滤液体积之比）湿渣体积与滤液体积之比wCkg湿渣湿渣/m3滤液滤液m3滤饼滤饼/m3滤液滤液2022-5-2035二、过滤速率基本方程式二、过滤速率基本方程式（一）过滤速率（一）过滤速率过滤速率：过滤速率：3/dVmsd 过滤速度：过滤速度：/dVmsAd p

16、 p1 p2滤液滤液 L le u de u 流体在固定床内流动的简化模型 2022-5-2036孔道长度孔道长度AVlc 孔道中流速与过滤速度的关系孔道中流速与过滤速度的关系 AddVu 232cCpdVAdVdA 过滤速度过滤速度设为设为层流流动层流流动223232d ppull dAVpdAddVcc3222022-5-2037令令232dr CdVpVAdrA 滤饼的比阻滤饼的比阻过滤速度过滤速度滤饼阻力滤饼阻力CcVVRrr vAA过滤介质阻力过滤介质阻力emVRr vA v获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，获得单位体积滤液所形成滤饼的体积， m3滤饼滤饼/m3滤液；滤液；2022-

17、5-2038（二）过滤基本方程（二）过滤基本方程滤饼层：滤饼层：1pdVAdR 过滤介质层：过滤介质层：2epdVAdR 12()/()eeeppdVppAAdRRr v VVAr v VV p p1 p2滤液滤液2022-5-20392()edVpAdr v VV 过滤速率过滤速率过滤基本方程过滤基本方程 2pKrv 令令22()edVKAdVV 则则K为过滤系数为过滤系数2022-5-2040三、恒压过滤三、恒压过滤K为常数为常数22()edVKAdVV 200()2VeKVV dVA d 222eVVVKA 恒压过滤方程式恒压过滤方程式（一）滤液体积与过滤时间的关系（一）滤液体积与过滤时

18、间的关系 2pKrv 令令2022-5-204123/,mmAVqAVqee 令令22eqqqK Vo 1V1A2022-5-2042(二二) 过滤常数的测定过滤常数的测定22eqqqK 12eqqqKK q/qeqK2K1斜率 /qq 为直线关系，为直线关系， 其斜率为其斜率为 ，截距为，截距为eqK2K12022-5-2043三、三、过滤设备及操作过滤设备及操作（一）板框过滤机（一）板框过滤机2022-5-2044横穿洗涤法横穿洗涤法 卸渣、清洗、组装卸渣、清洗、组装特点：特点：同部位、不同时间进同部位、不同时间进行不同的操作。行不同的操作。 过滤：过滤： 洗涤：洗涤：滤液排出：明流、暗流滤液排出：明流、暗流洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口2022-5-2045过滤区过滤区吹干区吹干区卸滤渣区卸滤渣区洗涤区洗涤区特点：特点：同时间、不同部位进行不同的操作。同时间、不同部位进行不同的操作。（二）转筒真空过滤机（二）转筒真空过滤机1.结构与操作结构与操作2022-5-2046设转筒的转速设转筒的转速为为N (1/s)操作周期：操作周期：360 转筒总表面积转筒总表面积转