第三章 沉降与过滤.ppt

1、第三章 沉降与过滤,教学要求,重点掌握： (1)沉降速度的计算； (2)恒压过滤的基本方程式及计算。 掌握： (1)重力沉降与离心沉降的概念以及适用的范围； (2)降尘室内颗粒分离的条件及降尘室的计算。 了解： (1)均相混合物与非均相混合物的基本概念； (2)旋风分离器及旋液分离器的工作原理； (3)过滤的两种方式以及过滤介质和助滤剂的作用； (4)过滤设备的结构及原理。,第一节 概述,一、 非均相物系的分离 1、 物系的分类 均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。例：混合气体、溶液。 非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，在相界面两侧的物料性质截然不同的物系。

2、例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液 。 分散质（分散相）：处于分散状态的物质 分散介质（连续相）：包围着分散相，处于连续状态的物质,2、分离方法,沉降法：固体颗粒受重力、离心力、惯性力作用而沉降的方法 过滤法：利用气体或液体能通过过滤介质，固体颗粒不能穿过过滤介质的性质进行分离。,3、非均相物系分离的目的,回收分散物质：从结晶母液中回收晶粒 净制分散介质 ：除尘 劳动保护和环境卫生,二、 颗粒与流体相对运动时所受的阻力,1、阻力（曳力） 流体与颗粒之间的相对运动产生的作用力。 产生原因：流体具有黏性。 2、阻力公式 A：颗粒在运动方向上的投影面积 u：颗粒与流体的相对运动速度 ：流体的密度

3、：阻力系数,3、阻力系数,计算公式： = f（Re，s） s：球形度；球形颗粒s = 1 层流区（10-4 Re2 ）： = 24/Re Stokes区 过渡区（ 2 Re500 ）： = 10/Re0.5 Allen区 湍流区（ 500 Re2105）： = 0.44 Newton区 可以通过查P99 图3-2 获得,第二节 重力沉降,沉降：在某种力(重力、离心力)作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。 重力沉降：由于地球引力(重力)作用而发生的沉降过程。 一、 沉降速度 1、自由沉降 单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中充分分散，颗粒之间互不接触、互不碰撞

4、的条件下的沉降。,2、沉降速度推导,将表面光滑、刚性的球形颗粒置于静止的流体中 ，进行受力分析 F g：重力 F b：浮力 F d：阻力 随着颗粒的下降，F d ，加速度，速度 颗粒的沉降分为两个阶段： 加速阶段：较短，可以忽略不计 匀速阶段,沉降速度ut,当加速度为0时，沉降速度最大 层流区（10-4 Re2 ）：ut=gdP2(P-)/18 过渡区（ 2 Re500 ）： 湍流区（ 500 Re2105）：,3、沉降速度计算,采用试差法 假设流型采用对应公式计算ut 校核Re及流型,4、影响沉降因素,颗粒形状： s ， 、ut 器壁效应：颗粒与器壁作用影响， ut 干扰沉降：颗粒体积浓度大

5、，阻力， ut ,二、 降尘室,1、定义：利用重力沉降，从含尘气体中分离出尘粒的设备，是一种预分离器。 2、种类：水平流动型、上升流动型 3、水平流动型降尘室的操作原理 ：,分离条件：,气体在降尘室中的停留时间 颗粒的沉降时间 停留时间= L/u 沉降时间t= H/ut L/u H/ut 降尘室：长L，宽W，高H,4、临界粒径dpc 降尘室能100除去的最小粒径 满足 L/u = H/utc 当含尘气体体积流量为qVs u = qVs /HW utc= qVs /WL,层流区 当qVs一定时， dpc及utc与降尘室的底面积WL成反比，与高度H无关； 当dpc与utc一定时， qVs与底面积成

6、正比，与高度H无关。,5、降尘室的形状 一般采用扁平的几何形状，或在室内加多层水平隔板，构成多层降尘室，能分离粒径更小的颗粒。,6、降尘室的计算 已知气体处理量qVs 、物性数据（、p）要求除去的最小颗粒直径，计算降尘室的底面积WL； 已知降尘室的底面积WL，物性数据、临界粒径dpc，计算气体处理量qVs ； 已知降尘室的底面积WL，物性数据、气体处理量qVs ，计算临界粒径dpc。,三、 悬浮液的沉聚,1、增稠器（沉降槽、澄清器） 利用重力沉降分离悬浮液，并得到澄清液体的设备。 2、结构 3、絮凝剂 能促进细小颗粒絮凝 成较大颗粒，增大沉 降速度。,第三节 离心沉降,1、原理 依靠离心力的作

7、用，使流体中的颗粒产生沉降运动。 2、离心沉降速度 颗粒在离心力场中沉降 时，在径向沉降方向上 所受的作用力有：,离心力 浮力（向中心） 阻力（向中心） 三力达到平衡时 离心沉降速度为,3、离心分离因数Kc 表示离心力与重力之间的相对大小 4、离心沉降设备 旋风分离器 旋液分离器 沉降式离心机,第四节 过滤,基本概念 过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来， 从而实现固、液分离的操作。 滤浆：所处理的悬浮液 过滤介质：所用的多孔物质（当过滤介质是织物时，也称为滤布） 滤液：通过介质孔道的液体 滤饼（滤渣）：被截留的固体颗粒,一、 悬浮液的过滤,1、两种过滤方

8、式 深层过滤：由于悬浮液中的颗粒尺寸比过滤介质孔道直径小，当颗粒随液体进入床层内细长而弯曲的孔道时，靠静电及分子力的作用而附着在孔道壁上，过滤介质床层上面没有滤饼形成。 滤饼过滤： 悬浮液过滤时，液体通过过滤介质 而颗粒沉积在过滤介质表面而形成 滤饼，滤饼层成为有效的过滤介质 。,2、过滤介质,要求：具有适宜的孔径、过滤阻力小，应具有足够的机械强度和耐腐蚀性。 种类： 织物介质：棉、麻、丝、毛、合成纤维 粒状介质：砂、木炭堆积成厚的床层 多孔介质：陶瓷、塑料、金属等烧结而成,3、助滤剂,目的：防止过滤介质孔道堵塞，或降低可压缩滤饼的过滤阻力。 助滤剂：坚硬的粉状或纤维状的固体，能形成疏松结构。

9、 要求：助滤剂应能较好地悬浮于料液中，且颗粒大小合适，助滤剂中不应含有可溶于滤液的物质，以免污染滤液。 常用助滤剂：硅藻土、珍珠岩粉、碳粉和石棉粉等 注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。,4、悬浮液量、固体量、滤液量与滤渣量的关系,（1）湿滤渣密度C的计算 C：湿滤渣与其中所含干渣的质量比，即C kg湿渣与1 kg干渣对应,悬浮液,滤液（密度 、体积V）,湿滤渣（密度 C）,液体,干渣（密度P ）,（2）干渣质量与滤液体积的比值w X：单位质量悬浮液中所含固体的质量，kg固体/ kg悬浮液 w：单位体积滤液所对应的干渣质量 CX：单位质量悬浮液可得湿滤渣质量， kg湿渣/ kg悬浮液 1-CX

10、：单位质量悬浮液可得滤液质量,kg干渣/m3滤液,（3）湿滤渣质量与滤液体积的比值 wC， kg湿渣/ m3滤液 （4）湿滤渣体积与滤液体积的比值v,二、 过滤速率基本方程式,1、概念 过滤速率：单位时间内滤过的滤液体积，m3/s dV/d 过滤速度：单位过滤面积的过滤速率， m/s dV/Ad 过滤的特点：随着过滤的进行，滤饼厚度逐渐增 大，过滤的阻力逐渐增大。,推动力：P=PC+Pm PC：滤饼层压差；P m：过滤介质压差 阻力：滤饼层RC和过滤介质R m,dV/Ad：过滤速度， m/s V：滤液体积，m3 A：过滤面积， m2 ：过滤时间，s pc：滤液通过滤饼的压力降，Pa Vc：滤饼

11、体积， m3 ：滤液的黏度， Pa s r：比例系数，1/m2,只考虑滤饼阻力,滤饼阻力为： 单位过滤面积上形成的滤饼为V c时的滤饼阻力 滤饼的比阻r r： 单位过滤面积上的滤饼为1m3时的滤饼阻力,v：湿滤渣体积与滤液体积之比,过滤介质阻力：获得当量滤液量V e时所形成的滤饼层阻力 过滤阻力 过滤推动力,过滤速度方程 过滤速率方程,三、恒压过滤 1、滤液体积与过滤时间的关系 积分得： 令,令,K：过滤常数，与悬浮液性质、温度及压力差有关,2、过滤常数的确定,通过实验测定不同过滤时间所获得的单位过滤面积的滤液体积q， 作/q q 图， /q 与q之间具有线性关系，斜率为1/K，截距为2q e

12、/K,四、过滤设备,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 1、板框压滤机 1）结构： 滤板和滤框交替排列组装 非洗涤板：一钮板 洗涤板 ：三钮板 框：二钮板,组装顺序：1232123,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，固体颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。,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，最后由非洗涤板下角的滤液出口排出；洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。,2）操作： 每个循环包括： 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、过滤面积大； 对物料的适应能力强，可以过滤颗粒细小、黏度较大的滤浆 间歇操作，生产能力低，劳动强度大，只适用于小规模生产。,2、转筒真空过滤机,1）特点 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 单位体积过滤面积小 过滤压差不超过一个大气压，对于滤饼阻力较大的物料适用能力较差。,2）结构 转筒 过滤区 洗涤区 吸干区 吹松卸渣区,滤浆,3）转筒真空过滤机的生产能力 Q：过滤机单位时间获得的滤液