《化工单元操作》课件-项目6：非均相分离与过滤

重力沉降非均相物系分离物系内有相界面存在且界面两侧的物质的性质截然不同。非均相物系分离沉降（重力沉降、离心沉降）过滤沉降与过滤—非均相物系分离分散物质（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；悬浮液中的微粒悬浮液中的连续液体沉降与过滤—非均相物系分离因分散物质与分散介质具有不同的物理性质（如密度、体积等），故可用沉降、过滤和离心分离等机械方法将它们分离。非均相物质分离中的重力沉降分离的目的：回收分散物质——提纯干燥；净化分散介质——保证催化剂的活性；环境保护与安全生产的要求。解决实际问题、学以致用沉降与过滤——重力沉降重力沉降速度自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中互不碰撞、互不影响。利用分散物质本身的重力，使其在分散介质中沉降而分离的操作，称为重力沉降。适用于分离较大的固体颗粒（一）球形颗粒的自由沉降重力场中的颗粒相对于周围流体的运动速度称为颗粒的重力沉降速度。

p

重力Fg阻力Fd浮力Fb（一）球形颗粒的自由沉降

重力沉降速度重力沉降速度

颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)

——阻力系数（曳力系数）

、

——流体特性dp、ut——颗粒特性沉降与过滤——重力沉降固体颗粒在流体中沉降时所受到的流体阻力，当边界层分离发生时，流体的能量损失会导致阻力增加。阻力系数也可按Re值的大小分为层流、过渡流和湍流三个区域来确定。重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降沉降与过滤——重力沉降（1）层流区

10－4<

Re<2Stokes区（2）过渡区<Re<500Allen区（3）湍流区500<Re<2105

Newton区（球形）重力沉降速度（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)试差计算法：假设沉降处于某一区域；计算ut；计算Re，校验区域；若符合，则正确，否则重新假设区域。层流区：过渡区：湍流区：沉降与过滤——重力沉降重力沉降速度（三）沉降速度的计算Stokes(斯托克斯)式艾伦公式牛顿公式沉降与过滤——重力沉降重力沉降速度1.干扰沉降：2.颗粒形状：越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。3.壁效应：使沉降速度下降。（四）影响沉降速度的其它因素解决实际问题、学以致用重力沉降的速度流体中颗粒运动的阻力沉降速度的计算影响沉降速度的其它因素重力沉降设备解决实际问题、学以致用懂原理会操作能优化的学习目的重力沉降设备（一）降尘室降尘室沉降槽降尘室是应用最早的重力沉降设备，用于通过重力沉降将含尘气流中的尘粒分离出来。重力沉降设备——降尘室沉降分离条件W停留时间：沉降时间：分离条件：

重力沉降设备——降尘室生产能力qV——降尘室所处理含尘气体的体积流量W结论：降尘室的生产能力只与沉降面积WL及颗粒沉降速度ut有关，而与高度H无关。若n个隔板，则重力沉降设备——降尘室缺点：清灰难；隔板间距小，颗粒易被扬起。多层降尘室：若n个隔板，则结论：降尘室结构简单，流动阻力小，虽存在体积庞大、分离效率低的不足，也常被用做预除尘使用。临界颗粒直径dpC——降尘室理论上能100%除去的最小颗粒直径。重力沉降设备降尘室沉降槽临界颗粒直径层流重力沉降设备——沉降槽（增稠器）悬浮液的沉聚过程沉降槽也称增浓器或澄清器，是用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液的重力沉降设备。沉降槽（增稠器）连续操作间歇操作重力沉降设备——沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠器）一个具有锥形底的圆槽，悬浮液由进料管进入中心筒，从筒底部流入槽内。稠泥浆：清液由四周溢流而出，颗粒沉积在底部；底流：稠泥浆由缓慢旋转的转耙耙至锥底，用泥浆泵间断排出；沉降槽适用于大流量、低浓度悬浮液的预分离。降尘室的沉降分离条件生产能力临界颗粒直径沉降槽的主要原理小结过滤操作的原理解决实际问题、学以致用懂原理会操作能优化的学习目的

在外力的作用下，使液-固或气-固混合物中的流体通过多孔过滤介质的孔道，其中的固体颗粒被截留，从而实现固体与流体两相分离目的的操作。过滤的概念悬浮液的过滤推动力：压力差、离心力、重力；阻力：滤饼、过滤介质阻力；两种过滤方式滤饼过滤在滤饼形成以后，滤饼产生“架桥现象”，由滤饼继续截留颗粒的过滤操作，这时滤饼实际上起过滤介质的作用，甚至可使得颗粒直径小于孔道的颗粒也能被拦住。滤饼过滤（又称表面过滤）深层过滤常用于分离固相体积分数大于1%的悬浮液。两种过滤方式深层过滤过滤介质表面孔口较大，固体颗粒被截留在过滤介质的内部孔隙中，在过滤介质表面无滤饼生成。起截留颗粒作用的是介质内部的曲折细长通道；介质床层很厚，过滤过程中过滤介质内部通道会逐渐减少和变小；常用于澄清固相体积分数小于0.1%的细颗粒（直径小于5μm）悬浮液，且过滤介质必须定期更换或清洗再生。过滤介质类别过滤介质是滤饼的支撑物，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流体阻力。织物介质：金属网、各种滤布多孔性固体介质：多孔性陶瓷板堆积介质：细沙、活性炭多孔膜：高聚物膜、无机膜滤饼的可压缩性与助滤剂不可压缩滤饼：空隙不随压力变化可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小过滤过程物料衡算湿滤渣密度C——kg湿渣/kg干渣干渣质量与滤液体积之比——kg湿渣/m3滤液X——kg固体/kg悬浮液kg干渣/m3滤液湿渣质量与滤液体积之比干渣质量与滤液体积之比m3滤饼/m3滤液过滤速率基本方程式过滤速率过滤速率：过滤速度：设为层流流动：过滤速率基本方程式孔道中流速与过滤速度的关系过滤速率过滤速度：孔道长度：孔道长度：令——滤饼的比阻过滤速度：滤饼阻力：过滤介质阻力：

v——获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，m3滤饼/m3滤液；若n个隔板，则过滤速率基本方程式过滤基本方程滤饼层：过滤介质层：

p

p1

p2滤液过滤速率：则

令若n个隔板，则恒压过滤滤液体积与过滤时间的关系K为常数：——恒压过滤方程式Vo

1V1A

令恒压过滤过滤常数的测定q

/q

/q～q为直线关系，

其斜率为，截距为小结：过滤原理过滤速率的计算联系生产、学以致用过滤操作的原理解决实际问题、学以致用懂原理会操作能优化的学习目的过滤设备及操作板框过滤机组成：由许多块滤板和滤框交替排列而成；间歇式连续式板、框的角端均开有小孔，装合压紧后即构成供悬浮液或洗涤水流通的孔道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳悬浮液及滤饼的空间。滤板的作用：支撑滤布、提供滤液流出的通道。过滤设备及操作板框过滤机过滤：滤液排出方式明流：滤液经由每块板底部旋塞直接排出；滤饼需要洗涤：横穿洗涤法；卸渣、清洗、组装；特点：同部位、不同时间进行不同的操作。暗流：若各板流出的滤液汇集于总管后送走。便于观察滤液澄清度与流量过滤设备及操作过滤区(1－4)：当浸在悬浮液内的各扇形格同真空管路相连通时，格内为真空。吸干洗涤区(5－10)：当扇形格离开悬浮液时，格内仍与真空管路相连通，滤饼在真空下被吸干。吹、卸滤渣区(11－12)：扇形格同压缩空气管相连通，压缩空气经分配头，从扇形格内部吹向滤饼，使其松动，以便卸饼。结构与操作5111410813212转筒真空过滤机的操作关键：分配