沉淀及过滤学习课程

1、固体固体固体：固体混合物固体：固体混合物固体固体液体：悬浮液液体：悬浮液固体固体气体：含尘气体气体：含尘气体液体液体气体：含雾气体气体：含雾气体液体液体液体：乳浊液液体：乳浊液非均相混合物非均相混合物第1页/共109页第一页，编辑于星期三：八点 九分。二、非均相物系的分离二、非均相物系的分离1 1、非均相物系、非均相物系2 2、分散物质（分散相）、分散物质（分散相）3 3、分散介质（连续相）、分散介质（连续相）4 4、分离的目的：回收物质、净化物质、环保的需要。、分离的目的：回收物质、净化物质、环保的需要。5 5、常用分离方法：重力沉降、离心沉降、过滤。、常用分离方法：重力沉降、离心沉降、过滤

2、。第2页/共109页第二页，编辑于星期三：八点 九分。三、颗粒与流体相对运动所受阻力三、颗粒与流体相对运动所受阻力1 1、相对运动速度不同，流体对颗粒阻力不一样。、相对运动速度不同，流体对颗粒阻力不一样。第3页/共109页第三页，编辑于星期三：八点 九分。2 2、阻力计算、阻力计算：阻力系数（量纲为：阻力系数（量纲为1 1），是流体相对于颗粒运），是流体相对于颗粒运动时的雷诺数的函数。动时的雷诺数的函数。pudRe流体流体- -固体之间作用力固体之间作用力2u22uAFd斯托克斯区斯托克斯区阿仑区阿仑区牛顿区牛顿区第4页/共109页第四页，编辑于星期三：八点 九分。阻力系数阻力系数ReRe关系

3、图关系图第5页/共109页第五页，编辑于星期三：八点 九分。四、非均相分离技术在环境工程中的应四、非均相分离技术在环境工程中的应用用（1 1）含尘气体的净化）含尘气体的净化（2 2）废水中固体颗粒的去除）废水中固体颗粒的去除（3 3）回收可利用的物质）回收可利用的物质（4 4）应用流态化技术加快反应速度）应用流态化技术加快反应速度第6页/共109页第六页，编辑于星期三：八点 九分。1 1、单颗粒、单颗粒（1 1）球形颗粒）球形颗粒体积体积 V= /6 d3 V= /6 d3 表面积表面积 S=d2 S=d2 比表面积比表面积 S/V=6/d S/V=6/d 五、颗粒及颗粒群的物理性质五、颗粒及

4、颗粒群的物理性质第7页/共109页第七页，编辑于星期三：八点 九分。（2 2）非球形颗粒）非球形颗粒体积当量直径体积当量直径de de= de de= 表面积当量直径表面积当量直径des des =des des =比表面积当量直径：比表面积当量直径：形状系数：形状系数： 3P6VPSeeaad6第8页/共109页第八页，编辑于星期三：八点 九分。2 2、颗粒群、颗粒群（1 1）粒子的密度）粒子的密度 真实密度（不包括颗粒之间的空隙），堆积密真实密度（不包括颗粒之间的空隙），堆积密度（表观密度，容积密度）度（表观密度，容积密度）（2 2）粒度分布）粒度分布 在一定量的颗粒群中，用粒度分布来表示

5、不同在一定量的颗粒群中，用粒度分布来表示不同粒径粒子量占颗粒群总粒子量的比例。可用粒度分粒径粒子量占颗粒群总粒子量的比例。可用粒度分布矩阵图来表示（不同尺寸的筛子），或正态分布布矩阵图来表示（不同尺寸的筛子），或正态分布曲线表示（激光式粒度测定仪）。曲线表示（激光式粒度测定仪）。 颗粒的平均粒径计算方法有多种，如算数平均颗粒的平均粒径计算方法有多种，如算数平均粒径、平均比表面积粒径等。粒径、平均比表面积粒径等。 第9页/共109页第九页，编辑于星期三：八点 九分。3 3、颗粒床层、颗粒床层（1 1）床层空隙率）床层空隙率VtVt：颗粒床层体积：颗粒床层体积VsVs：颗粒群的体积：颗粒群的体积（

6、2 2）床层比表面积（单位体积床层的颗粒群所具）床层比表面积（单位体积床层的颗粒群所具有的表面积）有的表面积）ae:ae:颗粒的比表面积，颗粒的比表面积，bb：颗粒群的堆积密度，：颗粒群的堆积密度，ss：颗粒群的真实密度。：颗粒群的真实密度。第10页/共109页第十页，编辑于星期三：八点 九分。（3 3）颗粒床层的特性）颗粒床层的特性床层的自由截面积：由于床层颗粒群内的空隙相连，形成流体可床层的自由截面积：由于床层颗粒群内的空隙相连，形成流体可能通过的通道，工业上，根据应用的需要，常将流体以一定的方式能通过的通道，工业上，根据应用的需要，常将流体以一定的方式和流速流过颗粒床层，这就引申出流体流

7、通面积的物理量。床层的和流速流过颗粒床层，这就引申出流体流通面积的物理量。床层的自由截面积是指床层截面上，流体可以自由流过的面积，即流体流自由截面积是指床层截面上，流体可以自由流过的面积，即流体流通截面积。通截面积。小颗粒床层各向同性：由小粒径和粒子随机乱堆而成的床层另一小颗粒床层各向同性：由小粒径和粒子随机乱堆而成的床层另一个重要特性是床层具备各向同性的特性。重要性质之一是自由截面个重要特性是床层具备各向同性的特性。重要性质之一是自由截面积与床层截面积之比在数量上等于孔隙率。积与床层截面积之比在数量上等于孔隙率。颗粒床层的壁效应：实际上，颗粒床层容器壁面附近颗粒群的空隙率总是颗粒床层的壁效应

8、：实际上，颗粒床层容器壁面附近颗粒群的空隙率总是大于床层内部，则容器壁附近流通的流动阻力较小，所以当流体流过床层时，大于床层内部，则容器壁附近流通的流动阻力较小，所以当流体流过床层时，流体逐渐趋近容器壁，使整个床层流体分布不均匀，这种效应称为壁效应。流体逐渐趋近容器壁，使整个床层流体分布不均匀，这种效应称为壁效应。当床层直径当床层直径D D与颗粒直径与颗粒直径d d之比较小时，壁效应的影响尤为严重。所以，之比较小时，壁效应的影响尤为严重。所以，为了减少壁效应，在设计时从容器尺寸和流体分布上加以考虑。为了减少壁效应，在设计时从容器尺寸和流体分布上加以考虑。第11页/共109页第十一页，编辑于星期

9、三：八点 九分。一、沉降分离的一般原理和类型 相对运动流体：液体气体固体颗粒物液珠重力场离心力场电场惯性力场沉降表面：器底、器壁或其他表面重力沉降离心沉降电沉降惯性沉降扩散沉降第二节 重力沉降及设备 第12页/共109页第十二页，编辑于星期三：八点 九分。沉降过程作用力特 征重力沉降离心沉降电沉降惯性沉降扩散沉降重力离心力电场力惯性力热运动沉降速度小，适用于较大颗粒分离适用于不同大小颗粒的分离带电微细颗粒（0.1m）的分离适用于1020m以上粉尘的分离微细粒子（ t t，则颗粒必将留，则颗粒必将留在降尘室，从而实现了物系的分离（固体颗粒和在降尘室，从而实现了物系的分离（固体颗粒和气体的分离）。

10、气体的分离）。第27页/共109页第二十七页，编辑于星期三：八点 九分。uLttuH颗粒能被分离出的条件是：t tuHuL显然，若处于入口端顶部的直径为dp颗粒能够除掉，则处于其它位置的直径为dp的颗粒都能被除掉，因此上式是气体中直径为dp的颗粒完全被分离下来的条件。计算中dp和ut应按照需分离的最小颗粒的值进行计算。HWLutu第28页/共109页第二十八页，编辑于星期三：八点 九分。 已知气体的体积流量为已知气体的体积流量为q qvs,vs,，求临界粒径求临界粒径d dpcpctuHuLHWquvsWLquvst18)(2gduppt临界速度临界速度WLqgdvsppc)(18临界粒径临界

11、粒径HWLutu第29页/共109页第二十九页，编辑于星期三：八点 九分。WHVus降尘室工作能力：（单位时间降尘室能处理的混合物的量）由代入tuHuL得 uWVtsL 降尘室的工作能力与其高度无关，只与降尘室的底面积（WL）有关.HWLutu第30页/共109页第三十页，编辑于星期三：八点 九分。 降尘室宜设计成扁平状。降尘室宜设计成扁平状。 气态非均相物系在降尘室中的流动以滞流为好，否则由于湍气态非均相物系在降尘室中的流动以滞流为好，否则由于湍流的脉动效果使得沉降在降尘室底面的细小颗粒又被气流卷流的脉动效果使得沉降在降尘室底面的细小颗粒又被气流卷起，降低沉降分离的效率。因此降尘室的高度也不

12、宜太低。起，降低沉降分离的效率。因此降尘室的高度也不宜太低。 经验参考值：多数颗粒的分离可取经验参考值：多数颗粒的分离可取u3m/su3m/s，较易扬起的，较易扬起的尘粒则取尘粒则取u1m/su75m） 初步净化初步净化惯性分离（惯性分离（ 15m ） 折流挡板（通过撞击而分离）折流挡板（通过撞击而分离）离心沉降（离心沉降（110m ） 中等净化中等净化袋式除尘器（袋式除尘器（滤饼阻力时，则变压变速过滤趋向滤饼阻力时，则变压变速过滤趋向于恒压过滤，如线（于恒压过滤，如线（3）所示；当管）所示；当管道阻力道阻力滤饼阻力时，则过滤压力和滤饼阻力时，则过滤压力和过滤速率变化明显，如线（过滤速率变化明

13、显，如线（4）所示）所示。 （3）（4）（5）（2）（1）压力压力速率速率 在工业应用实际中采用哪种操作方式？恒压？恒速？先在工业应用实际中采用哪种操作方式？恒压？恒速？先恒速后恒压？先恒压后恒速？恒速后恒压？先恒压后恒速？ 第82页/共109页第八十二页，编辑于星期三：八点 九分。 e01VVcrpAAddVus crk01 令令，k与滤液性质、悬浮液浓度、温度等有关与滤液性质、悬浮液浓度、温度等有关spkK 12 K称为过滤常数，称为过滤常数，m2/s，与滤液性质、悬浮液浓度、温度，与滤液性质、悬浮液浓度、温度、过滤压力、压缩性指数等因素有关；对一定的悬浮液在恒、过滤压力、压缩性指数等因素

14、有关；对一定的悬浮液在恒压条件下过滤，压力差、滤液粘度、悬浮液浓度、滤饼比阻压条件下过滤，压力差、滤液粘度、悬浮液浓度、滤饼比阻、压缩性指数等为常数，即为常数，那么过滤基本方程为：、压缩性指数等为常数，即为常数，那么过滤基本方程为： e22VVKAddVu 第83页/共109页第八十三页，编辑于星期三：八点 九分。 e22VVKAddVu ee2e2eeV VVVVdVKAd ee020e2 dKAdVVVV e为过滤得到滤液量为过滤得到滤液量Ve所花的时间，它与所花的时间，它与Ve一样是虚拟量（反一样是虚拟量（反映过滤介质阻力的大小），积分上式映过滤介质阻力的大小），积分上式 e22e KA

15、VVe22e KAV 2e22KAVVV 第84页/共109页第八十四页，编辑于星期三：八点 九分。 当过滤介质阻力与滤饼阻力相比较小可以忽略，当过滤介质阻力与滤饼阻力相比较小可以忽略， Le= 0、Ve= 0、e= 0时，时， 22KAV 令令AVq 单位过滤面积上所得到的滤液量，单位过滤面积上所得到的滤液量，m3/m2； AVqee e2e Kqqe2e Kq Kqqq e22过滤介质阻力不可忽略过滤介质阻力不可忽略过滤介质阻力可忽略过滤介质阻力可忽略 Kq 2第85页/共109页第八十五页，编辑于星期三：八点 九分。十、十、 过滤参数的测定过滤参数的测定（1）过滤常数（）过滤常数（Fil

16、tration constant）的测定）的测定 过滤常数与过滤体系、操作条件有关，通常由恒压过滤实验测定过滤常数与过滤体系、操作条件有关，通常由恒压过滤实验测定；其测定方法主要有两种。；其测定方法主要有两种。 微分法微分法： e22VVKAddV e2qqKddq e22qKqKdqd q 用用近似代替近似代替 dqd e22qKqKq 第86页/共109页第八十六页，编辑于星期三：八点 九分。q第87页/共109页第八十七页，编辑于星期三：八点 九分。积分法：积分法： 2e22KAVVV Kqqq e22e21qKqKq 第88页/共109页第八十八页，编辑于星期三：八点 九分。注意：注意

17、： 在实验测定过程中微分法测定的是一定时间段内时间在实验测定过程中微分法测定的是一定时间段内时间、滤液量的变化量，而积分法是测定实验过程中某时刻滤液、滤液量的变化量，而积分法是测定实验过程中某时刻滤液的总量；微分法在理论上做了近似不如积分法准确；的总量；微分法在理论上做了近似不如积分法准确； 在实验过程中要保证最终得到的关系线为直线，也就是过在实验过程中要保证最终得到的关系线为直线，也就是过滤常数恒定，必须注意哪些问题？滤常数恒定，必须注意哪些问题？ 保证保证、r、c、s、p等参数即悬浮液体系、温度、浓度、等参数即悬浮液体系、温度、浓度、过滤方式、过滤介质、过滤压力等在过滤过程中维持恒定；过滤

18、方式、过滤介质、过滤压力等在过滤过程中维持恒定； 过滤常数是在一定过滤压力下测定的，它能否用于其他过滤常数是在一定过滤压力下测定的，它能否用于其他过滤压力的计算呢？过滤压力的计算呢？ 第89页/共109页第八十九页，编辑于星期三：八点 九分。crpKs012 sppcrcrKK 100 若比阻若比阻r与参数与参数c没有变化则没有变化则 sppKK 1 若为不可压缩滤饼则若为不可压缩滤饼则 ppKK 滤饼多具有可压缩性，且实验条件往往与实际操作条件不滤饼多具有可压缩性，且实验条件往往与实际操作条件不同如悬浮液的浓度、温度、压力等等，所以要将实验测定的过同如悬浮液的浓度、温度、压力等等，所以要将实

19、验测定的过滤常数应用于实际生产，必须利用以上各式进行校正；但校正滤常数应用于实际生产，必须利用以上各式进行校正；但校正前必须确定压缩性指数前必须确定压缩性指数s。 第90页/共109页第九十页，编辑于星期三：八点 九分。（2）压缩性指数（）压缩性指数（Compressibility coefficient）的测定）的测定 spkK 12 kpsK2loglog1log 第91页/共109页第九十一页，编辑于星期三：八点 九分。十一、悬浮液、固体量、滤液量及滤渣变量间的关系十一、悬浮液、固体量、滤液量及滤渣变量间的关系悬浮液悬浮液 滤液（，V）湿滤渣（c）湿滤渣（c） 液体 （） 干渣 （p）第

20、92页/共109页第九十二页，编辑于星期三：八点 九分。悬浮液悬浮液 滤液（，V）湿滤渣（c）湿滤渣（c） 液体 （） 干渣 （p）是 C 1 1、湿滤渣（滤饼）密度c11CCpc C: 湿滤渣与干渣质量比第93页/共109页第九十三页，编辑于星期三：八点 九分。悬浮液悬浮液 滤液（，V）湿滤渣（c）湿滤渣（c） 液体 （） 干渣 （p）是 CX X2、干渣质量与滤液体积的比值（w）/ )1 (CXXw 1X：悬浮液中干渣的质量分数 1-CX CX-XCw湿渣质量与滤液体积的比值第94页/共109页第九十四页，编辑于星期三：八点 九分。3、湿渣（滤饼）体积与滤液体积的比值( v )悬浮液悬浮液

21、 滤液（，V）湿滤渣（c）湿滤渣（c） 液体 （） 干渣 （p）是 CX X/ )1 (CXXw 1 1-CX CX-XCw湿渣质量与滤液体积的比值湿渣体积与滤液体积的比值cCwv第95页/共109页第九十五页，编辑于星期三：八点 九分。 板框压滤机（间歇操作）、转筒真空过滤机板框压滤机（间歇操作）、转筒真空过滤机（连续操作）、离心过滤机（连续操作）、离心过滤机1、板框压滤机1）结构： 滤板和滤框交替排列组装滤板和滤框交替排列组装 非洗涤板：一钮板非洗涤板：一钮板 洗涤板洗涤板 ：三钮板：三钮板 框：二钮板框：二钮板 第96页/共109页第九十六页，编辑于星期三：八点 九分。第97页/共109

22、页第九十七页，编辑于星期三：八点 九分。过滤时，用泵把滤浆送进滤框右上角的滤浆通道，滤液过滤时，用泵把滤浆送进滤框右上角的滤浆通道，滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出，穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出，固体颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为固体颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。止。第98页/共109页第九十八页，编辑于星期三：八点 九分。将洗水经洗涤板左上角的洗水进口进入板的两侧表面将洗水经洗涤板左上角的洗水进口进入板的两侧表面的凹槽中，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下的凹槽中，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下角的滤液出口排出；洗涤

23、板下角的滤液出口阀门关闭。角的滤液出口排出；洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。第99页/共109页第九十九页，编辑于星期三：八点 九分。2）操作： 每个循环包括：每个循环包括： 组装、过滤、洗涤、卸渣、整理组装、过滤、洗涤、卸渣、整理3）特点 结构简单、价格低廉、占地面积小、过滤面结构简单、价格低廉、占地面积小、过滤面积大；积大；对物料的适应能力强，可以过滤颗粒细小、黏对物料的适应能力强，可以过滤颗粒细小、黏度较大的滤浆度较大的滤浆间歇操作，生产能力低，劳动强度大，只适用间歇操作，生产能力低，劳动强度大，只适用于小规模生产。于小规模生产。第100页/共109页第一百页，编辑于星期三：八点 九分。2

24、、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机1）特点自动化连续过滤自动化连续过滤适用于处理量大且固体颗粒含量较多的滤浆适用于处理量大且固体颗粒含量较多的滤浆单位体积过滤面积小单位体积过滤面积小过滤压差不超过一个大气压，对于滤饼阻力较大过滤压差不超过一个大气压，对于滤饼阻力较大的物料适用能力较差。的物料适用能力较差。第101页/共109页第一百零一页，编辑于星期三：八点 九分。2）结构 转筒、过滤区、洗涤区、吸干区、吹松卸转筒、过滤区、洗涤区、吸干区、吹松卸渣区渣区滤浆滤浆第102页/共109页第一百零二页，编辑于星期三：八点 九分。3）转筒真空过滤机的生产能力Q Q：过滤机单位时间获得的滤液量：过滤机单位

25、时间获得的滤液量：转筒表面浸入滤浆中的分数：转筒表面浸入滤浆中的分数N N：转筒的转速，：转筒的转速，1/s1/s转筒旋转一周时，经过过滤区的有效过滤转筒旋转一周时，经过过滤区的有效过滤时间为：时间为：0360浸液角度转筒总表面积转筒浸液面积N第103页/共109页第一百零三页，编辑于星期三：八点 九分。转筒旋转一周获得的滤液量为：转筒旋转一周获得的滤液量为：Q/NQ/N单位面积的滤液量为：单位面积的滤液量为：代入过滤速率方程：代入过滤速率方程：解方程可得：解方程可得：忽略过滤介质阻力忽略过滤介质阻力ANQq )()(22NKANQqANQe)(2eeqNKqANQNKAQ第104页/共109页第一百零四页，