非均相物系分离PPT

1、关于非均相物系分离第一张，PPT共四十七页，创作于2022年6月 本章学习要求：1本章学习目的 通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特性。2 本章应掌握的内容 a 沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、过程计算。 b 过滤操作的原理、过滤的计算第二张，PPT共四十七页，创作于2022年6月均相混合物：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面（如溶液、混合气体等）。非均相混合物：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（含尘气体、含雾气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液等）。沉降操作：依靠某种力的作用，利用分散物质与分散介质的密度差异

2、，使之发生相对运动而分离的过程。机械分离方法（按流动方式不同）：沉降和过滤。沉降作用力：重力（重力沉降）和惯性离心力（离心沉降）。第三张，PPT共四十七页，创作于2022年6月3.1 概述1 流体对固体颗粒的绕流2 悬浮液的形成含有固体颗粒的液体称为悬浮液。生产中液固分离的目的：得到含液量比较少的固体产品，即低的液体损失率；或得到含固体颗粒比较少的清液，即低的固体损失率。第四张，PPT共四十七页，创作于2022年6月3.2 沉降分离 沉降概述沉降分离是常见的液固分离方法。沉降分离：以颗粒和液体间的密度差为基础的分离方法。 沉降过程自由沉降:颗粒间相互影响可忽略（稀悬浮液初期沉降）干扰沉降:颗粒

3、间相互影响不能忽略（浓悬浮液中期）压缩沉降:颗粒已沉降在一起，靠颗粒自身重量将间隙中的液体挤出，颗粒层压缩（沉降末期）第五张，PPT共四十七页，创作于2022年6月球形颗粒的自由沉降阻力系数影响沉降速度的因素沉降速度的计算重力沉降是利用流体中的固体颗粒受地球吸引力场的作用而发生的沉降过程3.2.1 重力沉降第六张，PPT共四十七页，创作于2022年6月颗粒在流体中受到三个力的作用，如下所示： 曳力Fd质量力Fg 浮力Fb Fg=mg （重力），或Fg=mac（离心力）Fb=mg/p 式中 为曳力系数3.2.1.1 球形颗粒的自由沉降颗粒在沉降过程中的受力分析第七张，PPT共四十七页，创作于20

4、22年6月 根据牛顿第二运动定律，颗粒所受三个力的合力应等于颗粒的质量与加速度的乘积，即将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介质中，若颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒将在流体中降落或由此可得沉降速度第八张，PPT共四十七页，创作于2022年6月 阻力系数根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：滞流区或斯托克斯定律区（10-4Rep2)过渡区或艾仑定律区（ 1Rep103）一般用于粒径小于50m的颗粒第九张，PPT共四十七页，创作于2022年6月湍流区或牛顿定律区（ 103Ret2105）一般用于粒径大于1.5mm的颗粒第十张，PPT共四十七页，创作于2022年6月 影响沉降速度的因素

5、1.颗粒的体积浓度当颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，当颗粒浓度较高时便发生干扰沉降2.器壁效应3.颗粒形状的影响当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽略，否则需加以考虑同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉降快一些。第十一张，PPT共四十七页，创作于2022年6月试差法由于在计算出ut之前Rep的大小未知，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，则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

6、量纲数群，进而便可得ut 沉降速度的计算第十二张，PPT共四十七页，创作于2022年6月（1）工作原理 气体入室减速颗粒的沉降运动&随气体运动沉降运动时间1%）的场合。深层过滤 固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状对滤介质床层内部的过滤操作。深床过滤主要用于净化含固量很少（0.1%）流体，如水净化等。3、饼层过滤与深床过滤第十八张，PPT共四十七页，创作于2022年6月过滤操作示意图过滤操作方式过滤操作分为间歇式与连续式。根据过滤推动力的方式，又有加压过滤、真空过滤和离心过滤4、过滤的操作第十九张，PPT共四十七页，创作于2022年6月3.4.1.1 物料衡算3.4.1 过滤过程计算悬浮

7、液中质量分数与体积分数的关系：V悬：为获得滤液量V并形成厚度为L的滤饼时所消耗的悬浮液总量（m3）；：为滤饼空隙率（m3）；L：滤饼厚度（m）；V：滤液量(m3)；q：通过单位面积的滤液总量(m3/m2)； :悬浮液固体体积分数（m3固体/m3悬浮液）w :悬浮液固体质量分数（Kg固体/Kg悬浮液）；第二十张，PPT共四十七页，创作于2022年6月a: 滤液通道细小曲折，形成不规则的网状结构；b: 随着过滤进行，滤饼厚度不断增加，流动阻力逐渐增大，因而过滤属非稳态操作；C: 细小而密集的颗粒层提供了很大的液固接触面，滤液的流动大都在滞流区。一、滤液的流动3.4.1.2 过滤基本方程1、滤液通过

8、滤饼层流动的特点第二十一张，PPT共四十七页，创作于2022年6月 对于颗粒层不规则的通道可简化为长度为L的一组平行细管，细管长度随滤饼层的厚度而变，细管的当量直径可由床层的孔隙率和颗粒的比表面积来计算。 ：床层的空隙率，m3/m3；a: 颗粒比表面积，m2/m3;2、当量长度的计算第二十二张，PPT共四十七页，创作于2022年6月规定：1、细管的全部流动空间等于床层的空隙容积。2、细管的内表面积等于床层中颗粒的全部表面积。对于滤液通过平行细管的滞流流动，可用泊谡叶方程加以描述： 即 或3、过滤基本方程u1 ：滤液在床层孔道中的流速，m/s;u: 滤液平均流速（按整个床层截面积计算）u1= u

9、 /，m/sL :床层厚度，m；Pc ：压强降，Pa;第二十三张，PPT共四十七页，创作于2022年6月过滤速率过滤速度单位时间获得的滤液体积,m3/s。单位时间通过单位过滤面积上的滤液体积，m/s。若过滤过程中其他因素维持不变，则由于滤饼厚度不断增加过滤速度会逐渐变小。任一瞬间的过滤速率应写成如下形式二、过滤速度与过滤速率第二十四张，PPT共四十七页，创作于2022年6月滤饼阻力过滤介质三、过滤阻力r :滤饼的比阻，1/m2; R :滤饼阻力，1/m第二十五张，PPT共四十七页，创作于2022年6月过滤总过程为方便起见，假设过滤介质对滤液流动的阻力相当于厚度为Le的滤饼层的阻力，即 则上式可

10、写为第二十六张，PPT共四十七页，创作于2022年6月用滤液体积来表示滤饼厚度：v:每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为vm3。则： 同理：四、不可压缩滤饼的过滤基本方程V:滤液体积，m3;Ve:过滤介质的当量体积，（如生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积）,m3: 滤饼体积与相应的滤液体积之比，m3/m3第二十七张，PPT共四十七页，创作于2022年6月考虑滤饼的可压缩性一般情况下s = 0.20.8，不可压缩滤饼s = 0五、可压缩滤饼的过滤基本方程第二十八张，PPT共四十七页，创作于2022年6月 若过滤过程中保持过滤推动力（压差）不变，则称为恒压过滤。对于指定滤浆的恒压过滤，K为常数。

11、 3.4.1.3 恒压过滤令则k :表征过滤物料特性的常数，m4/ N.s； K：滤饼常数，m2/s(由物料特性及过滤压强所决定的常数)0 e 0Vee-+ e VeV+Ve令第二十九张，PPT共四十七页，创作于2022年6月若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为： 则0 e 0Vee-+ e VeV+Ve第三十张，PPT共四十七页，创作于2022年6月若过滤时保持过滤速度不变，则过滤过程为恒速过滤。 若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为： 对恒速过滤，有 或 3.4.1.4 恒速过滤第三十一张，PPT共四十七页，创作于2022年6月恒压下K、qe、e的测定将恒压过滤方程式微分得即在

12、恒压过滤条件下， /q 与 q 的函数关系是以 1/K 为斜率、2qe/K 为截距的直线，实验测得不同过滤时间单位过滤面积的累积滤液量 q，即可由上式回归出 K 和 qe。3.4.1.5 过滤常数的测定第三十二张，PPT共四十七页，创作于2022年6月q0000然后在直角坐标纸上从/q为纵坐标，以q为横坐标进行标绘，可得到一斜率为2/K，截距为2qe/K的直线。求得第三十三张，PPT共四十七页，创作于2022年6月截距2qe / K斜率为1 / K第三十四张，PPT共四十七页，创作于2022年6月压缩性指数s的测定由过滤常数 K 的定义式 lgk与lg(p)的关系在对数坐标纸上标绘时应是直线,

13、直线的斜率为1-s，截距为lg(2k)。由此可得到滤饼的压缩性指数s及物料特性常数k。 第三十五张，PPT共四十七页，创作于2022年6月板框压滤机 板与框的结构如右图所示，四角均开有孔，组装叠合后分别构成滤浆通道、滤液通道和洗涤液通道。 3.4 过滤设备第三十六张，PPT共四十七页，创作于2022年6月滤浆由总管入框框内形成滤饼滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)第三十七张，PPT共四十七页，创作于2022年6月横穿洗涤：洗涤液由总管入板滤布滤饼滤布非洗涤板排出洗涤面积=(1/2)过滤面积洗涤液的行程（包括滤饼和滤布）= 2终了时滤液行程的倍。洗涤速率

14、=1/4过滤终了速率第三十八张，PPT共四十七页，创作于2022年6月第三十九张，PPT共四十七页，创作于2022年6月 叶滤机也是间歇操作设备，具有过滤推动力大、单位地面所容纳的过滤面积大、滤饼洗涤较充分等优点。其生产能力比板框压滤机大，而且机械化程度高，劳动力较省，密闭过滤，操作环境较好。其缺点是构造较复杂、造价较高。 叶滤机是由许多滤叶组成。滤叶为内有金属网的扁平框架，外包滤布，将滤叶装在密闭的机壳内（加压式），为滤浆所浸没。滤浆中液体在压力差作用下穿过滤布进入滤叶内部，成为滤液从其周边引出。过滤完毕，机壳内改充清水，使水循着与滤液相同的路径通过滤饼，进行置换洗涤。 叶滤机第四十张，PP

15、T共四十七页，创作于2022年6月第四十一张，PPT共四十七页，创作于2022年6月3.5 洗涤速率与洗涤时间叶滤机叶滤机洗水与过滤终了时的滤液流过路径基本相同，洗涤面积与过滤面积也相同，所以洗涤速率与过滤速率大致相同洗涤时间第四十二张，PPT共四十七页，创作于2022年6月板框式过滤机洗涤面积=(1/2)过滤面积洗涤速率=1/4过滤终了速率第四十三张，PPT共四十七页，创作于2022年6月3.6 过滤设备生产能力过滤机的生产能力：单位时间的滤液体积或滤渣体积，m3/s1、间歇式过滤机的生产能力一个操作周期的时间：设备生产能力： ：过滤时间；W ：洗涤时间；D ：辅助时间（组装、卸渣及清洗滤布

16、等）第四十四张，PPT共四十七页，创作于2022年6月 助滤剂：改变滤饼结构，使之较为疏松且不被压缩，则可提高过滤与洗涤速率。助滤剂多为刚性较好的多孔性粒状或纤维状材料，如常用的硅藻土、膨胀珍珠岩、纤维素等絮凝剂：使分散的细颗粒凝聚成团从而更容易过滤。絮凝剂有聚合电解质类的如明胶、聚丙烯酰胺等，其长链高分子结构为固体颗粒架桥而成絮团；也有无机电解质类的絮凝剂，其作用为破坏颗粒表面的双电层结构使颗粒依靠范德华力而聚并成团流动或机械搅动：限制滤饼厚度的增长，或者借用离心力使滤饼在带锥度的转鼓中自动移动等动态过滤技术，也可以有效地提高过滤速率增大过滤面积、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。3.4.1.6 提高过滤生产能力的措施第四十五张，PPT