流体输送与非均相分离技术模块三

1、模块三 非均相物系别离技术非均相物系：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同的物系。分散介质（连续相） 物系中包围在分散相粒子的周围，使分散相处 于分散状态，而自身相对处于连续状态的物质。（量多）分散物质（分散相） 物系中处于相对分散状态的物质。（量少）气态非均相气液（雾沫液：雾）气固（含尘气流）连续相为气相的为：液态非均相液固（悬浮液：泥浆水）液液（乳浊液：油和水）液气（泡沫：汽水）连续相为液相的为：分离的方法：沉降：依据连续相和分散相的密度差异，在重力场或离心力场中对非均相物系进行别离的操作；重力沉降离心沉降惯性分离沉降过滤：借助重力、压力或离心力使混合物通过某介质，

2、使液相与固相截留于介质两侧而到达别离的目的。主要用于别离液态非均相物系。重力过滤压差过滤离心过滤过滤湿法别离：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗粒溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力沉降别离。静电别离：使含有悬浮尘粒或雾滴的气体通过金属电极间的高压直流静电场，气体电离产生离子附着于悬浮尘粒或雾滴上而使之荷电。荷电的尘粒、雾滴在电场力的作用下至电极后发生中和而恢复中性从而到达别离。文氏涤气器泡沫除尘器典型设备静电别离文氏涤气器化工生产中常见非均相物系与对应的别离方法及设备名称连续相分散相分离方法分离设备悬浮液液体固体先沉降后过滤，过滤，离心分离沉降器，过滤机，离心机乳浊液液体液体沉降

3、，离心分离沉降器，旋液分离器气-固（尘、烟）气体固体沉降，过滤，离心分离，静电分离降尘室，袋滤器，旋风分离器，电除尘器气-液（雾）气体液体沉降，离心分离，静电分离沉降器，旋风分离器，电除尘器任务一 认识非均相物系的别离设备一、沉降设备1. 连续沉降槽 料浆从中央进料口送入液面下0.31.0m处，以小扰动迅速分散到整个横截面上，颗粒下沉，从等浓区 变浓区沉聚区；在槽底缓慢转动的耙把浓浆中的液体挤出去，并把沉渣聚拢到锥底的中央排渣口，以“底流排出。清液向上流动，即使夹带粒子，颗粒在澄清区还是有时机再沉降，使“溢流的澄清液体保持清洁。工作原理 注意：1进料不能直接往槽内，必须有缓冲装置，以防正在沉降

4、的粒子重新卷起；2转耙的转速不能快，否那么会起搅拌作用。2. 多层隔板降尘室3. 降尘气道二、过滤设备1. 板框压滤机框板结构：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装 1060块不等，过滤面积约为280m2 板有过滤板与洗涤板之分，板、框、洗涤板上分别标有1、2、3钮，组装时板框排列为1，2，3，2，1，2等操作原理：不锈钢板框压滤机特点：板框压滤机的优点是结构简单，制造容易，设备紧凑，过滤面积大而占地小，操作压强高，滤饼含水少，对各种物料的适应能力强。它的缺点是间歇手工操作，劳动强度大，生产效率低 2. 转筒真空过滤机转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/22滤布-蒙在筒外壁上。

5、分配头-转动盘、固定盘 构造：过滤、洗涤、吹松、刮渣一个操作循环：属连续式特点：立式芯式过滤器3. 叶滤机4. 袋式过滤器5. 离心机 操作时,在转鼓中参加待过滤的悬浮液,在离心力的作用下,滤液透过滤布和转鼓上的小孔进入外壳,然后再引至出口,固体那么被截留在滤布上成为滤饼。1三足式离心机此视频来自东方仿真2卧式刮刀卸料式离心机此视频来自东方仿真3下部手动刮刀卸料式离心机1. 旋风别离器三、其他别离设备2. 静电除尘器 3.湍球塔除尘器4.文丘里除尘器任务二 非均相物系别离技术知识准备一、沉降一沉降原理 分散相颗粒和连续相流体发生相对运动而实现别离操作过程 。在重力场中的沉降为重力沉降；在离心力

6、场中的沉降为离心沉降。二重力作用下的沉降速度1. 前提条件1颗粒是球形的；2忽略加速沉降阶段；3忽略颗粒间及容器壁的干扰。2. 颗粒的自由沉降速度1颗粒在流体中降落时受力情况:据牛顿第二定律:即 F=ma 即Fg Fd - Fb= ma重力Fg阻力Fd浮力Fb沉降颗粒受力图2沉降速度根本计算式3 阻力系数 =f(Ret)连续相的粘度，Pas。Ret=dput连续相的密度，kg/m3;工程上所处理的重相颗粒往往并非球形颗粒。对非球形颗粒的自由沉降过程，阻力系数不仅与Ret有关，同时还与颗粒的球形度s有关。s=与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面积实际颗粒的表面积滞流区或斯托克斯定律区10-4Ret

7、1)过渡区或艾仑定律区 1Ret103湍流区或牛顿定律区 103Ret2105几种s值下的阻力系数与雷诺数Ret的关系曲线如图P189图-22所示。根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：1.滞流区(斯托克斯定律区) 10-4Ret12.过渡区(艾伦定律区) 1Ret1033.湍流区(牛顿定律区) 103Ret2105微粒与流体相对运动的阻力系数，与雷诺数及颗粒形状有关，由 实验测定，图3-2将阻力系数的计算式代入，得到不同颗粒雷诺数范围内ut的计算式：滞流区(Ret1)思托克斯公式过渡区阿伦公式湍流区(103Ret)牛顿公式4 沉降速度的计算试差法由于在计算出ut之前Ret的大小未知

8、，因此要通过试差确定应该选取的计算公式。即：先假设沉降属于某一流型，那么可直接选用与该流型相应的沉降速度公式计算，然后按求出的ut检验Ret值是否在原假设的流型范围内。摩擦数群法该法是将与雷诺数的关系曲线加以转换，使其两个坐标轴之一变成不包含ut的无量纲数群，进而便可得ut。例3-1:有一玉米淀粉水悬浮液，温度20，淀粉颗粒平均直径为15m，淀粉颗粒吸水后的密度为1020kg/m3，试求颗粒的沉降速度。:dp=15m=1510-6m，p=1020kg/m3，查出20水的密度为998.2 kg/m3, =1.00510-3 Pa.S，将各值代入上式得：检验Rep值：计算结果说明，与原假设相符，故

9、算得的ut=2.6610-6m/s正确。解：设沉降在滞流区进行，故可用思托克斯式计算，即： 3. 沉降器的生产能力与沉降面积 沉降器的生产能力：单位时间产生的清液体积：1沉降器的生产能力2沉降器的面积计算粒子的沉降时间清液的停留时间颗粒在沉降器中沉降的必要条件：那么有：1。过滤过程与原理原理：利用粒子在介质中透过性的差异来别离二、过滤一过滤根本概念2。过滤介质过滤介质的要求： *多孔性、阻力小； 化学稳定性好，足夠的机械强度。工业上常用的过滤介质： *织物状：滤纸、滤布、金属丝网等 固体多孔：滤块、滤板、滤管等 粒状：固体颗粒堆积而成。选用考虑的因素：1固粒含量；2粒径大小；3目的产物。目数孔

10、径（微米）目数孔径（微米）目数孔径（微米）目数孔径（微米）2.57925121397602453254735880141165652204253344599169918019850025539622083310016562520633272470111015080015727942758918083125010823623249520074250059198135417250613250210165140350270531250013。过滤方法适用于固粒浓度高，粒径不大100200微米的悬浮液适用于固粒含量非常少小于0.1%的悬浮液适用于粒径较大、固粒含量不高、固粒易变形的悬浮液4。过滤推动力

11、及过滤阻力5滤饼的性质：堆积密度、空隙率、可压缩性；不可压缩滤饼：颗粒为刚性，滤饼内部空隙结构不变形，单位厚度床层阻力恒定。可压缩滤饼：颗粒形状和颗粒间的空隙随过滤进行而变化，单位厚度滤饼的流动阻力逐渐增大。液柱压力介质两侧的压力差离心力推动力饼层阻力介质阻力阻力6。助滤剂作用：1在可压缩滤饼中起支撑作用 2在介质上首先架桥用法：1加在悬浮液中 2均匀涂在介质外表常用助滤剂：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等假设过滤过程中其他因素维持不变，那么由于滤饼厚度不断增加过滤速度会逐渐变小。任一瞬间的过滤速度应写成如下形式:二过滤的根本方程式过滤速率：单位时间获得的滤液体积V 经过滤操作所获得的滤液体积

12、，m3; t 过滤时间；p 饼层两端的压力差，Pa; A 过滤介质的总有效面积，m2; r 滤饼的比阻，1/m2; 滤液的粘度，Pas; 1m3的滤液在介质上截留的滤饼体积；Ve 在介质上截留厚度为Le的滤饼所得滤液的体积；Le 与介质具有相同流动阻力的滤饼层厚度，即介质的当量滤饼厚度或 虚拟滤饼厚度，m。过滤速度：单位过滤面积上的过滤速率V 经过滤操作所获得的滤液体积，m3; t 过滤时间；p 饼层两端的压力差，Pa; A 过滤介质的总有效面积，m2; r 滤饼的比阻，1/m2; 滤液的粘度，Pas; 1m3的滤液在介质上截留的滤饼体积；Ve 在介质上截留厚度为Le的滤饼所得滤液的体积；Le

13、 与介质具有相同流动阻力的滤饼层厚度，即介质的当量滤饼厚度或 虚拟滤饼厚度，m。1.恒压过滤方程 中k为过滤常数，m2/s上式可变为该式为恒压过滤过程的瞬时滤液流量计算式。恒压过滤时，P保持恒定。对于一定的悬浮液，若滤饼不可压缩，则、r、Ve、A均为定值。则式当介质阻力与滤饼阻力相比可忽略时，式中的Ve可略去，故可改写为积分得：表达了恒压过滤过程中过滤时间与所获滤液体积间的定量关系。假设令K2k，K仍称为过滤常数，那么令则恒压过滤方程表达了过滤时间t与单位过滤介质面积上所获滤液体积q(m3/m2)之间的关系。恒压过滤，可压缩性滤饼，滤饼的可压缩性会影响到K、Ve 或qe的值。但在一定的过滤条件

14、下，它们均为常数并可由实验测定。因此，上述方程也可用于可压缩性滤饼的计算。当介质阻力与滤饼阻力相比可忽略时，前式中的Ve 或qe均可略去，则有2. 过滤方程应用K、 Ve 、qe的测定在恒压过滤基本方程中出现的K、 Ve 、qe，是进行过滤工艺计算必须确定的参数。当过滤操作条件及悬浮液的性质一定时，它们均为常数并可借助实验测定。根据式，只要在恒压差条件下测出过滤中的任意两个时刻的t1、t2以前所获滤液体积V1、V2，即可建立方程组解之，可估算出K、 Ve 或qe的值。 在恒压过滤时,/q与q呈直线关系，直线的斜 率为1/K，截距为 2qe/K。由此可知，只要测出不同过滤时间时单位过滤面积所得的

15、滤液量，即可由上式求得K和qe。在实验室里测定过滤常数时，为减小测定误差往往需测得多组tV数据，并由转化为tq数据，然后借助解析法即可求出K和qe。为保证测出的K、 Ve 或qe有足够的可信度，以便用于工业过滤装置，实验条件必须尽可能与工业条件相吻合，要求采用相同的悬浮液、相同的介质、相同的操作温度和压力差。例 在100kN/的恒压下过虑某悬浮液 ，温度30，过虑面积为40，并虑渣的比阻为11014m-2，值为0.05m3/m3。过虑介质阻力忽略不计，虑渣为不可压缩，试求：要获得10 m3滤液需要多长时间？假设仅将过滤时间延长1倍，又可再获得多少m3滤液？假设仅将过滤压差增加1倍，同样获得10

16、 m3滤液时又需要多长时间？解:过滤介质阻力可忽略，虑渣为不可压缩的恒压过滤方程为 V2=KA2t:V=10 m3，A=40而p=100103N/,r=11014m-2, =0.05m3/ m3,并查水(虑渣)的温度为30时,其=0.8007cP=0.800710-3Pa.s，那么 K=2105/0.800710-3110140.05 =4.99610-5(/s), 所以 t=V2/KA2=102/4.99610-5402=1251(s) =20.85(min)(3)求过滤压差增加1倍，获得10m3滤液所需时间： K=2K=24.996 10-5(/s) 代入上式得 t=V2/KA2 =102/24.99640210-5=625.5(s) 即过滤时间减为原来的一半。(2)过滤时间延长1倍的增加的滤液量. 2t=21251=2502(s) 而A=40 (m2) V2 =KA2 t=199.999872 V =14.14(m3) V=14.14-10=4.14(m3)增大过滤面积、提高转速、缩短辅助操作时间、改善过滤特性以提高过滤和洗涤速率。三提高过滤生产能力