第三章 沉降与过滤(精品).ppt
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1、第三章 沉降与过滤 学习目标学习目标 了解非均相混合物的特点,沉降、过滤、离心分离的基了解非均相混合物的特点,沉降、过滤、离心分离的基本概念,在工业生产及环境保护中的应用和发展趋势。本概念,在工业生产及环境保护中的应用和发展趋势。掌握沉降分离、过滤分离的基本原理,有关计算及设备掌握沉降分离、过滤分离的基本原理,有关计算及设备选用,能够分析解决实际问题。选用,能够分析解决实际问题。第一节第一节 概述概述 沉降与过滤是分离非均相物系常用的两种操作,尤其沉降与过滤是分离非均相物系常用的两种操作,尤其在水污染控制与大气污染控制中得到广泛的应用。在水污染控制与大气污染控制中得到广泛的应用。混合物分类混合
2、物分类均相混合物均相混合物 -物系内不存在相界面物系内不存在相界面非均相混合物非均相混合物-物系内部存在相界面物系内部存在相界面非均相物系类型非均相物系类型气态非均相物系气态非均相物系-含尘含尘、含雾气体等含雾气体等液态非均相物系液态非均相物系-乳浊液、悬浮液、乳浊液、悬浮液、泡沫液等泡沫液等 一、机械分离一、机械分离 原理:原理:非均相物系中分散相和连续相具有不同的物理性非均相物系中分散相和连续相具有不同的物理性质,所以质,所以可以可以采用机械方法采用机械方法使相使相间相对运动间相对运动实现实现分离。分离。机械分离机械分离的的操作方式操作方式:沉降沉降 在外力作用下使颗粒相对于流体(静止或运
3、动)在外力作用下使颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现分离的过程。运动而实现分离的过程。过滤过滤 流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的的 过程。过程。二、机械分离方法在工业生产中的应用二、机械分离方法在工业生产中的应用 气态非均相物系气态非均相物系-采用重力沉降采用重力沉降、和离心沉降。和离心沉降。液态非均相物系液态非均相物系-可采用重力沉降可采用重力沉降、离心沉降离心沉降、过滤过滤操作。操作。机械分离方法在工业生产中的应用机械分离方法在工业生产中的应用:收集分散物质收集分散物质 净化分散介质净化分散介质 环境保护环境保护第二节第二节 重力沉降及
4、设备重力沉降及设备 沉降操作是靠重力的作用,利用分离物质与分散介质的沉降操作是靠重力的作用,利用分离物质与分散介质的密度差异,使之发生相对运动而分离的过程。密度差异,使之发生相对运动而分离的过程。一、重力沉降速度一、重力沉降速度 1.球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降 沉降颗粒的受力情况与分析沉降颗粒的受力情况与分析 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颗粒的受力情况沉降颗粒的受力情况 重力重力:浮力:浮力:阻力:阻力:颗粒沉降过程分析颗粒沉降过程分析 沉降过程可分为两个阶段沉降过程可分为两
5、个阶段:第一阶段为加速运动,第一阶段为加速运动,第二阶段为匀速运动。第二阶段为匀速运动。沉降速度的通式沉降速度的通式 2.2.阻力系数阻力系数 Ret=Ut=UtUt颗粒的自由沉降速度,颗粒的自由沉降速度,m/sm/s 流体的粘度,流体的粘度,Pa.sPa.s-Re-Ret t关系曲线关系曲线(1)滞流区)滞流区(Stokes区)区)104 Re 1(2)过渡区)过渡区(Allen 区)区)1 Re 103(3)湍流区()湍流区(Newton区)区)103 Re 2 105=0.44=0.44球形颗粒在相应各区的沉降速度公式球形颗粒在相应各区的沉降速度公式:滞流区:滞流区:过渡区:过渡区:湍流
6、区:湍流区:Ut=Ut=Ut=0.27 Ut=0.27Ut=1.74 Ut=1.74 3.沉降速度的计算沉降速度的计算 试差法试差法 步骤:步骤:假设沉降流型,选用相应的沉降速度计算公式计算假设沉降流型,选用相应的沉降速度计算公式计算U tU t;用求出的用求出的UtUt计算计算ReRet t值值。检验检验ReRet t值是否在原假设的流值是否在原假设的流型区内,如果与原假设一致,则计算的型区内,如果与原假设一致,则计算的U tU t有效。有效。用无因次数群用无因次数群K K值判断流型值判断流型 根据无因次数群根据无因次数群K K 值判别沉降区,然后选用相应的沉降值判别沉降区,然后选用相应的沉
7、降速度公式计算速度公式计算U tU t。Ret=斯托克斯定律区斯托克斯定律区 K K2.622.62 艾仑定律区艾仑定律区 2.62K69.1 2.62K69.1 K69.1 K=d 二、重力沉降设备二、重力沉降设备 1.降尘室降尘室 利用重力沉降原理从气流中分离出固体尘粒的设备称利用重力沉降原理从气流中分离出固体尘粒的设备称为降尘室。为降尘室。停留时间:停留时间:沉降时间:沉降时间:分离条件:分离条件:降尘室降尘室生产能力产能力 气体在降尘室内的水平通过速度为气体在降尘室内的水平通过速度为结论:结论:对于一定尺寸的颗粒或对于一定尺寸的颗粒或U tU t,理论上降尘室的生产能,理论上降尘室的生
8、产能力只与宽度力只与宽度b b和长度和长度l l有关,而与降尘室高度有关,而与降尘室高度H H无关。无关。多层降尘室多层降尘室:隔板间距一般为隔板间距一般为4040100nm100nm 降尘室内设置降尘室内设置n层水平隔板,层水平隔板,生产能力生产能力:2.沉降槽沉降槽 沉降槽又称增浓器或澄清器,是利用重力沉降来提高悬沉降槽又称增浓器或澄清器,是利用重力沉降来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液的设备。浮液浓度并同时得到澄清液的设备。连续沉降槽连续沉降槽 3.普通沉淀池普通沉淀池 平流式沉淀池平流式沉淀池设链带刮泥机的平流沉淀池设链带刮泥机的平流沉淀池 平流式沉淀池的优点是构造简单,效果良好,平流式
9、沉淀池的优点是构造简单,效果良好,工作性能稳定,但排泥较为困难。工作性能稳定,但排泥较为困难。竖流式沉淀池竖流式沉淀池 优优点点:排泥容易,不需要机械刮泥排泥容易,不需要机械刮泥设备设备,便于管理。,便于管理。缺点缺点:是是单单池容量小,当水量池容量小,当水量较较大大时时,池数,池数过过多。多。辐流式沉淀池辐流式沉淀池 辐流式沉淀池一般采用机械排泥,适用范围广,既可做辐流式沉淀池一般采用机械排泥,适用范围广,既可做为初次沉淀池,也可做二次沉淀池。为初次沉淀池,也可做二次沉淀池。4.平流式沉砂池平流式沉砂池第三节第三节 离心沉降及设备离心沉降及设备 依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程称为离心沉
10、降。依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程称为离心沉降。一、离心沉降速度一、离心沉降速度 Ur=离心沉降同样存在三种沉降流型离心沉降同样存在三种沉降流型 滞流沉降区滞流沉降区:Ur=离心沉降速度与重力沉降速度的比值为离心沉降速度与重力沉降速度的比值为 =Kc 二离心沉降设备二离心沉降设备 1.旋风分离器旋风分离器 旋风分离器的结构与操作原理旋风分离器的结构与操作原理标准旋风分离器标准旋风分离器气体在旋风分离器内的运动情况气体在旋风分离器内的运动情况 旋风分离器的性能旋风分离器的性能 性能指标性能指标:临界粒径临界粒径 是指理论上在旋风分离器中能被完全分是指理论上在旋风分离器中能被完全分离出来的最
11、小颗粒直径,用离出来的最小颗粒直径,用dc表示表示。dc=分离效率分离效率 分离效率又称除尘效率,可直接反映旋分离效率又称除尘效率,可直接反映旋风分离器的除尘能力。风分离器的除尘能力。表示方法:总效率或称综合效率,用表示方法:总效率或称综合效率,用0 0表示;表示;分效率或称粒级效率,用分效率或称粒级效率,用 表示。表示。0=100 p p与与d di i的对应关系可用曲线表示,称为粒级效率曲线的对应关系可用曲线表示,称为粒级效率曲线。d d5050是粒级效率恰好为是粒级效率恰好为5050的颗粒直径,称为分割直径的颗粒直径,称为分割直径:d50 0.27 0粒级效率曲线粒级效率曲线标准旋风分离
12、器的标准旋风分离器的p p-d d/d d5050曲线曲线 压力降压力降 原因:原因:.进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力 .局部阻力局部阻力 .气体旋转运动所产生的动能损失气体旋转运动所产生的动能损失 d =旋风分离器的压降一般为旋风分离器的压降一般为5005002000Pa2000Pa 旋风分离器类型与选用旋风分离器类型与选用 CLT/A CLT/A型型 采用倾斜螺旋面进口的采用倾斜螺旋面进口的旋风分离器旋风分离器。CLT/ACLT/A型型 CLPCLP型型 CLP CLP型是带有半螺旋型是带有半螺旋线和螺旋线的旁路分离室线和螺旋线的旁路分离室
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