03 沉降与过滤(精品).ppt

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1、第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤第一节第一节 概述概述混合物混合物分类分类均相物系均相物系非均相物系非均相物系非均相物系非均相物系：有明显相界：有明显相界面；不同相间有明显的物面；不同相间有明显的物理化学性质差异。理化学性质差异。泡沫液（气泡沫液（气液混合物）液混合物）乳浊液（液乳浊液（液液混合物）液混合物）悬浮液（固悬浮液（固液混合物）液混合物）含尘气体含尘气体含雾气体含雾气体含气气体？含气气体？分散物质（分散相）：处于分散状态的物质分散物质（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分散介质（连续相）：处于连续状态的物质机械机械分离分离重力沉降重力沉降离心沉降离心

2、沉降沉降沉降过滤过滤重力过滤重力过滤加压过滤加压过滤真空过滤真空过滤离心过滤离心过滤目的目的回收有价值的回收有价值的分散物质分散物质净化分散介质净化分散介质以满足生产工以满足生产工艺要求艺要求环境保护和安环境保护和安全生产全生产 机机械械分分离离：即即利利用用非非均均相相混混合合物物中中两两相相的的物物理理性性质质（如如密密度度、颗颗粒粒尺尺寸寸等等）的的差差异异，施施加加外外力力使使两相之间发生相对运动而使其分离。两相之间发生相对运动而使其分离。第二节第二节 重力沉降重力沉降一、一、重力沉降速度重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降（一）球形颗粒的自由沉降p重力重力Fg浮力浮力Fb阻力阻力Fd

3、自由沉降自由沉降：颗粒浓度低，分散好，颗粒浓度低，分散好，沉降过程中互不碰撞、互不影响。沉降过程中互不碰撞、互不影响。颗粒下沉颗粒下沉沉降操作：在外力场作用下，利用分散沉降操作：在外力场作用下，利用分散相与连续相间的相与连续相间的密度差异密度差异，使之发生相对运动，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。而实现分离的操作过程。阻力系数阻力系数分析颗粒运动情况：分析颗粒运动情况：加速度最大加速度最大阻力阻力加速度加速度加速度加速度=0=0加速段加速段匀速段匀速段重力沉降速度重力沉降速度:颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对 于流体的运动速度。于流体的运动速度。（二）流体

4、中颗粒运动的阻力（曳力）（二）流体中颗粒运动的阻力（曳力）、流体特性流体特性dp、ut颗粒特性颗粒特性（1）层流区）层流区 104 Re 2 Stokes 区区 （2）过渡区）过渡区 2 Re 500 Allen 区区 （3）湍流区）湍流区 500 Re 2 105 Newton区区（球形）（球形）（三）（三）沉降速度的计算沉降速度的计算层流区：层流区：Stokes(斯托克斯斯托克斯)式式过渡区：过渡区：湍流区：湍流区：ut和和Re都未知都未知需用试差计算法：需用试差计算法：假设沉降处于某一区域；假设沉降处于某一区域；计算计算ut；计算计算Re，校验区域；，校验区域；若符合，则正确，否则重新假

5、设区域。若符合，则正确，否则重新假设区域。（四）影响沉降速度的其它因素（四）影响沉降速度的其它因素1.干扰沉降干扰沉降2.颗粒形状颗粒形状 越小，阻力越大，越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。相同时沉降速度越小。3.壁效应壁效应 使沉降速度下降。使沉降速度下降。二、二、重力沉降设备重力沉降设备（一）含尘气体的沉降（一）含尘气体的沉降降尘室降尘室1.沉降分离条件沉降分离条件停留时间：停留时间：沉降时间：沉降时间：分离条件：分离条件：Wut2.生产能力生产能力qV降尘室所处理含尘气体的体积流量降尘室所处理含尘气体的体积流量结论结论：降尘室的生产能力只与沉降面积降尘室的生产能力只与沉降面积WL及

6、颗粒及颗粒 沉降速度沉降速度ut有关，而与高度有关，而与高度H无关。无关。多层降尘室（课下看）：多层降尘室（课下看）：若若n个隔板，则个隔板，则缺点：缺点：清灰难；清灰难；隔板间距小，隔板间距小，颗粒易被扬起。颗粒易被扬起。3.临界颗粒直径临界颗粒直径临界颗粒直径临界颗粒直径dpc降尘室降尘室理论上理论上能能100%除去的除去的 最小颗粒直径。最小颗粒直径。层流层流（二）悬浮液的沉降（二）悬浮液的沉降沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠器）第三节第三节 离心沉降离心沉降一、离心沉降速度一、离心沉降速度（一）沉降过程（一）沉降过程切向速度切向速度 u径向速度径向速度 ur合成合成u合合 合合离心力：离心

7、力：径向向外径向向外 浮力：浮力：（向心力）（向心力）指向中心指向中心阻力：阻力：指向中心指向中心 受力平衡时，受力平衡时，径向速度径向速度ur为该点的为该点的离心沉降速度离心沉降速度。受力平衡时，受力平衡时，径向速度径向速度ur为该点的为该点的离心沉降速度离心沉降速度。重力沉降速度重力沉降速度ut离心沉降速度离心沉降速度ur方向方向 向下，大小不变向下，大小不变 径向向外，随径向向外，随r变化变化 层流层流（二）离心分离因数（二）离心分离因数离心分离因数离心分离因数KC同一颗粒在同种介质中所受离心同一颗粒在同种介质中所受离心力与重力之比。力与重力之比。二、二、离心沉降设备离心沉降设备（一）含

8、尘气的沉降（一）含尘气的沉降旋风分离器旋风分离器1.结构与工作原理结构与工作原理 KC为为52500，可分离，可分离气体中气体中575 m的的颗粒。颗粒。2.临界颗粒直径临界颗粒直径假设：假设：切向速度切向速度u=进口速度进口速度ui 颗粒沉降的最大距离颗粒沉降的最大距离b 层流层流rm平均旋转半径平均旋转半径n旋转圈数旋转圈数沉降时间：沉降时间：停留时间：停留时间：沉降分离条件：沉降分离条件：沉降速度：沉降速度：临界颗粒直径：临界颗粒直径：讨论：讨论：（2）b dpc D 旋风分离器越大，分离效果越不好旋风分离器越大，分离效果越不好所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分所以生产能力较大时，

9、一般采用多个小旋风分离器并联。离器并联。（1）ui dc 分离效果好分离效果好流动阻力大流动阻力大3.气体通过旋风分离器的压力降气体通过旋风分离器的压力降一般一般 p=0.32 kPa 进、排气与筒壁之间的摩擦损失；进、排气与筒壁之间的摩擦损失；进入时突然扩大的局部阻力；进入时突然扩大的局部阻力；旋转中动能损失旋转中动能损失造成气体压力降：造成气体压力降：由于由于:(二二)悬浮液的沉降悬浮液的沉降旋液分离器旋液分离器(三三)沉降式离心机（沉降式离心机（5 5分钟自学）分钟自学）1.管式离心机管式离心机2.碟式离心机碟式离心机3.螺旋式离心机螺旋式离心机作业：作业：第第116页页3-3第四节第四

10、节 过过 滤滤一、悬浮液的过滤一、悬浮液的过滤推动力：压力差，离心力，重力推动力：压力差，离心力，重力阻阻 力：滤饼、过滤介质阻力力：滤饼、过滤介质阻力 过过滤滤是是在在外外力力作作用用下下，使使悬悬浮浮液液中中的的液液体体通通过过多多孔孔介介质质的的孔孔道道，而而固固体体颗颗粒粒被被截截留留在在介介质上，从而实现固、液分离的操作。质上，从而实现固、液分离的操作。（一）两种过滤方式（一）两种过滤方式1.滤饼过滤滤饼过滤2.深层过滤深层过滤（二）过滤介质（二）过滤介质类别：类别：织物介质织物介质 多孔性固体介质多孔性固体介质 堆积介质堆积介质 多孔膜多孔膜：高聚物膜、无机膜高聚物膜、无机膜（三）

11、滤饼的可压缩性与助滤剂（三）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可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小 加助滤剂加助滤剂助滤剂：助滤剂：要求：刚性颗粒；化学稳定性；不可压缩性要求：刚性颗粒；化学稳定性；不可压缩性常用：不可压缩的粉状或纤维状固体如硅藻常用：不可压缩的粉状或纤维状固体如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。土、纤维粉末、活性炭、石棉。使用：可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一使用：可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。起过滤。（四）过滤过程物料衡算（四）过滤过程物料衡算悬浮液悬浮液滤液，密度滤液，密度，体积，体积V

12、湿滤渣，湿滤渣，密度密度c液体液体干渣，密度干渣，密度p（1）湿滤渣密度）湿滤渣密度Ckg湿渣湿渣/kg干渣干渣（2）干渣质量与滤液体积之比）干渣质量与滤液体积之比Xkg固体固体/kg悬浮液悬浮液kg干渣干渣/m3滤液滤液CX(kg湿渣湿渣/kg干渣干渣kg)*(kg干渣干渣/kg悬浮液悬浮液)=kg湿渣湿渣/kg悬浮液悬浮液（3）湿渣质量与滤液体积之比）湿渣质量与滤液体积之比（4）湿渣体积与滤液体积之比）湿渣体积与滤液体积之比m3滤饼滤饼/m3滤液滤液(kg干渣干渣/m3滤液滤液)*(kg湿渣湿渣/kg干渣干渣)=kg湿渣湿渣/m3滤液滤液二、过滤速率基本方程式二、过滤速率基本方程式（一）过

13、滤速率（一）过滤速率过滤速率：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积过滤速率：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积过滤速度：单位时间获得的滤液体积过滤速度：单位时间获得的滤液体积设为设为层流流动层流流动由由哈哈根根-泊泊谡谡叶叶方方程程（即即层层流流流流动动时时用用以以克克服摩擦阻力的压力差与平均流速的一次方成正比服摩擦阻力的压力差与平均流速的一次方成正比）可可得得滤滤液液在在滤滤层层中中的的毛毛细细管管内内层层流流流流动动时时的流速可以表示为：的流速可以表示为：孔道长度孔道长度孔道中流速与过滤速度的关系孔道中流速与过滤速度的关系过滤速度过滤速度令令滤层的比阻滤层的比阻过滤速度过滤速度阻力阻力单位为

14、单位为1/m2滤饼阻力滤饼阻力过滤介质阻力过滤介质阻力 v获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，m3滤饼滤饼/m3滤液；滤液；（二）过滤基本方程（二）过滤基本方程滤饼层：滤饼层：过滤介质层：过滤介质层：p pC pm滤液滤液过滤速率过滤速率过滤基本方程过滤基本方程则则三、恒压过滤三、恒压过滤K为常数为常数恒压过滤方程式恒压过滤方程式（一）滤液体积与过滤时间的关系（一）滤液体积与过滤时间的关系Vo 1V1A(二二)过滤常数的测定过滤常数的测定q/q/qq 为直线关系，为直线关系，其斜率为其斜率为 ，截距为截距为三、三、过滤设备及操作过滤设备及操作以压力差为推动力：如

15、叶滤机、板以压力差为推动力：如叶滤机、板框压滤机、回转真空过滤机等；框压滤机、回转真空过滤机等；以离心力为推动力：如各种离心机以离心力为推动力：如各种离心机过滤设备过滤设备（一）板框过滤机（一）板框过滤机横穿洗涤法横穿洗涤法 卸渣、清洗、组装卸渣、清洗、组装特点：特点：同同部位、不同时间进行不同的操作。部位、不同时间进行不同的操作。过滤：过滤：洗涤：洗涤：滤液排出：明流、暗流滤液排出：明流、暗流（二）转筒真空过滤机（二）转筒真空过滤机1.结构与操作结构与操作特点：特点：同时间、不同部位进行不同的操作。同时间、不同部位进行不同的操作。设设转筒的转速转筒的转速为为N(1/s)操作周期：操作周期：浸液率：浸液率：（浸没分数）（浸没分数）N有效过滤时间：有效过滤时间：2.生产能力生产能力恒压过滤恒压过滤：生产能力：生产能力：当当过滤介质阻力忽略时过滤介质阻力忽略时:（三）（三）离心过滤机离心过滤机1.悬筐式离心机悬筐式离心机2.往复活塞推渣离心机往复活塞推渣离心机3.离心力自动卸渣离心机离心力自动卸渣离心机作业：作业：第第116页页3-7、3-10、3-11、