第3章 沉降与过滤精选文档.ppt

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1、第3章 沉降与过滤本讲稿第一页，共四十一页第一节第一节 概概 述述一、非均相物系的分离一、非均相物系的分离 混合物混合物均匀混合物（均相物系）均匀混合物（均相物系）例：水例：水与乙醇与乙醇 不均匀混合物（非均相物系）不均匀混合物（非均相物系）例：气溶胶，例：气溶胶，悬浮液，乳浊液其中，固体颗粒称为分散相，悬浮液，乳浊液其中，固体颗粒称为分散相，气、液相称为连续相或分散介质。气、液相称为连续相或分散介质。分离方法分离方法 均相物系均相物系蒸馏、吸收、萃取、结晶等蒸馏、吸收、萃取、结晶等 非均相物系非均相物系沉降、过滤、膜分离等沉降、过滤、膜分离等本讲稿第二页，共四十一页二、学习内容二、学习内容

2、沉降沉降重力沉降、离心沉降重力沉降、离心沉降 过滤过滤压力过滤压力过滤三、学习目的三、学习目的 掌握几种操作的原理及应用计算掌握几种操作的原理及应用计算 了解理论的建立过程及几种典型设备了解理论的建立过程及几种典型设备本讲稿第三页，共四十一页自来水厂水的净化分三步，第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大；第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。自来水厂的主要流程自来水厂的主要流程本讲稿第四页，共四十一页第二节第二节 沉沉 降降一、重力沉降一、重力沉降1、球形颗粒在流体中的自由沉降、球形颗粒在流体中的

3、自由沉降 自由沉降：当颗粒在流体中只受重力和浮力，不受其它自由沉降：当颗粒在流体中只受重力和浮力，不受其它因素影响而发生沉降时，称为自由沉降。因素影响而发生沉降时，称为自由沉降。颗粒受力：重力、浮力和阻力。颗粒受力：重力、浮力和阻力。设颗粒从静止开始运动，沉降时，阻力方向与运动方设颗粒从静止开始运动，沉降时，阻力方向与运动方向相反向相反本讲稿第五页，共四十一页本讲稿第六页，共四十一页颗粒在运动过程中，颗粒在运动过程中，F Fb bF Fd dmgmg本讲稿第七页，共四十一页2 2、沉降速度计算、沉降速度计算、沉降速度计算、沉降速度计算(1)层层 流流 区区，斯斯 托托 克克 斯定律斯定律(2)

4、过渡区，阿仑定律过渡区，阿仑定律（3）湍流区，牛顿定律湍流区，牛顿定律计算时，采用试差法：计算时，采用试差法：步骤：假设流型步骤：假设流型采用对应公式计算采用对应公式计算校核校核 及流型及流型Re本讲稿第八页，共四十一页3 3、重力沉降的具体应用，降尘室、重力沉降的具体应用，降尘室、重力沉降的具体应用，降尘室、重力沉降的具体应用，降尘室分离条件：从入口到出口的停留时间大于等于沉降时间分离条件：从入口到出口的停留时间大于等于沉降时间本讲稿第九页，共四十一页应用计算：应用计算：（1）颗粒粒径一定时，求最大处理量）颗粒粒径一定时，求最大处理量（2）处理量一定时，求最小分离粒径（临界粒径）处理量一定时

5、，求最小分离粒径（临界粒径）本讲稿第十页，共四十一页沉降除尘室动画 本讲稿第十一页，共四十一页烟道除尘动画 本讲稿第十二页，共四十一页湍球塔除尘动画 本讲稿第十三页，共四十一页本讲稿第十四页，共四十一页【例例3-2】某某除除尘尘室室高高2m2m、宽宽2m2m、长长5m5m，用用于于矿矿石石焙焙烧烧炉炉的的炉炉气气除除尘尘。矿矿尘尘的的密密度度为为4500kg4500kgm-3，其其形形状状近近于于圆圆球球。操操作作条条件件下下气气体体流流量量为为 ，气气体体密密度度为为 、粘粘度度为为3 310 -5-5 P Pa as s。试求理论上能完全除去的最小矿粒直径。试求理论上能完全除去的最小矿粒直

6、径。解：由公式可知，降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降速度为：解：由公式可知，降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降速度为：假定在层流区，得：假定在层流区，得：25000m3。h-10.6kg0.6kg m m3 3本讲稿第十五页，共四十一页 证明不在层流区。再假定在过渡区，得：证明不在层流区。再假定在过渡区，得：校验校验Re=1.14Re=1.141 1，假设成立，假设成立本讲稿第十六页，共四十一页广州水厂全貌 图中兰色粗管是来自珠江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉降池。本讲稿第十七页，共四十一页 这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。水厂沉降池 本讲稿第十八

7、页，共四十一页二、离心沉降二、离心沉降二、离心沉降二、离心沉降1、离心沉降原理及离心分离因数、离心沉降原理及离心分离因数惯性惯性依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫作离心沉降。依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫作离心沉降。如如果果颗颗粒粒呈呈球球状状，其其密密度度为为p p 、直直径径为为 ，流流体体的的密密度度为为 ，颗颗粒粒与与中中心心轴轴的的距距离离为为R R，切切向向速速度度为为 ，则则颗颗粒粒在在径径向向上上受受到到的三个作用力分别为：的三个作用力分别为：惯性离心力惯性离心力向心力向心力阻力阻力 d dp p u ur r本讲稿第十九页，共四十一页 若若此此三三力力能能够够达达

8、于于平平衡衡，平平衡衡时时颗颗粒粒在在径径向向上上相相对对于于流流体体的的速速度度便便是是它它在在此此位位置置上上的的离离心心沉沉降降速速度度，解解得得离离心心沉沉降降速度为：速度为：在离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属在离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于层流，阻力系数也符合斯托克斯定律：于层流，阻力系数也符合斯托克斯定律：本讲稿第二十页，共四十一页离心分离因数：离心分离因数：3 3、离心沉降的应用、离心沉降的应用旋风分离器旋风分离器本讲稿第二十一页，共四十一页旋风分离器动画 本讲稿第二十二页，共四十一页文丘里除尘器动画 本讲稿第二十三页，共四十一页静电除尘器动画 本讲稿第二十四页，

9、共四十一页例例3-33-3：速溶咖啡粉（比重：速溶咖啡粉（比重1.051.05）的直径为）的直径为60m60m，被被250250热空气带入旋风分离器中，进入时切线速度热空气带入旋风分离器中，进入时切线速度为为20m/s20m/s，在器内的旋转半径为，在器内的旋转半径为0.5m0.5m。求其径向沉降。求其径向沉降速度。同样大小的颗粒在同温度的静止空气中沉降速度。同样大小的颗粒在同温度的静止空气中沉降时，其沉降速度应为多少？（设沉降处于层流区）时，其沉降速度应为多少？（设沉降处于层流区）本讲稿第二十五页，共四十一页本讲稿第二十六页，共四十一页第三节第三节 过过 滤滤一、过滤基本概念一、过滤基本概念

10、悬浮液（滤浆）悬浮液（滤浆）多孔介质多孔介质滤液（液体）滤液（液体）滤渣（滤饼）滤渣（滤饼）工业常用过滤方法：深层过滤、滤饼过滤工业常用过滤方法：深层过滤、滤饼过滤滤饼过滤过滤介质过滤介质深层过滤深层过滤滤液滤液本讲稿第二十七页，共四十一页二、过滤基本理论二、过滤基本理论二、过滤基本理论二、过滤基本理论1、过滤速率与过滤速度、过滤速率与过滤速度过滤速率：单位时间内过滤面积过滤速率：单位时间内过滤面积A上获得的滤液体积上获得的滤液体积过滤速度：单位时间单位过滤面积上获得滤液过滤速度：单位时间单位过滤面积上获得滤液体积体积2、滤液通过滤饼层的流动、滤液通过滤饼层的流动（过滤过程分析）（过滤过程分析

11、）1122滤液在管内层流，则在滤液在管内层流，则在1-1，2-2截面截面之间存在阻力之间存在阻力存在压力降存在压力降P本讲稿第二十八页，共四十一页本讲稿第二十九页，共四十一页本讲稿第三十页，共四十一页3、过滤速率方程、过滤速率方程三、恒压过滤三、恒压过滤过滤过滤恒压过滤，压力为定值，速率减慢；恒速恒压过滤，压力为定值，速率减慢；恒速 过滤，速率恒定，增大压力过滤，速率恒定，增大压力 1、恒压过滤速率方程、恒压过滤速率方程本讲稿第三十一页，共四十一页或2、过滤常数的测定、过滤常数的测定t/qt/q2q2qe e/K/Kq qtga=1/Ktga=1/K本讲稿第三十二页，共四十一页本讲稿第三十三页

12、，共四十一页解解：（1 1）求求过过滤滤时时间间。过过滤滤介介质质阻阻力力可可以以忽忽略略不不计计，滤滤渣为不可压缩的恒压过滤方程为：渣为不可压缩的恒压过滤方程为：V V2 2+2VV+2VVe e=KA=KA2 2t t介质阻力忽略，即介质阻力忽略，即Ve0 V=KA2tp=100103kpa A=40m2 V=10m3x=0.05kg/mx=0.05kg/m3 3 3030水水=0.8007=0.800710-3Pasr=1r=11014m/Kg本讲稿第三十四页，共四十一页本讲稿第三十五页，共四十一页板框过滤机动画 本讲稿第三十六页，共四十一页这是一台等待出厂的板框过滤机产品。板框过滤机本讲稿第三十七页，共四十一页加压叶滤机动画 本讲稿第三十八页，共四十一页转筒真空过滤机动画 本讲稿第三十九页，共四十一页连续沉降槽动画本讲稿第四十页，共四十一页袋式过滤器动画本讲稿第四十一页，共四十一页